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巨厚松散層薄基巖下安全煤巖柱的留設方法實踐

文檔作者：尚群張海韋李寧郭飛鵬文檔來源： 1．煤炭工業(yè)鄭州設計研究院股份有限公司 2．河南理工大學萬方科技學院		點擊數(shù)：	更新時間： 2023年05月04日
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114
能源技術與管理
Energy Technology and Management
2015年第40卷第2期
Vo1．40 N
+
o．2
doi：10．3969／j．issn．1672-9943．2015．02．047
巨厚松散層薄基巖下安全煤巖柱的留設方法實踐
尚群 ，張海韋 ，李寧 ，郭飛鵬
(1．煤炭工業(yè)鄭州設計研究院股份有限公司，河南鄭州450007；2．河南理工大學萬方科技學院，河南焦作4541 50)
[摘要] 為了合理確定厚松散層薄基巖下開采上限和安全煤巖柱的高度，解放淺部安全煤
柱資源，結合趙固一礦實際工程背景，對東一盤區(qū)巨厚松散層及薄基巖的含水層富
水性和隔水性能進行分析，確定了防水煤柱改為防砂煤柱的可行性，再通過理論計
算及數(shù)值模擬的方法計算垮落帶高度為17 m、防砂煤柱高度為36 m，根據(jù)現(xiàn)場地
面勘探鉆孔確定東一盤區(qū)的開采上限標高。最后經(jīng)工程應用，最大限度地回收了煤
炭資源，取得了顯著的經(jīng)濟效益，為同類型礦井提供了借鑒和指導。
[關鍵詞] 巨厚松散層薄基巖；防水煤柱；防砂煤柱；垮落帶；開采上限
[中圖分類號]TD822~．3[文獻標識碼]B [文章編號]1672_9943(2015)02 1 14-03
1 問題的提出 留設提供理論依據(jù)。
我國各煤田系中存在著儲量巨厚松散薄基巖
煤層，薄基巖上覆厚松散層是由第四系、新近系和
古近系松散層組成，其中往往含有一定厚度的砂
層、碌石層或砂碌互層，當其厚度較大并且富水性
較好時，常構成含水豐富的含水層。為保證礦井安
全生產，在礦井設計時一般都依據(jù)有關規(guī)程規(guī)定
留設相應的安全保護煤巖柱。我國水體下采煤常
采用防水、防砂、防塌3種留設安全煤巖柱的方
法。但具體如何留設卻受多個因素的影響，例如與
松散含水層的富水性和賦存條件，煤層覆巖的巖
性、結構等有關系。
趙固一礦井田位于新鄉(xiāng)、焦作兩市交界地帶，
煤田劃分屬焦作煤田，設計開采二。煤層，平均
厚6．24 m，設計生產能力240萬 ，服務年限
56．9 a，屬瓦斯礦井。按原設計其防水安全煤巖柱
留設55 m，防砂安全煤巖柱高度取30 m。按照以
上留設原則，淺部安全煤柱共計68 715 kt，有大量
的呆滯煤量。巨厚松散層薄基巖下安全煤巖柱留
設，最大程度提高煤炭回采率，保障煤礦安全生
產，成了趙固一礦迫切需要解決的重大技術和生
產問題。
因此，針對趙固一礦東一盤區(qū)的實際條件，結
合礦井水文資料分析巨厚松散層、薄基巖的礦物
成分和含(隔)水性，確定安全煤巖柱類型，再通過
理論分析和數(shù)值模擬確定垮落帶高度，最終確定
趙固一礦巨厚松散層薄基巖下安全煤巖柱留設的
合理尺寸，解放煤炭資源，可為類似條件下煤柱的
2 礦井開采條件及水文地質特征
2．1 巨厚松散層含(隔)水性能分析
根據(jù)現(xiàn)場鉆孑L資料，新近系中部存在1～3層
中、細砂，含承壓水，井檢1孔抽水單位涌水量
0．393 L／s．m，滲透系數(shù)2．082 m／d。水位標高為
87．61 m。水化學類型HCO 一Ca．Mg．K+Na型，礦化
度O．303 g／L，屬中等富水含水層，pH為7．82。
對趙固一礦土樣進行分析，其塑性指數(shù)基本
都大于17，液性指數(shù)都小于0．25，該粘土的狀態(tài)
分類為低液限半固結狀態(tài)，具有良好的隔水性和
差的流動性。該底粘不僅可以有效地抑制導水裂
縫帶向上發(fā)展，而且可以阻止其上部砂、礫含水層
向工作面充水、潰砂。
2．2 薄基巖含(隔)水性能分析
對上覆基巖段40 m厚度的礦物成分進行X
射線衍射分析，如表1、2所示。巖樣的粘土礦物質
主要成分為伊蒙混層(I／S)和伊利石(I)。根據(jù)實驗
結果，基巖及風化帶樣品中伊蒙混層含量較高，遇
水有中等強度的膨脹性，但并非屬于強膨脹性巖
石，因此基巖具有一定的強度及阻隔水性。
巖石吸水率是單位體積巖石在大氣壓力下吸
收水的質量與巖石干密度之比。它反映巖石中裂
隙的發(fā)育程度。通過對上覆薄基巖進行水理性試
驗證明，二 煤上覆基巖裂隙較不發(fā)育，且完整性
較好。滲流實驗證明，基巖中的砂巖和砂質泥巖具
有較低的滲透率，屬于弱富水性含水層，并且具有
一定的阻隔水性，如表3、4所示。

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