1、此資料由網絡收集而來，如有侵權請告知上傳者立即刪除。資料共分享，我們負責傳遞知識。安全管理論文水庫下采煤的安全性分析摘要： 水庫下采煤一方面要確保煤礦井下安全，同時還要保護地表水資源和水庫壩體的安全。根據水體下采煤的技術理論，在現場調研的基礎上，結合煤礦具體的地質采礦條件，進行了上覆巖層破壞高度的計算、地表移動和變形的預計，從而對水庫水體下采煤的安全性進行分析、評價和論證。結果表明：各工作面開采以后，上覆巖層中導水裂縫帶發育的最大標高與基巖頂部邊界之間有較厚的基巖巖柱，即導水裂縫帶不會波及到地表水水庫。同時,根據地表移動和變形預計結果,分析了各工作面開采對水庫壩體的影響。最后提出了相應的技術措

2、施，確保水庫下安全采煤。關鍵詞： 水庫; 堤壩; 水體下采煤; 采動損害國內外水體下采煤已有 100 多年的歷史，各主要產煤國家在海下、河流下、湖泊下、含水的松散層和含水的巖層下、人工修建的蓄水工業建筑物下、充水的巷道與采場下進行了大量的試驗開采工作。英國、日本、加拿大、智利和澳大利亞還成功地進行了海下采煤;美國則非常重視長壁開采對地表河流甚至小溪的影響。我國煤炭資源分布廣， 不僅平原地區、丘陵和山區的地下蘊藏著豐富的煤炭資源，而且各類水體下壓煤量也很大1-2 。 長期以來， 我國積累了豐富的水體下、湖泊下及河下的采煤經驗 3-4 ,水體下采煤技術已處于領先地位。據統計我國在各類水體下，已安全

3、采出超過 2 億 t 煤炭，如我國已在淮河堤下采煤取得了巨大成功 5 ,龍口礦區已經成功地進行海底下采煤等。水體下采煤技術是涉及到采礦、地質、巖石力學等多學科領域6-7 。研究水體下采煤技術的目的是實現水體下的安全采煤。根據地質采礦條件及開采方案設計，進行綜合計算、分析和評價，可以為實現水體下安全采煤提供技術保證。因此，正確評價和分析水體下采煤的安全性，實現水體下的安全采煤，對于確保煤礦安全生產，提高煤炭資源采出率緩解礦井采掘接替緊張的矛盾、保護地表水和地下水資源等都具有十分重要的現實意義。鄭州煤電(集團)公司米村煤礦 26 擴大區地表有一水庫，該水庫是影響 26 擴大區安全開采的主要水體。水

4、庫下采煤一方面要確保煤礦井下安全同時還要保護地表水資源。為確保在此水體下安全采煤，采前必須對水庫下采煤的安全性進行分析研究，以便根據實際情況采取相應的技術措施。本文在收集現場地質采礦資料和有關觀測資料的基礎上，結合米村煤礦具體的地質采礦條件，對水庫水體下采煤的安全性進行了研究和論證。1 地質采礦條件及水庫情況1.1 地質采礦條件米村煤礦 26 擴大區地面標高為 + 272.5 +280.6 m。走向長2001 050 m，傾向長340590 m地質儲量約2. 58 mt，可采儲量約 2.19 mt 。該采區地面西北高,東南低,溝谷發育,黃土覆蓋層較厚。采區整體為一單斜構造,無大的斷裂構造,地質

5、條件簡單。含煤地層為石炭紀、二迭系含煤巖系。開采煤層為二1 煤,上限標高 20.0 m，下限標高 118.0 m，煤層厚度為 1.712. 31 m，平均為6. 25 m，傾角為8° 12°。上覆巖層主要由中、細粒砂巖，粉砂巖，砂質泥巖,泥巖等巖層組成，煤層頂底板的賦存情況見表 1。表 1 頂底板巖性特征 采區已開采工作面距離水庫和壩體較遠，待開采工作面分別為26071，260071，260061，260051 和260041 等,壩體位于 260071，260061 工作面之上，目前正在開采 26071 工作面，采用放頂煤采煤法。開采方案布置平面圖見圖 1。&#

