综放开采防水煤岩柱保护层的_有效隔水厚度_留设方法_许延春

7.3防水煤柱留设7.3.1断层防水煤柱留设因本矿井3号煤层开采时断层、陷落柱是奥陶灰突水的重要通道。

因此，必须对导水断层留设防水煤柱，防水煤柱的留设方法可依据《煤矿防治水规定》附录三的公式计算，本矿区含水或导水断层防隔水煤柱的留设方案如下：由于本井内没有发现较大的断层，因此，本报告只考虑小断层的煤柱留设情况。

当断层落差小于隔水层厚度（取3号煤层的99.09m ）时，含水或导水断层防隔水煤柱的留设参照经验公式计算： L=0.5KM P3K P ≥20m (7-1) H a =ST P +10,L= αsin a H ≥20m (7-2) 式中：L —防隔水层煤柱宽度，m ；K —安全系数，一般取2～5；M —煤层厚度或采高，m ；P —煤层厚度或采高，m ；Kp —煤的抗拉强度，Mpa ；H a —导水裂隙带至含水层防水岩柱的厚度，m ；α—断层倾角，（°）经以上公式（7-1）和（7-2）计算，所得结果取较大值为留设的防水煤柱宽度。

今后如在地质勘探和采掘活动后，发现有新的断层，矿方应按照以上计算方法自行计算断层防水煤柱的宽度；对落差小于5m的断层应在探明去其导水性后，再确定是否留设防水煤柱或采取注浆加固措施。

7.3.2陷落柱保护煤柱留设目前本矿井内尚未发现陷落柱，但不排除存在隐伏陷落柱的可能。

陷落柱是奥灰突水的主要通道，为防止陷落柱突水事故，确保矿井安全生产，对导水陷落柱必须留设防水煤柱。

现分述如下：①导水陷落柱对于一些导水陷落柱，如果所处的位置对回采影响不大，可以只留设保护煤柱而不封堵。

这类落陷柱突水隐患很大，留设防水煤柱时一定要考虑其特征，做到万无一失。

首先，必须查明有无与陷落柱连通的导水断层。

如果存在断层，即使断层距很小，也会作为突水通道将陷落柱内的水导入矿井，从而导致断层突水事态扩大。

即使没有人为干扰的情况，突水通道也会在高压水作用下发生冲刷或扩容，随时有增大涌水、发生灾害的可能。

姚桥煤矿微山湖下采煤安全性分析研究许延春;李明山;刘世奇;柳昭星;王克武【摘要】本文结合大屯矿区姚桥煤矿现场地质资料、实测资料，按照水体下采煤的技术理论，对微山湖下第四系松散层结构和隔水性、覆岩破坏规律进行了分析研究，进而对姚桥煤矿微山湖下采煤的安全性进行了分析论证。

得出3隔和4隔为区域关键隔水层，能够有效防止湖水溃入井下；导水裂缝带发育的最大标高达不到基岩顶部，波及不到关键隔水层，无法导通湖水结论。

%This paper combined mining in Yaoqiao Coal field geological data and the measured data, according to the theory and technology of the coal mining under water body , analyzes the structure of Quaternary Loose Soils and the overburden failure law , and also predicts the ground surface deformation, and then analyzes and proves the security of Yaoqiao mine coal mining under Weishan Lake. Draw 3 compartment and 4 compartment for regional key aquifuge and it can effectively prevent the lake water burst into the underground . The maximum elevation of development of water-flowing fractured zone can' t reach the top of the bedrock, and can' t spread to the key water- resisting layer , and can' t form the crack of conducting the lake.【期刊名称】《华北科技学院学报》【年(卷),期】2012(009)003【总页数】5页(P1-5)【关键词】水体下采煤;区域关键隔水层;导水裂缝带【作者】许延春;李明山;刘世奇;柳昭星;王克武【作者单位】中国矿业大学北京资源与安全工程学院,北京100083;上海大屯能源公司姚桥煤矿,江苏徐州221611;中国矿业大学北京资源与安全工程学院,北京100083;中国矿业大学北京资源与安全工程学院,北京100083;保利能源控股有限公司,北京100010【正文语种】中文【中图分类】TD823.83我国受顶板水体威胁的煤炭储量近百亿吨，所以进行水体下采煤是不可避免的，而对水体下采煤技术的研究也是势在必行的。

急倾斜坚硬煤层开采防水煤岩柱留设方法摘要：文章综合分析福建省高陂井田急倾斜煤层开采的实际特点，就开采急倾斜坚硬煤层防水煤岩柱留设方法进行总结与分析，提出预防措施，从而减少或杜绝采掘工作面水害事故的发生。

关键词：急倾斜坚硬煤层隔水煤岩柱留设矿井水害事故是危及矿井安全生产的五大灾害之一，它不但影响该矿井安全生产，而且还造成矿井作业人员的人身安全，甚至还对周边的矿井造成重大财产损失和人员的伤亡，地表水、矿井水和裂隙水灰岩水从矿井采空区、钻孔和砂岩裂隙等导水通道进入井下采掘工作面，通过导水通道的各种矿井水的涌水量超过矿井中央泵房的最大排水能力时，就会造成重大水灾事故。

2011年龙岩市新罗区某矿，由于水文地质情况不明，又未采取必要的措施，巷道掘进遇导水断层导通地下灰岩水。

灰岩水通过导水通道进入采掘工作面，造成井下涌水量突然超过矿井的中央泵房最大排水能力，导致全矿被淹的重大水灾事故。

1 急倾斜坚硬煤层赋存条件福建煤电公司高陂煤矿矿区中井田属童子岩组三段地层，井田范围内有4层急倾斜煤层（13#、18#、19#、23#），岩性为细砂岩、砂质泥岩、泥岩，地层稳定性好，岩石质量好，岩体较完整。

