承压水上开采防水煤柱临界宽度研究.pdf

《承压水上开采防水煤柱临界宽度研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、8能源技术与管理2010年第6期doi：10．3969~．issn．1672—9943．2010．06．004承压水上开采防水煤柱临界宽度研究邓虎，田建良，唐骏(安徽理工大学能源与安全学院，安徽淮南232001)[摘要]防水煤柱的合理留设，是带压开采至关重要的一个环节，采矿实践证实，绝大多数突水都发源于地质构造，尤其是特大型突水。合理留设防水煤柱是防止构造突水的重要措施。在柳泉矿7煤实际情况的基础上，通过FLAC模拟与理论计算相结合的方法，提出了确定煤柱临界宽度的公式。[关键词]防水煤柱；FLAC模拟；临界宽度[中图分类号]TD822~．3[文献标识码]B[文章编号]1672-9943(2

2、01o)060083采区揭露断层统计数据，假设遇有倾角为60。、0引言落差为35m正断层时，分析不同工作面长度下，我国许多煤田的水文地质条件十分复杂，在底板破坏深度以及相应的防水煤柱临界宽度。煤层开采过程中受到多种水体的威胁，煤矿防治为确定柳泉矿71采区的地质情况，根据现有水问题是煤矿生产及科研中的一大技术难题。据的水文地质资料及7、9煤的顶底板力学性质，采初步统计，全国重点煤矿中受水威胁的矿井占用固流耦合模型，分析在距7煤底板90m处存有47．5％，受水害威胁的储量达250亿t。从近年的承压水的情况下，水的渗流与工作面开采的耦合开采情况看，每年采出受水害威胁的煤炭还不到关系。总储量的10

3、％。因此，如果不能解放这些受水害模型共划分19050个单元，反映出实际尺寸威胁的煤炭储量，不仅影响煤矿的产量，而且一些宽和高各为250m和180m。模型上边界加1．2MPa老矿井还有被迫提前关井的危险。垂直压应力以模拟实际采深的地应力，左右边界防水煤柱的合理留设，是带压开采至关重要以一定的应力梯度加3．0MPa的水平应力，以模的一个环节，采矿实践证实，绝大多数突水都发源拟遇有大断层时的水平应力。在距7煤底板90m于地质构造，尤其是特大型突水。合理留设防水煤位置以一定应力梯度加6．5MPa的水压力，断层柱是防止构造突水的重要措施。本文在柳泉矿7物理参数如表1所示。煤实际情况的基础上通过FLA

4、C模拟与理论计算表1断层物理力学参数相结合的方法，提出了确定煤柱临界宽度的公式。1工作面概况柳泉矿7煤在0～02勘探线之间，一80~_260m留20m保护煤柱时，采场及断层处水压及应段由原景山煤矿回采过，煤厚为1．5-0．6m之间，力云图如图1所示。煤层倾角为60。～70。，回采期间煤层稳定，未见断层，未发现煤层变薄不可采现象，顶底板均为砂岩，坚硬，顶板稳定，回采巷道支护为木支护，无冲击地压现象，工作面走向长300m左右，回采巷道维修量不大，工作面回采过程中没有发现滴淋水现象。2模型的建立与FLAC模拟煤炭开采过程中，当工作面前方遇有断层时，如何确定防水煤柱的临界宽度，根据柳泉矿现71(a

5、)水饱合区域分布图2010年第6期邓虎，等承压水上开采防水煤柱临界宽度研究9承压水沿断层破碎带及7煤开采对底板产生的破坏区，进入工作面而导致突水。3理论计算与经验类比相结合法n剖3．1采场底板不突水条件采场附近煤体上的支承压力往往超过其极限强度，在煤壁附近形成非弹性区。按照弹塑性软化模型，分别处于弹性、软化和流动的区域相应地称(b)底板水压力云图为弹性区、塑性区、破碎区，如图2所示。KyH／，＼。＼＼＼＼r、，、r’，、r、，1，、砌作面I。ⅡⅢ。I』I1l2(c)塑性区分布图也、二I．破碎区；Ⅱ．塑性区；Iii．弹性区图2工作面前方煤体变形区域非弹性区包括塑性区及破坏区，其范围Xz为：=

6、寺[长-1)]]其中：(d)最大主应力云图P=KTHsr=式中为岩层与顶底板间的摩擦系数；为煤层厚度；为煤体的内摩擦角；为单轴压缩时的残余强度；尸为最大支承压力；为峰值应力(e)最小主应力五图图120m煤柱时采场及断层处应力云图集中系数；为上覆岩层的容重；H为煤层的采数值模拟分析表明，7煤下伏的承压水由于深；C为煤体的内聚力。断层破碎带的存在，至使断层活化。承压水一方面塑性区的范围为：h通过其顶板岩层向7煤渗透，但距7煤底板19mz=~(sc一)(2)位置存有隔水层，有效的阻止了水头进一步上升；。式中，为煤体塑性软化模量，且Mo=tan~。，另一方面由于承压水压力较大，使断层成为导水断层，

7、断层处的水头明显高于其它位置，且穿过隔。为煤体塑性软化角；5为塑性区煤体应变梯度，水层向两侧扩散。当所留煤柱为20m时，断层左且St=tan~，为塑性区煤层顶底板变形角之和。侧扩散距离为1lm，右侧为8m，距7煤底板17m，破碎区范围为：10能源技术与管理2010年第6期设宽度计算公式。根据采场底板不突水的条件有：断层突水的条件口>墼，(6)Sin仪cosU。如图3所示，煤壁与断层距离为a，高峰应力式中，h、O,x：为煤