6、160;1.2 水庫情況26 擴大區地表除村莊以外，有宋溝水庫及其壩體。水庫位于 26 擴大區的中西部。據現場調查，該水庫水面標高約為 + 274.5 m，該水庫最深處約有1718 m，其深度邊界為水體的底界面，最低標高約為 + 256.5 + 257.5 m。 宋溝水庫屬季節性蓄水，水庫面積約 3. 2 萬 m2,蓄水量約 2030 萬m3,該水庫的水源主要為煤礦的井下排水和大氣降水。水庫蓄水的壩體由料石砌和黃土堆積而成，迎水面邊坡角約為 45°50°。 壩體上表面為柏油路面，路面標高約為 + 278 m。 2水庫下采煤安全性分析2.1上覆巖層破壞高度的計算分析影響上覆巖

7、層破壞形態和導水裂縫帶發育最大高度的因素很多，如上覆巖層的力學性質及結構特征、采煤方法和頂板管理方法、煤層傾角、煤層厚度及開采強度等8-9 。當煤層埋藏條件和采煤方法確定后，則覆巖的力學性質及結構特征與覆巖的破壞高度密切相關。如果采區上覆巖層為脆性巖層，受開采影響后容易斷裂，所以覆巖破壞高度大。如覆巖為塑性巖層，受開采影響后不易斷裂但容易下沉，能使冒落巖塊充分壓實，最終表現為覆巖破壞高度降低。因此，根據覆巖巖層的強度特征及煤層開采厚度來確定覆巖破壞高度。2.1. 1 覆巖類型分析根據 26 擴大區內水庫附近鉆孔柱狀圖，煤層上覆巖層主要由中、細粒砂巖，粉砂巖，砂質泥巖，泥巖等巖層互層組成。經統計

8、分析可知：砂巖、粉砂巖、泥巖所占體積比大約為 0.31 0.06 0.63，計算確定覆巖巖性屬軟弱偏中硬型。因此，按軟弱和中硬兩種巖性分別進行計算。2.1.2 覆巖破壞高度計算公式覆巖破壞高度與許多地質采礦條件有關，但目前尚無統一的多元相關的表達式。因此計算采用經驗公式。根據分析的覆巖巖性及煤層埋藏條件，按文獻 10 給出的緩傾斜條件下厚煤層開采時的垮落帶和導水裂縫帶高度的計算公式進行計算，計算公式見表 2。采用放頂煤一次采全高時，上覆巖層破壞高度與分層開采相比較為嚴重，因此為了安全起見，覆巖破壞高度取較大值。公式后 ± 取 +號。表 2 覆巖破壞高度計算公式 2.1. 3

9、 計算結果及分析按上述計算公式對水庫下附近區域的計算點進行了計算，給出了垮落帶高度、導水裂縫帶高度以及導水裂縫帶最大標高，計算結果見表 3。表 3 覆巖破壞高度計算 對于緩傾斜煤層，開采以后垮落帶的邊界位于采空區邊界范圍以內，導水裂縫帶的邊界位于采空區邊界范圍以外。 垮落帶和導水裂縫帶均呈馬鞍形，導水裂縫帶的最高點位于采空區傾斜方向的上部。本采區開采后上覆巖層的破壞空間形態符合一般規律。根據水庫附近鉆孔柱狀圖，基巖頂部標高約為 + 188 m，而導水裂縫帶發育的最大標高與基巖頂部邊界之間的基巖巖柱厚度均在 200 m 以上，再加上約 55 m 厚的第四系砂質黏土的隔水作用，導水裂縫帶

10、是不會波及地表上的水體 宋溝水庫，即導水裂縫帶不會形成礦井水災的通道。26 擴大區開采范圍及開采上限已經確定，為了驗證開采上限的可行性及合理性，進一步分析防水安全煤巖柱及其安全系數，在防水安全煤巖柱計算過程中，對覆巖按 “中硬” 和 “軟弱” 兩種類型進行計算。各計算點防水安全煤巖柱尺寸及安全系數如表 3 所示。從表中結果可知，各計算點的安全系數最小為2.22，即各點的防水安全煤巖柱尺寸均遠小于基巖巖柱尺寸，導水裂縫帶未波及水庫水體。所以 26 擴大區各工作面在開采上限以下采煤從導水裂縫帶分析是安全的。但是，除導水裂縫帶，煤礦頂板水害的導水通道還可能有不良封閉鉆孔、上通式導水陷落柱、巖溶塌落洞

11、、導水斷層與裂隙等。如由構造斷裂形成的斷層破碎帶，往往具有較好的透水性，會形成充水的良好通道 11 。因此，在位于水庫下部的工作面采掘過程中，必須制定專項礦井水害防治技術措施，加強各工作面工程地質構造的研究、探測工作，并進行水文觀測、水文地質綜合勘探工作。2.2地表移動和變形及其影響分析2. 2. 1下沉的影響分析不均勻的下沉有可能影響水庫壩體的安全使用，為此進行了地表移動和變形預計12-16 。根據預計結果，進行了如下計算：設水庫的總面積為 s，平均水深為 h，發生沉降的面積為 s1，平均下沉值為h1，壩體下沉值 h壩 。則開采后,水庫水位下降 h2 為h2 = s1 h1 / s.