矿区内岩层均为富水性弱至中等的裂隙水，对工作面不会造成危害，含水层补给来源少。

但高陂煤矿周边小窑较多，且小窑入侵严重，存在部分小煤老空积水。

2 防水煤岩柱留设原则①防水煤岩柱留设必须做到科学合理、安全、减少煤炭损失。

②防水煤岩柱留高设必须考虑高陂井田地质构造、水文地质条件、急倾斜煤层特性、开采方法等因素。

③多煤层开采，各煤层的防水煤岩柱必须统筹考虑，因高陂井田的13#和14#的层间距只有4 m，所以开采13#煤层时要同时留设好13#、14#两层煤的隔水煤岩层柱，以免开采13#煤层影响14#煤层的防水煤岩柱，造成防水煤层柱失效。

④防水煤层柱留设计算公式参数选择尽量选用本井田资料，并且适当加大安全系数。

3 高陂煤矿急倾斜坚硬煤层防水煤岩柱留设计算方法高陂井田F0断层接近灰岩水，所以当高陂井田煤层开采至深部时，极易与F0断层伴生断层相连，常常成为含水层间联系的通道，可能把灰岩水导入工作面，造成淹井事故，所以在地质构造比较复杂特别是有预测有断层出现的采掘工作面掘采时必须要考虑如何留设防水煤岩柱，确保矿井安全生产。

双鸭山市衡源煤矿防隔水煤柱留设设计方案矿长：总工程师：编制：矿审批意见双鸭山市衡源煤矿关于防隔水煤〔岩〕柱留设设计方案的通知矿属各单位：根据防治水管理规定要求及井田煤层赋存条件和水文地质条件，矿井在开拓开采过程中应采取防治水平安保证措施，确保矿井平安生产特拟普盛煤矿防隔水煤岩柱留设方案，经矿组织审查同意，请矿属各单位严格按本方案执行。

附：防隔水煤岩柱留设设计方案防隔水煤岩柱留设根据防治水管理规定要求及井田煤层赋存条件和水文地质条件，矿井在开拓开采过程中应采取防治水平安保证措施，确保矿井平安生产特拟以下留设方案：一、矿井开拓、开采所采取的平安保证措施根据井田煤层赋存条件和水文地质条件，矿井开拓开采主要采取以下平安保证措施：1、针对煤层浅部老窑、相邻煤矿采空区较多的特点，在技术部门所做工作的根底上，矿井生产单位必须查清老空区分布范围，矿井开采受水害威胁的地段，留设平安煤柱。

使工作面和水体保持一定的距离，以防止地下水或其他水源溃入工作面，保证边界煤柱的宽度。

2、按?煤矿平安规程?规定留设防水煤柱。

对于断层，特别是造成煤系地层及含水层对盘或接近的断层，留设足够的断层防水煤柱；露头附近和河流留设防水煤岩柱；制止巷道进入防水煤柱。

3、配备足够数量的探放水及注浆堵水设备。

4、留设井田边界煤柱和采区隔离煤柱。

5、对可疑断层及因采动影响而可能导水的断层留设断层防水煤柱。

6、矿井必须设排水泵房、水仓、水沟、排水管路等排水系统，并保证足够的排水能力。

7、对巷道开拓及回采所可能遇到的断层、含水层提前进展探放水，查明断层的水文地质要素，据此经技术经济比拟采取留设防水煤柱、注浆堵水、疏放等措施。

8、对未封闭好的钻孔根据具体情况采取重封、留设防水煤柱、探放钻孔水等措施。

9、对于影响采掘的老空水采取探放的措施。

10、对主要含水层建立地下水动态观察系统，进展地下水动态观测、水害预报，并制定相应的“探、防、堵、截、排〞综合防治措施。

防水煤柱留设设计说明兴仁县兴顺煤矿防水煤柱留设设计说明按照新颁布实施的《煤矿防治水规定》，结合本矿实际情况，防隔水煤（岩）柱的留设按下列进行。

相邻矿边界防隔水煤（岩）柱的留设1.可采用垂直法留设，但总宽度不得小于40m。

本矿内边界煤柱留设为20米。

2.应根据煤层赋存条件、地质构造、静水压力、开采上覆岩层移动角、导水裂缝带高度等因素确定。

1）多煤层开采，当上、下两层煤的层间距小于下层煤开采后的导水裂缝带高度时，下层煤的边界防隔水煤（岩）柱，应根据最上一层煤的岩层移动角和煤层间距向下推算（下图a）。

2）当上、下两层煤之间的垂距大于下煤层开采后的导水裂缝带高度时，上、下煤层的防隔水煤（岩）柱，可分别留设（下图b）。

多煤层地区边界防隔水煤（岩）柱留设图H L—导水裂缝带上限；Ｈ１、Ｈ２、Ｈ3—各煤层底板以上的静水位高度；γ—上山岩层移动角；β—下山岩层移动角；Ｌ１y、Ｌ２y—导水裂缝带上限岩柱宽度；Ｌ１—上层煤防水煤柱宽度；Ｌ2、Ｌ3—下层煤防水煤柱宽度导水裂缝带上限岩柱宽度Ｌy 的计算，可采用以下公式： Ly=10H L -H ×s T 1 ≥20m 式中： T s ——水压与岩柱宽度的比值，可取１。

断层带防水煤柱宽度的计算与留设按《矿井水文地质规程》，在煤层位于含水层上方，断层又导水的情况下，防隔水煤柱的留设原则，主要应考虑两个方向上的压力。

一是煤层底部隔水层能否抗住下部含水层水的压力；二是断层水在顺煤层方向上的压力。

当考虑底部压力时，应使煤层底板到断层面之间的最小距离（垂距），大于安全煤柱的高度（H 安）的计算值，并不得小于20m 。

计算公式为：10+=TsP H 安 αsin 安H L =≮20m式中：α—断层倾角（°）；L —防隔水煤柱宽度（m ）；P —静水压力（MPa ）；Ts —突水系数（MPa/m ）。

对于计算值小于20m 者，按20m 进行了留设；大于20m 者按实际计算值为准，并表示在各煤层防水煤柱留设图上。

天健矿业集团股份保护煤柱留设及防水安全煤岩柱计算规天健矿业集团股份二0一二年七月十五日目录一、保护煤柱的留设 (3)（一）基本概念和参数 (3)1、岩层移动角 (3)2、下沉系数（η） (4)3、围护带宽度 (5)（二）保护煤柱的留设方法 (5)二、防水安全煤岩柱的计算 (7)1、目的和意义 (7)2、计算公式 (8)一、保护煤柱的留设（一）基本概念和参数1、岩层移动角指在充分采动情况下，采空区上方地表最外侧的裂缝位置和采空区边界的连线与水平线之间在煤壁一侧的夹角。

