煤矿综放开采覆岩破坏规律及顶板结构研究

煤矿综放开采覆岩破坏规律及顶板结构研究

0开采对煤的影响分析研究随着中国煤炭开采水平的提高，煤炭开采过程中的水害日益严重。在煤炭生产实践中，影响矿井充水的2个主要因素是充水水源和导水通道，这2方面已经做了很多研究，刘天泉院士针对覆岩破坏和位移提出了顶板“三带”模型，各带特征与地质、采矿等条件紧密相关。刘德清在现场实测的基础上，结合数值模拟等方法，以综放开采导致垮落岩层厚度变化为出发点，分析综采放顶煤采场垮落带高度发育规律，采场顶板结构及控制等应用问题。钟道昌在相似材料模拟实验的基础上，分析了采动后覆岩离层发生的位置及其扩展规律；探讨了覆岩组合运动的条件以及组合结构在推进方向上裂断和失稳的规律；从覆岩运动的规律出发，探讨了导水裂隙带高度的主要影响因素和计算方法；刘伟韬、黄存捍等基于岩体极限平衡理论，考虑了断层本身的性质和应力降低区的作用，推导了底板隔水层突水力学判据；杨登峰等针对煤矿隐伏断层突水破坏区域的空间分布特征，模拟了含断层底板采动破坏特征及突水过程；赵志刚，赵春波针对矿井含断层底板，研究了其不同开采方式的影响；黄广帅研究了在埋深、煤层厚度、推进距离等不同条件下，开采对煤层底板的破坏情况。在上述前人研究成果的基础上，本文根据辛置煤矿实际，对矿井充水条件进行了深入研究和分析，并提出了针对性的水害防治对策。1辛置井田构造环境辛置煤矿处于霍西煤田中部，霍州矿区东南，辛置井田横跨3个构造带，如图1所示，即西部为吕梁褶皱带，中部为汾河向斜，东部为霍山背斜构造带，总体上为一复式背斜及向斜构造，受区域构造影响，辛置井田总体构造为一走向北东，倾向北西的单斜构造，并伴有走向北北东转北东向的扭性断裂和宽缓褶曲。井田的北、西面皆以大断层与邻区为界；北界为F2充水条件2.1大气降水、地表径流、矿井涌水量根据矿区实际生产情况，井田西部煤层埋藏较浅，矿井涌水量受大气降水稍有影响，随着煤层向东部埋深的增加，矿井涌水量受大气降水影响减弱。矿区内无大型河流，只有一些小型溪流，流量不大，总体矿井涌水量受大气降水和地表径流影响不明显。地下充水水源主要有下石盒子组K老空水中，矿井自掘的废弃老空积水是煤矿开采的主要充水水源，22.2采动导水裂隙带矿区内断层较发育，密度较大，落差大于30m的大型断层有12条，这些断层构造的存在，使相邻地段的不同时代含水层直接对接，如奥灰含水层和太原组灰岩含水层对接，也在一定程度上导致含水层和老空积水沟通，如2(2）陷落柱矿区内陷落柱十分发育，陷落柱可构成煤系地层与岩溶水的垂直通道，进而发生岩溶水突水事件。根据资料得到井田内陷落柱有106个，其岩性多为泥岩、砂质泥岩、砂岩、灰岩以及煤块等，柱体不充水、不导水，少数有淋、渗水及涌水现象，但随着采空面积的增大，底板岩溶水压力值增加，其导水的可能性也随之增加，可能会通过陷落形成突水，对矿井造成威胁。(3）采动导水裂隙带煤层采空后，上覆岩层出现下沉，弯曲及次生裂隙发育，上部大气降水及地下水沿裂隙充水通道进入巷道。煤层顶底板和大面积采空塌陷裂隙带，是巷道充水的主要途径。导水裂隙带的高度与井下煤层开采厚度、煤层顶板管理方法、岩性等直接相关。通过《煤矿防治水细则》中煤层顶板垮落带、导水裂缝带高度计算公式对井田主要开采煤层2(4）封闭不良的钻孔辛置井田内在普、详、精查及生产阶段共施工钻孔229个，其中不少钻孔存在一些问题，这些钻孔今后都可能会成为各个含水层的水力联系通道，采动过程中一旦被揭露，可能会对矿井安全生产产生影响，需要对其进行认真排查和处理。2.3充水强度区内影响煤矿生产的含水层有山西组砂岩含水层、太原组灰岩含水层以及奥陶系灰岩含水层。由资料可得，23矿井涌水通道采区内11(2）留设防隔水煤（岩）柱矿区内煤层开采过程中存在着断层和陷落柱造成的导水通道，因此经过超前探查，对导水、富水且不易进行疏放水的断层、陷落柱、封孔情况不明的旧钻孔（包括水文观测孔、注浆孔和电缆孔等）等留设防隔水煤柱，防止因为导水通道的原因导致对矿井生产造成威胁，带来不必要的损失。(3）注浆加固、封堵断层和陷落柱等构造是区内矿井涌水的主要通道，在富水性较好地段对于断层及小型陷落柱或底板薄弱处，确认安全后通过局部预注浆加固和配合一定的疏干工程消除突水隐患，来保证正常开采。在巷道掘进过程中，为了减少工作面涌水量，给矿井生产提供良好的工作环境，对于已经穿越含水层的煤层，如10(4）保障排水能力对于全矿井和工作面必须准备足够的排水设备，尤其是矿井涌水量较大时，涌水在煤层底板标高最低处汇集，严重恶化生产环境，增加排水负担，所以应配备或增设适宜的排水设备，对矿井水仓水0.5a进行1次水质化验，分析其对排水系统的影响，对排水系统每年雨季前进行联合排水试验，并根据检验情况对矿井排水系统进行维护，保证矿井排水系统正常运行。4矿井涌涌水问题(1）区内充水水源主要是下石盒子组K(2）区内构造复杂，断层陷落柱发育较多，断层可能使相邻地段的不同时代含水层直接对接，陷落柱可构成煤系地层与岩溶水的垂直通道，矿井生产时应确认