12、0;  (1)開采后水位相對于壩頂上升的高度 h相為h相 = h壩- h2.   (2)根據調查，開采之前壩頂距水面高差為 3.5m，按設計開采順序，各工作面開采以后，水庫水面與壩頂高差相對變化值 h相 和絕對高差 h絕見表 4所示。其中在開采 26071 工作面后水庫水面與壩頂的距離最小。由于壩體沉陷以后水庫水面與壩頂的距離較小，應采取一定措施，如加高加寬壩體、最大限度地降低壩體溢水口的標高進行疏放水等。表 4 各工作面開采后壩頂與水面高差 2. 2. 2 水平變形的影響根據規定10 ：有溢水口的壩體，允許的拉伸變形為 6 mm/ m，極限拉伸變形為

13、9 mm/ m。根據預計結果工作面開采后，壩體承受的最大拉伸變形值為 5.74 mm/ m，小于允許的拉伸變形值。 因此，按照原設計進行開采是可行的，但須采取鋪設土工膜防滲層以及裂縫灌漿法加固等技術措施。1) 鋪設土工膜防滲層：土壩壩體裂縫是一種較常見的病害現象,裂縫中的滲流引起了管涌危害或破壞壩體，尤其橫向裂縫最危險。水庫壩體由于受到采動影響，造成壩體不均勻沉降，壩體會出現裂縫，因此壩體迎水坡要鋪設土工膜防滲層。2) 裂縫灌漿法加固：結合煤礦實際情況，確定在開采過程中采取裂縫灌漿法對壩體進行維護和加固。灌漿法是利用壓力使漿液通過管道鉆孔注入裂縫內，漿液在壓力作用下析水后密實、膠結，堵塞裂縫，

14、達到加固防滲之目的。 2.3 工程類比分析表 5 是我國部分水體下開采厚煤層的實例，表中所列為開采煤層厚度大于或等于 5. 0 m，其采深采厚比一般在 10 上下，采后礦井涌水量無明顯變化，這至少說明在表列條件下，水體對礦井開采沒有構成威脅。 26 擴大區中西部采深采厚比達到 6786，且第四系松散層厚度較大，類比結果進一步表明 26 擴大區在宋溝水庫下進行采煤是可行的。表 5 水體下厚煤層采煤實例 3結論1) 在現場調研、收集地質采礦資料的基礎上，根據水體下采煤的技術理論，結合具體的地質采礦條件，通過上覆巖層破壞高度的計算、地表移動和變形的分析，對水庫水體下采煤的安全性進行分析、評

15、價和論證，為實現水庫下安全采煤提供技術保證。這對于確保煤礦安全生產，提高煤炭資源采出率，保護地表水資源和水庫壩堤的安全等具有重要意義。2) 分析計算結果表明：本采區開采后上覆巖層的破壞空間形態符合一般規律。導水裂縫帶發育的最大標高與基巖頂部邊界之間的基巖巖柱厚度均在 200 m以上，再加上大約 55 m 厚的第四系砂質黏土的隔水作用,導水裂縫帶是不會波及到地表水體(宋溝水庫) 。各計算點的安全系數均在 2.22以上，能夠保證各工作面安全地開采。3) 鑒于壩體沉陷后水庫水面與壩頂距離較小(采前壩頂距水面高差為 3.5 m 時，采后為 1. 854m)，為確保水庫下安全采煤，根據實際情況，提出了降

16、低壩體溢水口標高，壩體裂縫的防治措施(鋪設土工膜防滲層、灌漿法加固)等技術措施，確保壩體的安全運行。參考文獻：1 何國清 ,楊倫 ,凌賡娣 ,等. 礦山開采沉陷學m . 徐州:中國礦業大學出版社 ,1994.2 錢鳴高 ,許家林 ,繆協興. 煤礦綠色開采技術j . 中國礦業大學學報 ,2003 ,32 (4) :3432348.qian ming2gao , xu j ia2lin , miao xie2xing. greentechnique in coal miningj . journal of china univer2sity of mining & technology ,

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