符号为：下山移动角β；上山移动角γ；走向移动角δ；急倾斜煤层底板移动角λ；表土移动角ψ。

详见附图一。

附图一岩层移动角参数表附表1 序号名称符号取值围备注1 下山移动角ββ=δ-（0.6-0.7）αβ与煤层倾角成反比。

α为煤层倾角2 上山移动角γ55-60°3 走向移动角δ55-60°4 底板移动角λ55-60°用于急倾斜煤层5 表土移动角ψ45-50°干燥土层取大值，含水土层取小值说明：因本公司下属煤矿暂无实测岩移数据，表中数据仅供参考。

2、下沉系数（η）指在充分采动情况下，开采水平煤层时的地表最大下沉量与采高（多煤层开采时取累计采高）之比。

在开采倾斜煤层时，由于上覆岩层大致沿岩层法线方向弯曲，最大下沉区的移动基本上是法向移动，最大下沉量应为法向移动量的垂直分量，因此，下沉系数等于最大下沉量除以煤层倾角余弦值与采高的乘积。

下沉系数的大小与上覆岩层的坚固性系数成反比，与采煤方法、顶板管理方式和开采面积有关，与采深关系不大。

下沉系数表附表23、围护带宽度指建筑物边界与保护边界线之间的安全距离，一般取10-15m。

（二）保护煤柱的留设方法1、当建筑物、水体或其它保护对象的保护边界线与煤层走向基本平行时，可直接参照附表1中的参数确定保护煤柱边界。

作图方法如附图二。

2、当保护边界线与煤层走向斜交时，应根据附表1中的基岩移动角求得垂直于保护边界线方向（伪倾斜）的上山移动角γ＇和下山移动角β＇，然后再确定保护煤柱边界。

水城县XXXX煤矿防隔水煤（岩）柱留设二0一二年一月五日根据《老地沟煤矿安全专篇》防治水方面要求中的以下规定：一、矿井开拓、开采所采取的安全保证措施：一）开拓井、巷位置及层位的确定1、由于井口及工业场地位于矿界西南矿井边界附近的地势较为平缓的坡地上，新建开拓系统。

2、根据贵州省安全生产监督管理局、贵州煤矿安全监察局、贵州省煤炭管理局文件(黔安监管办字【2007】345号“关于加强煤矿建设项目煤与瓦斯突出防治工作的意见”，老地沟煤矿在该文件划定的煤与瓦斯突出区域内。

该矿准采标高范围内共有7层可采煤层，煤层编号从上往下依次为M15、M18、M20、M23、M25、 M30、M40，均没有作煤与瓦斯突出危险性鉴定，根据《矿井瓦斯涌出量预测方法（AQ1018－2006）》标准，采用分源预测法对矿井瓦斯涌出量进行预测，煤层瓦斯压力依次为 4.27MPa、3.4MPa、3.45MPa、3.46MPa、3.04MPa、2.55MPa、2.1MPa，煤层瓦斯含量依次为15.2m³/t、13.7m ³/t、14.2m³/t、12.8m³/t、13m³/t、12.1m³/t、11.1m³/t，煤层瓦斯压力均大于0.74 MPa，煤层瓦斯含量均大于8.0m³/t，煤层瓦斯压力和含量均处于煤与瓦斯突出临界值以上，本次设计按突出煤层进行设计和管理，因此，矿井主要开拓巷道不能布置在煤层中，只能布置在煤层顶板或煤层底板中，根据矿井实际情况，主、副斜井和回风斜井布置在M23煤层底板岩石中。

二）采掘工程所采取的防治水措施1、必须密切观察矿井内的淋水、涌水情况，必须坚持“预测预报、有掘必探，先探后掘、先治后采”的原则，同时必须坚持“有疑必停”的原则。

2、定期收集、调查和核对相邻煤矿和废弃的老窑情况，并在井上、下对照图及采掘工程图上标出其位置、开采范围、积水情况、探水红线等。

矿井防隔水煤（岩）柱的留设一、防隔水煤（岩）柱留设的原则(1)相邻矿井的分界处，必须留防隔水煤（岩）柱。

矿井以断层分界时，必须在断层两侧留有防隔水煤（岩）柱。

(2)受水害威胁的煤矿，属下列情况之一的，必须留设防隔水煤（岩）柱。

①煤层露头风化带。

②在地表水体、含水冲积层下和水淹区临近地带。

③与强含水层间存在水力联系的断层、断裂带或强导水断层接触的煤层。

④有大量积水的老窑和采空区。

⑤导水、充水的陷落柱和岩溶洞穴。

⑥分区隔离开采边界。

⑦受保护的观测孔、注浆孔和电缆孔等。

(3)煤矿各类防隔水煤（岩）柱的留设是煤矿防治水工作的重要内容之一。

煤矿各类防隔水煤（岩）柱的尺寸，应根据矿井的地质构造、水文地质条件、煤层赋存条件、围岩物理力学性质、开采方法及岩层移动规律等因素，具体由地测部门编制专门设计，煤矿总工程师组织有关部门审查批准。

二、防隔水煤（岩）柱留设的方法（一）煤层露头防隔水煤（岩）柱的留设1．煤层露头无覆盖或被黏土类微透水松散层覆盖(6-1)2．煤层露头被松散富含水层覆盖（图6 -1）(6-2)式中H防――防隔水煤（岩）柱高度，m;H冒――采后垮落带高度，m；H裂――垂直煤层的导永断裂带最大高度，m；H保――保护层厚度，m。

垮落带与导水断裂带最大高度的经验公式见表6 -1。

根据式(6-1)和式(6-2)计算的值不得小于20 m。

冒高（H冒）、裂高（H裂）的计算参照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》的相关规定，如图6 -1 煤层露头被松散富含水层覆盖时煤柱留设示意图表6-1垮落带与导水断裂带最大高度的经验公式注：1．M-累计采厚，m；n一煤分层层数；m-煤层厚度，m；h-采煤工作面小阶段垂高，m；lkgf/cm2=9.8×105 Pa。

2．垮落带、导水断裂带最大高度，对于缓倾斜和倾斜煤层是指从煤层顶面算起的法向高度；对于急倾斜煤层是指从开采上限算起的垂向高度。

3．岩石抗压强度为饱和单轴极限强度。

. . . .天健矿业集团股份保护煤柱留设及防水安全煤岩柱计算规天健矿业集团股份二0一二年七月十五日目录一、保护煤柱的留设 (3)（一）基本概念和参数 (3)1、岩层移动角 (3)2、下沉系数（η） (4)3、围护带宽度 (5)（二）保护煤柱的留设方法 (5)二、防水安全煤岩柱的计算 (7)1、目的和意义 (7)2、计算公式 (7)一、保护煤柱的留设（一）基本概念和参数1、岩层移动角指在充分采动情况下，采空区上方地表最外侧的裂缝位置和采空区边界的连线与水平线之间在煤壁一侧的夹角。

符号为：下山移动角β；上山移动角γ；走向移动角δ；急倾斜煤层底板移动角λ；表土移动角ψ。

详见附图一。

附图一岩层移动角参数表附表1 序号名称符号取值围备注1 下山移动角ββ=δ-（0.6-0.7）αβ与煤层倾角成反比。

α为煤层倾角2 上山移动角γ55-60°3 走向移动角δ55-60°4 底板移动角λ55-60°用于急倾斜煤层5 表土移动角ψ45-50°干燥土层取大值，含水土层取小值说明：因本公司下属煤矿暂无实测岩移数据，表中数据仅供参考。

2、下沉系数（η）指在充分采动情况下，开采水平煤层时的地表最大下沉量与采高（多煤层开采时取累计采高）之比。

在开采倾斜煤层时，由于上覆岩层大致沿岩层法线方向弯曲，最大下沉区的移动基本上是法向移动，最大下沉量应为法向移动量的垂直分量，因此，下沉系数等于最大下沉量除以煤层倾角余弦值与采高的乘积。

下沉系数的大小与上覆岩层的坚固性系数成反比，与采煤方法、顶板管理方式和开采面积有关，与采深关系不大。

下沉系数表附表2序号 下沉系数 采煤方法 顶板管理 覆岩类型 适应围1 0.6 长壁式 全部陷落法 坚硬辉绿岩、石灰岩、石英岩、砾岩、砂砾岩、砂质页岩2 0.6-0.8 长壁式 全部陷落法 中硬 砂质页岩、泥质砂岩、页岩等3 0.8-1.0 长壁式 全部陷落法 软弱风化带岩石、粘土岩、第三系第四系表土层3、围护带宽度指建筑物边界与保护边界线之间的安全距离，一般取10-15m 。

7.3防水煤柱留设7.3.1断层防水煤柱留设因本矿井3号煤层开采时断层、陷落柱是奥陶灰突水的重要通道。

因此，必须对导水断层留设防水煤柱，防水煤柱的留设方法可依据《煤矿防治水规定》附录三的公式计算，本矿区含水或导水断层防隔水煤柱的留设方案如下：由于本井内没有发现较大的断层，因此，本报告只考虑小断层的煤柱留设情况。

当断层落差小于隔水层厚度（取3号煤层的99.09m ）时，含水或导水断层防隔水煤柱的留设参照经验公式计算： L=0.5KM P3K P ≥20m (7-1) H a =ST P +10,L= αsin a H ≥20m (7-2) 式中：L —防隔水层煤柱宽度，m ；K —安全系数，一般取2～5；M —煤层厚度或采高，m ；P —煤层厚度或采高，m ；Kp —煤的抗拉强度，Mpa ；H a —导水裂隙带至含水层防水岩柱的厚度，m ；α—断层倾角，（°）经以上公式（7-1）和（7-2）计算，所得结果取较大值为留设的防水煤柱宽度。

今后如在地质勘探和采掘活动后，发现有新的断层，矿方应按照以上计算方法自行计算断层防水煤柱的宽度；对落差小于5m的断层应在探明去其导水性后，再确定是否留设防水煤柱或采取注浆加固措施。

7.3.2陷落柱保护煤柱留设目前本矿井内尚未发现陷落柱，但不排除存在隐伏陷落柱的可能。

陷落柱是奥灰突水的主要通道，为防止陷落柱突水事故，确保矿井安全生产，对导水陷落柱必须留设防水煤柱。

现分述如下：①导水陷落柱对于一些导水陷落柱，如果所处的位置对回采影响不大，可以只留设保护煤柱而不封堵。

这类落陷柱突水隐患很大，留设防水煤柱时一定要考虑其特征，做到万无一失。

首先，必须查明有无与陷落柱连通的导水断层。

如果存在断层，即使断层距很小，也会作为突水通道将陷落柱内的水导入矿井，从而导致断层突水事态扩大。

即使没有人为干扰的情况，突水通道也会在高压水作用下发生冲刷或扩容，随时有增大涌水、发生灾害的可能。

矿井防水煤柱的留设原则首先是安全性方面的原则。

矿井防水煤柱的留设应符合以下原则：1.保持矿井的稳定性：防水煤柱的留设应使矿井的机构变得更加稳定，防止矿井涌水或塌陷事故的发生。

煤柱的留设应符合矿井的地质条件和矿井的工艺要求，确保矿井的稳定性。

2.保持煤柱的连续性：防水煤柱的留设应保持煤柱的连续性，避免出现煤柱断裂或变形的情况。

在留设防水煤柱时，应考虑到煤柱的厚度、强度和结构等因素，确保煤柱的连续性。

3.制定合理的留设方案：防水煤柱的留设应根据矿井的地质条件、煤层的厚度和倾角、矿井的开采方式等因素来制定合理的留设方案。

煤柱的留设应考虑到各种因素的综合影响，尽量使防水煤柱的留设达到最佳效果。

其次是经济性方面的原则。

矿井防水煤柱的留设也应考虑经济性，并尽可能减少投资和资源的浪费。

具体原则如下：1.寻找最佳位置：在制定煤柱留设方案时，应尽量选择能够达到防水和瓦斯抽采效果的最佳位置。

通过地质勘探和煤层预测，确定煤柱的留设位置，以便提高煤柱的效果，减少矿井涌水和瓦斯爆炸的风险。

2.综合考虑效益与成本：在制定煤柱留设方案时，应综合考虑煤柱的防水效果与投资成本之间的关系。

选择经济效益最大化的煤柱留设方案，既能保持矿井的安全性，又能减少投资和资源的浪费。

3.合理利用煤矿资源：在制定煤柱留设方案时，应根据矿井的煤炭资源储量和开采计划，合理利用煤矿资源。

煤柱的留设不能过度浪费煤炭资源，应根据矿井的实际情况，计算出合理的煤炭留设量。

总之，矿井防水煤柱的留设原则主要包括安全性和经济性两个方面。

在留设防水煤柱时，应充分考虑矿井的地质条件、煤层的特点和矿井的开采方式等因素，制定合理的留设方案。

同时，在保证矿井安全的前提下，也要尽量减少投资和资源的浪费，提高经济效益。

应用基础综放开采覆岩“两带”高度的计算公式及适用性分析许延春,李俊成,刘世奇,周　霖(中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京100083)[摘　要]　当前所依据的《三下采煤规程》中没有预计综放开采工作面覆岩破坏高度的经验公式,为了合理留设特厚煤层综放开采工作面露头区安全保护煤岩柱,有必要建立适用于综放开采工作面覆岩导水裂缝带和垮落带高度计算的经验公式。

依据项目的实测“两带”成果,并且收集了40余个“两带”孔的综放开采工作面不同硬度类型覆岩的“两带”高度数据,采用数理统计回归分析的方法,得出了适用于综放开采工作面中硬、软弱覆岩条件下的“两带”高度计算的经验公式,并进行了实用性分析。

研究成果对含水层下特厚煤层综放开采工作面浅部安全开采和保护煤岩柱的合理留设有指导意义和实用价值。

[关键词]　综放开采;“两带”高度;计算公式;适用性[中图分类号]T D 327.2 [文献标识码]A [文章编号]1006-6225(2011)02-0004-04C a l c u l a t i o nF o r m u l a o f “T w o -z o n e ”H e i g h t o f O v e r l y i n gS t r a t a a n dI t s A d a p t a b i l i t y A n a l y s i sX UY a n -c h u n ,L I J u n -c h e n g ,L I US h i -q i ,Z H O UL i n(R e s o u r c e s ＆S a f e t y S c h o o l ,C h i n aU n i v e r s i t y o f M i n i n g ＆T e c h n o l o g y (B e i j i n g ),B e i j i n g 100083,C h i n a )A b s t r a c t :T h e r e i s n o t e x p e r i e n t i a l f o r m u l a f o r p r e d i c t i n g b r e a k a g e h e i g h t o f o v e r l y i n g s t r a t a o v e r f u l l -m e c h a n i z e d c a v i n g m i n i n g f a c e i n c u r r e n t R e g u l a t i o n .I t i s n e c e s s a r y t h a t s e t t i n g u p e x p e r i e n t i a l f o r m u l a e f o r p r e d i c t i n g “t w o -z o n e ”h e i g h t o f f u l l -m e c h a n i z e d c a v i n g m i n -i n g f a c e t o i n s t r u c t p r o t e c t i v e p i l l a r d e s i g n .B a s e do no b s e r v a t i o nr e s u l t a n dd a t a f r o m 40b o r e h o l e s i nf u l l -m e c h a n i z e d c a v i n g m i n i n g f a c e s w i t hd i f f e r e n t h a r d n e s s s u r r o u n d i n g r o c k ,e x p e r i e n t i a l f o r m u l a eo f “t w o -z o n e ”h e i g h t s f i t f o r m e d i u m -h a r da n ds o f t r o c ki nf u l l -m e c h a n i z e d c a v i n g m i n i n g w e r e o b t a i n e db y s t a t i s t i c a l m e t h o d .T h e f o r m u l a e w e r e a p p l i c a b l e f o r i n s t r u c t i n g s a f e t y m i n i n g s h a l l o wb u r -i e d c o a l -s e a ma n dr a t i o n a l p r o t e c t i v e p i l l a r d e s i g ni nf u l l -m e c h a n i z e d c a v i n g m i n i n g u n d e r a q u i f e r o u s r o c k .K e yw o r d s :f u l l -m e c h a n i z e dc a v i n g m i n i n g ;t w o -z o n e h e i g h t ;c a l c u l a t i o nf o r m u l a ;a p p l i c a b i l i t y[收稿日期]2010-11-03[基金项目]国家“973”计划支持项目(2007C B 209402);2010年国家安监总局关键技术重点科技项目[作者简介]许延春(1963-),男,河北唐山人,研究员,教授,主要从事“三下采煤”的研究与教学工作。

近含水体工作面综放开采安全煤岩柱留设及安全回采厚度确定许延春1，刘中华1，杜明泽1，郭文砚1，王潇2，张星宇1（1.中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院，北京100083； 2.多伦协鑫煤业股份有限公司，内蒙古多伦027300）［摘要］针对协鑫煤矿1708－1工作面近含水体（上覆砂砾岩含水层与边界浸入体含水层）安全开采的问题，通过1703－1现场实测与理论分析确定了1708－1工作面开采的垮采比和裂采比，并根据安全煤（岩）柱的留设要求及基岩厚度，计算得出工作面的安全回采厚度。

结果表明：1708－1工作面覆岩破坏垮采比的预计值为5.61，裂采比为12.21；考虑边界含水浸入体的补给，工作面的安全回采厚度为：“底砾区”（Ⅰ区）距第一开切眼100m 和100 240m 范围内安全采放厚度分别为3m 和6.71m ；工作面中部“底黏区”（Ⅱ区）240 530m 范围内安全采放厚度为9.51m ，530 730m 范围内为危险区域，需通过注浆改造等措施实现安全开采，采放厚度为2.7m ，730 1222m 范围内可通过限厚开采实现安全开采，限厚采放厚度为4.16m ；停采线附近“底砾区”（Ⅲ区）1222 1528m 范围内不予开采。

［关键词］安全煤（岩）柱；安全回采厚度；限厚开采；浸入体含水层［中图分类号］TD823.83［文献标识码］A［文章编号］1006-6225（2017）01-0080-04Safety Coal and Ｒock Pillar Set and Safety Mining Thickness of Top Coal Caving Close AquiferXU Yan-chun 1，LIU Zhong-hua 1，DU Ming-ze 1，GUO Wen-yan 1，WANG Xiao 2，ZHANG Xing-yu 1（1.Ｒesource and Safety Engineering School ，China University of Mining Technology （Beijing ），Beijing 100083，China ；2.Duolun Xiexin Coal Industry Co.，Ltd.，Duolun 027300，China ）Abstract ：To safety mining problems of 1708－1working face that close to aquifer （glutenite aquifer and intrude body aquifer ）of Xiexin coalmine ，caving-production ratio and fracture-production ratio of 1708－1working face were determined by field measurement and theory analysis of 1703－1，then safety mining thickness was calculated by safety coal and rock set demand and basement thickness.The results showed that the predicted value of ca-ving-production ratio of 1708－1working face was 5.61，fracture-production was 12.21，based on water recharge of boundary ，the safety mining thickness of ‘bottom conglomerate zone ’（Ⅰzone ）were 3m and 6.71m ，respectively ，which the distance to the first open-off cut were 100m and 100-240m ，re-spectively.The safety mining thickness of middle part of working face ‘bottom sticky zone ’（Ⅱzone ）was 9.51m ，which the distance to the first open-off cut were 240 530m ，and the area that 530 730m was dangerous zone ，safety mining could be realized by grouting and so on ，mining-caving thick-ness was 2.7m ，and the safety mining of 730 1222m could be realized by finite thickness ，the thickness was 4.16m ，the ‘bottom conglomerate zone ’（Ⅲzone ）1222 1528m would not be mined.Key words ：safety coal and rock pillar ，safety mining thickness ，finite thickness mining ，intrude body aquifer［收稿日期］2016－07－21［DOI ］10.13532/11－3677/td.2017.01.019［基金项目］国家自然科学基金煤炭联合基金重点项目（U1361209）；国家重点基础研究发展规划（973计划）资助项目（2013CB227903）［作者简介］许延春（1963－），男，河北唐山人，教授，博士生导师，从事特殊采煤的研究与教学工作。

摘要:矿井水灾是煤矿安全生产中的几大隐患之一，防治矿井水灾的措施和方法也很多，本文主要从采掘工程可采取的防治水措施和防水安全煤柱的留设两个方面，对矿井防治水的措施做了介绍。

关键词:矿井水灾防水煤柱防治水1概述矿井在建设和生产过程中，地面水和地下水通过各种通道涌入矿井，当矿井涌水超过正常排水能力时，就造成矿井水灾。

矿井水灾是煤矿常见的主要灾害之一，一旦发生透水，不但影响矿井正常生产，而且有时还会造成人员伤亡，淹没矿井和采区，危害十分严重。

所以做好矿井防治水工作，是保证矿井安全生产的重要内容之一。

目前防治水工作已经成为煤矿在生产管理中的一项举足轻重的工作，本文主要从采掘工程可采取的防治水措施和防水安全煤柱的留设两个方面，对矿井防治水的措施做了介绍。

2矿井开采可采取的防治水措施2.1采掘工作面的防治水措施①定期收集、调查和核对相邻煤矿和废弃的老窑情况，并在井上、下对照图上标出其井田位置、开采范围、开采年限、积水情况等。

②针对主要含水层（段）建立地下水动态观测系统，进行地下水动态观测、水害预报，并制定相应的“探、防、堵、截、排”综合防治措施。

③井巷掘进必须严格执行“逢掘必探，边探边掘”的探放水原则，掌握前方水文情况，若发现有水患时，应及时采取措施，待确认安全后方可向前掘进，并将出水点位置标于井上下对照图或采掘工程平剖面图上。

井巷揭露的主要出水点或地段，必须进行水温、水量、水质等地下水动态和松散含水层涌水含砂量综合观测和分析，防止滞后突水。

④采掘工作面或其他地点发现有挂红、挂汗、空气变冷、出现雾气、水叫、顶板淋水加大、顶板来压、底板鼓起或产生裂隙出现渗水、水色发浑、有臭味等突出预兆时，必须停止作业，采取措施，立即报告矿调度室，发出警报，撤出所有受水威胁地点的人员。

⑤井下和地面排水设施保证完好，所设沉淀池、水沟要及时进行清理，每年雨季前必须清理一次。

每年雨季前对矿井防治水工作进行一次全面检查，成立防洪抢险队伍，并储备足够的防洪抢险物资。

第30卷第3期煤炭学报V o.l30N o.3 2005年6月J OURNAL OF C H I N A COAL SOC I ETY June2005文章编号:0253-9993(2005)03-0305-04综放开采防水煤岩柱保护层的/有效隔水厚度0留设方法许延春(天地科技股份有限公司开采所事业部,北京100013)摘要:提出了/有效隔水厚度0的概念和保护层内隔水岩层折算有效隔水厚度的方法,建议了水体下综放开采时保护层的/有效隔水厚度0留设标准和评价方法.关键词:综放开采;防水煤柱;保护层;有效隔水厚度中图分类号:TD823149文献标识码:AD esign m ethods of the effective water-resisti ng thickness for theprotective sea m of the water barrier i n full y-cavi ng m echanized coalm i ningXU Yan-chun(C oalM ining De part men t,T i andi S cience&Tec hn ology Co.L t d,B eijing100013,Ch i na)Abst ract:A concepti o n o f ffecti v e w ater-resisting thickness(E W T)and the converti n g m ethod fro m w ater-resisting layer th ickness to E WT in t h e protective sea m w ere presented.In additi o n,suggested the design i n g standar d and t h e eva l u ating m ethod of the protective sea m by E W T in the fully-cav i n g m echan ized coalm i n i n g.K ey w ords:f u ll y-cav i n g m echanized coa lm i n i n g;w ater barrier;protecti v e sea m;effecti v e w ater-resisti n g th ic k-ness到目前为止,对于水体下综放开采防水安全煤岩柱的保护层厚度的留设尚没有明确的规定.如果参照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》(以下简称/三下采煤规程0)关于普采或综采分层开采条件下的规定进行留设与评价有时不尽合理.为此,本文提出了/有效隔水厚度0的概念以及保护层的/有效隔水厚度0留设、评价方法.1防水安全煤柱保护层的留设方法111防水安全煤岩柱的设计与留设[1]/三下采煤规程0留设防水安全煤岩柱的目的是不允许导水断裂带波及水体(图1),即H sh\H li+ H b,其中H sh为防水煤柱垂高,m;H li为导水断裂带高度,m;H b为保护层厚度,m.112普采与分层综采保护层厚度的选取对于缓倾斜和中倾斜煤层,/三下采煤规程0规定,防水安全煤岩柱的保护层厚度可根据有无松散层以及底部黏性土层厚度等情况按表1中的数值选取.例如,兖州某工作面为中硬覆岩类型,煤层平均厚度收稿日期:2004-06-07基金项目:国家自然科学基金资助项目(50274042)作者简介:许延春(1964-),男,河北乐亭人,博士,研究员.Te:l010-********.E-m ai:l yan chun_xu@to m1co m煤 炭 学 报2005年第30卷图1 防水安全煤柱设计F i g 11 D esign o fw ater barrier(a)缓倾斜煤层;(b)急倾斜煤层为910m,分4个分层开采,每分层采高A =2125m ,则在松散层底部黏性土层厚度小于累计采厚的情况下,保护层厚度H b =4A =9m .113 综放开采确定保护层厚度存在的问题目前水体下采煤时采用综放开采垮落法管理顶板时,防水安全煤岩柱中保护层厚度的留设尚没有规定.如果参照表1的留设方法和前例的基本条件,当煤层厚度为910m ,采用综放开采取采出率为85%,则采高A =7165m,保护层厚度取H b =4A =3016m,则前后相差2116m,这对于缓倾斜厚煤层水体下压滞煤量的影响差异巨大.如果保护层内均为隔水性良好的泥岩,则理论研究和实践均表明保护层的选取厚度明显偏大,可造成大量煤炭资源损失.反之,如果保护层内多为导水或含水的砂岩,则保护层难以起到应有的保护作用.表1 防水安全煤岩柱保护层厚度(不适用于综放开采)Table 1 Th ickness of p rotective sea m of th e water barr ier (no fitt i ng fu ll y -caving m echan ized coalm i n ing)覆岩岩性松散层底部黏性土层厚度大于累计采厚松散层底部黏性土层厚度小于累计采厚松散层全厚大于累计采厚松散层全厚小于累计采厚坚硬4A *5A 6A 7A 中硬3A 4A 5A 6A 软弱2A 3A 4A 5A 极软弱2A2A3A4A注:A =1nE M ;E M 为累计采厚;n 为分层层数.综放开采具有高产高效的优点,近年在我国迅速得到普及.在进行水体下采煤时,防水安全煤柱的合理设计与留设,特别是保护层厚度的合理选取,是一个涉及矿井安全回采及资源合理利用的关键问题.2 有效隔水厚度的概念与计算211 有效隔水厚度的概念煤层是在沉积岩内生成的,在基岩上方多有新生界松散层覆盖.在煤层的上覆岩层中,采矿界普遍公认黏土具有良好的隔水性,特别是液性指数小于0175达到可塑状态的黏土,其隔水性是非常好的.其他岩层,例如,泥岩、页岩、砂质泥岩、泥质砂岩和粉砂岩(部分)的隔水性较黏土有不同程度的减弱;反之,粉砂岩(部分)、细、中、粗砂岩、砾岩和石灰岩等为含水层或导水层.鉴于覆岩中隔水性的差异,将隔水能力最强的黏土层作为典型的标准隔水层,可取厚度评价值为1.对于泥岩等其他隔水层则可按等价隔水能力向标准隔水层进行折算,求出岩层的有效隔水厚度.212 有效隔水厚度的计算方法岩层的隔水性受多种因素的影响,例如岩性、岩层厚度、岩体强度、地应力场、矿物成分、结构和弱面等,将泥岩等一定厚度的隔水层精确折算或理论计算到标准隔水厚度是不可能的.为了在实际工程中获得应用,必须进行适当简化,选择代表性的参数.通过研究,选择岩体强度作为反映基岩隔水性的差异,因为通常强度高的岩体内部原生裂隙较发育,连通性较好,并且受采动影响破坏后裂缝的宽度较大,导水性较好,因此多为导水或含水岩体.为表示其隔水性参照覆岩综合评价系数,并根据对岩性隔水性的认识进行修正获得隔水性评价系数R,见表2.由表2可见,岩性越硬则分层岩性评价系数R 越小,同时,大多数情况下,R 越大,则对应岩层的隔水层越好;当R <013时,岩层基本不具备隔水性.有效隔水厚度的计算:M y i =M i R i ,其中M y i 为第i 层有效隔水厚度,m;M i 为第i 层隔水层厚度,m;R i 为第i 层隔水性评价系数.306第3期许延春:综放开采防水煤岩柱保护层的/有效隔水厚度0留设方法表2隔水性评价系数Table2Eval uating para m e ters of th e water-resisti ng property岩性单向抗压强度/M Pa岩石名称R中硬60~5050~4040~3030~2020~10砂质页岩、粉砂岩(部分)硬质黏土岩各种页岩、致密泥灰岩、风化砂质泥岩软页岩、无烟煤、普通泥灰岩破碎页岩、风化泥岩、烟煤014>R\013016>R\014018>R\016110>R\018软弱[10黏土1103水体下综放开采保护层的留设方法311保护层厚度的留设方法水体下采煤时,保护层直接位于导水断裂带的上方是为了阻隔上覆含水层(体)通过导水断裂带向工作面充水,保护层不仅要具有一定的厚度,更重要的是要达到一定的阻隔水能力.理论和实践均表明,在地质、采矿条件有利的情况下,如果导水断裂带与含水层之间具有最小厚度3m以上的黏土层,则可以有效阻隔上覆含水层(体)的水下泄,见表3.以枣庄新安煤层3103(1)工作面为例,通过渗流有限元模拟分析[2],得出保护层黏土厚度、性质与工作面涌水量的关系(表4).由表4可见,当保护层有3m黏土隔水层时,工作面无涌水.表3具有底部黏土的水体下采煤实例Table3Cases of coalm i n i n g under water bod ies w ith botto m clay l ayers m 矿名及工作面编号底部黏土厚度最小基岩厚度采高预计裂高预计垮高涌水情况新安煤矿3103(1)312018170214311951114无松散层充水杨村煤矿2608>31001014211221160414无松散层充水许厂煤矿13042112~3312740100610441402910无松散层充水许厂煤矿1321817040100610441402910无松散层充水表4渗流量计算结果Table4Calcu lati on resu lts of the seep i ng d ischarge of m i n i ng faces m3/d松散层底部岩性结构渗透系数组合水头80m剖面渗透流量走向长100m工作面涌水量水头160m剖面渗透流量走向长100m工作面涌水量全部为中、粗砂岩30-40-5011920192103184038410底部1m砂质黏土31-40-50014824812019649614底部2m砂质黏土31-41-50011981918013963916底部3m砂质黏土31-41-51011221212012442414底部2m黏土32-42-502145@10-42145@10-24190@10-44190@10-2底部3m黏土33-43-532193@10-62193@10-45186@10-65186@10-4采用/有效隔水厚度法0留设保护带厚度时,一般情况考虑折算、取值等不确定因素,为安全起见,建议取保护层最小有效隔水厚度为3m的倍数,即M y=3B,其中B为安全系数.B的取法:①一般情况下,取B=2;②对于含水层水头很高、地质构造复杂等十分不利的地质、采矿条件,并且不允许含水体可能向工作面充水,则可考虑取B=3或4;③对于采矿、地质条件较好,允许含水体可能向工作面小型充水(涌水量小于50m3/h),可考虑B=1.当具体保护带留设时,其步骤如下:①确定保护层的最小有效隔水层厚度,一般取6m;②预计导水断裂带高度;③然后根据工作面内或附近的多个钻孔,由下向上逐层计算有效隔水层厚度;④标出当达到或超过最小隔水层厚度的岩柱厚度;⑤根据工作面最易出水的位置,以最接近钻孔的参数为主,同时参考其它钻孔的参数,确定保护层的厚度;⑥如果是地表水,还应考虑开采造成地面裂缝的深度;⑦按防水安全煤岩柱的留设方法,确定最小防水安全煤柱的厚度.307煤 炭 学 报2005年第30卷312 保护层隔水性的评价方法对于已知某工作面的地质、采矿条件,评价防水煤岩柱保护层厚度是否有效,则可以在预计导水断裂带高度和地面裂缝深度的基础上,对导水断裂带与地面断裂深度之间岩体的有效隔水厚度进行计算,正常情况下如果保护层有效隔水厚度大于6m,则认为保护层有效.4 留设实例兖州某矿采用综放开采工作面采放高度为7147m,属中等偏硬的覆岩条件.中等富水性的松散含水砂层直接覆盖在煤系地层上面.预计导水断裂带高度为75m,工作面最小煤岩柱厚度约103m.按/三下采煤规程0规定应留设防水类型安全煤岩柱.如果参照分层综采的方法,则取5A =37147m,最小煤岩柱厚度为112135m ,大于工作面实际煤岩柱厚度.采用本方法,对保护层其隔水性进行评价,初步确定标准如下:0[M y <310m,隔水性低;310m [M y <610m,有隔水性;610m [M y ,隔水性好. 根据工作面附近的钻孔(D40、北风井、水1和D28)柱状图,分别计算各钻孔的导水断裂带以上至最小基岩高度之间的有效隔水厚度.参照表2,取泥岩的R =016,砂质泥岩的R =014,风化泥岩的R =018,风化砂质泥岩的R =016,风化带厚度取10m,计算结果见表5.表5 工作面附近地层的有效隔水厚度Table 5 The EW T thickness of the strata nearthe coal m i n ing face项 目D40北风井水1D28评价岩柱高度/m 75~10575~10575~10375~105有效隔水厚度/m 71763147913516136保护层隔水性好较低好好由表5可见:①4个钻孔的保护层均有一定厚度的泥类岩,均有一定的隔水性.其中D28和D40和水1钻孔的保护层隔水性好,工作面涌水的可能性低.②北风井柱状的保护层隔水性较低,但该钻孔处于工作面的深部,工作面覆岩厚度大,工作面在区段出现涌水量的可能性低.③工作面浅部的水1孔,保护层有良好的隔水层,因此松散层底含向工作面充水的可能性低.如果按最小有效隔水厚度610m 留设保护带,则要低于现有的保护带厚度.目前该工作面已经开采完毕,工作面没有出现涌水现象.5 结 论目前尚无适用于水体下综放开采保护层厚度的留设方法,如果按普采或分层综采的规定进行留设不尽合理.将覆岩中的隔水岩层折算为以黏土为典型标准隔水层的隔水厚度.提出保护层不仅需要有一定的厚度,还应具备/有效隔水厚度0.建议综放开采时取保护层最小有效隔水厚度为6m.实例表明,采用/有效隔水厚度0方法评价水体下综放开采保护层的隔水性是可行的.同时作者认为/有效隔水厚度0方法对于留设与评价水体下普采和分层综采时的保护层也是适用的,其留设原理较以往更合理.利用本方法首先从评价保护层的隔水性入手,通过积累成功经验,最终确定适合本矿区条件的保护层最小有效隔水厚度.参考文献:[1] 国家煤炭工业局.建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程[M ].北京:煤炭工业出版社,2000.225~230.[2] 枣庄矿业(集团)公司滕北五号井,天地科技股份有限公司开采所事业部.滕北五号井复合水体下浅部工作面开采的研究与实践总结报告[R ].2002.308。