华阳二矿15号煤层开采上覆采空区积水威胁程度研究.pdf
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1、第46 卷第7 期2023年7 月地测与水害防治华阳二矿15 号煤层开采上覆采空区积水威胁程度研究煤炭与化工Coal and Chemical IndustryVol.46 No.7Jul.2023刘浩(华阳集团新能股份有限公司二矿,山西阳泉0 45 0 0 0)摘要:华阳二矿3 号煤层已采掘完成并形成大量的采空区积水,为更加准确的掌握其对下位15 号煤层开采的威胁,通过数值模拟、收集资料、现场实测等方法,进行3 号煤层开采底板破坏深度及15 号煤层开采顶板导水裂隙带发育高度的研究,通过线性回归方法得到针对华阳二矿3 号煤层底板破坏深度及15 号煤层顶板导水裂隙带发育高度的回归方程,给出3 号
2、煤层采空区积水威胁程度划分标准并得到危险程度分区图,对15 号煤层预测、防治上覆采空区水害隐患具有重要意义。关键词:导水裂隙带;数值模拟;回归分析中图分类号:TD74文献标识码:B文章编号:2 0 9 5-5 9 7 9(2 0 2 3)0 7-0 0 5 9-0 4Study on the threat degree of water accumulationin overlying goaf of No.15 coal seam miningin Huayang No.2 MineLiu Hao(No.2 mine,Huayang Group Xinneng Co.,Ltd.,Yangq
3、uan 045000,China)Abstract:The mining of No.3 coal seam in Huayang No.2 Mine has been completed and a large amount of goaf water hasbeen formed.In order to more accurately grasp its threat to the mining of No.15 coal seam,the floor failure depth of No.3coal seam and the development height of roof wat
4、er conduction fracture zone in No.15 coal seam were studied by means ofnumerical simulation,data collection and field measurement.The regression equation for the floor failure depth of No.3 coalseam and the development height of roof water conduction fracture zone in No.15 coal seam of Huayang No.2
5、Mine wasobtained by linear regression method.The classification standard of goaf water threat degree in No.3 coal seam was givenand the zoning map of danger degree was obtained.It was of great significance to predict and prevent the hidden danger ofwater admage in overlying goaf of No.15 coal seam.K
6、ey words:water conduction fracture zone;numerical simulation;regression analysis层,较稳定夹石为2 层:距煤层顶板0.3 0 m的八1概况寸石和距煤层底板2.40 m的驴石,夹石岩性为泥华阳二矿47 0 水平8 0 8 0 1综放工作面地表位岩。煤层直接顶为泥岩和砂质泥岩,厚度7.98 m;于柳树以北一带,地形沟谷纵横。标高8 0 0 一老顶为石灰岩,6.5 1m厚,灰色,致密坚硬;直990m,回采对地面设施无影响。工作面东部为采接底为泥岩,厚度2.2 6 m,黑色,致密性脆,富区边界,西部为尚未掘进的8 0 8
7、0 3 工作面,南部含植物化石,含黄铁矿;老底为砂质泥岩,厚度为八采准备巷,北部为石太铁路保护煤柱。工作4.70m。15 号煤层上部3 号煤层已基本采掘完成,面埋藏深度42 8 45 8 m。工作面所采15 号煤层多处存在采空区积水,3 号与5 号煤层间层间距为复杂结构煤层,平均厚度4.15 m,含夹石2 485.4118.6m,为保障15 号煤层的安全高效生责任编辑:张彤D0I:10.19286/ki.cci.2023.07.016作者简介:刘浩(198 9一),男,河北井经人,助理工程师。引用格式:刘浩.华阳二矿15 号煤层开采上覆采空区积水威胁程度研究 J.煤炭与化工,2 0 2 3,4
8、6(7):5 9-6 2.592023年第7 期产,对上覆3 号煤层采空区积水的突水危险性展开研究。2采场围岩塑性区分布特征研究煤层开采期间将引起顶板及底板岩层裂隙扩展发育,下位煤层开采期间存在沟通上层煤采空区的风险,存在突水隐患。为分析华阳二矿3 号煤层、15号煤层顶底板塑性破坏区分布规律,借助FLAC3D软件进行工作面开采的模拟研究,以该矿地质特点及实际开采情况为背景,建立三维数值模型,3 号煤层均厚3 m,回采工作面长度多为15 0m,工作面沿煤层倾斜方向布置;15 号煤层均厚4.15m,回采工作面长度多为18 0 m,工作面同样沿倾斜方向布置。为保障模型能够满足在边界处留设合理煤柱宽度
9、后仍可充分采动的条件,设计模型规格如图1(a)所示,3 号、15 号煤层回采工作面布置方向如图1(b)所示。280100000%000一YFig.1 Numerical model and simulation scheme模拟研究时,首先根据华阳二矿煤岩层的赋存条件对各岩层进行分组并赋予物理力学参数,进行模型平衡计算得到煤岩层天然状态,之后进行3 号煤层采煤工作面的开挖,工作面煤层向前推进10m,之后进行15 号煤层的开挖。工作面每次开挖后模型计算平衡,沿工作面长度方向取竖直切面,观察塑性区分布规律。3 6 16 工作面推进3 0 0 m时60煤炭与化工及8 0 8 0 3 工作面推进2 8
10、 0 m时塑性区分布情况如图2所示。剪切破坏区拉伸破坏区最大破坏高度53.4m19.85m150m(a)3 号煤层剪切破坏区最大破坏高度Noneshearadearp拉伸破坏区56.8m21.4m(b)15 号煤层图2 工作面顶底板围岩塑性分布模拟结果Fig.2 Simulation results of surrounding rock plastic distributionin working face roof and floor由图2 可以看出,3 号煤层开采期间顶板岩层塑性破坏区整体基本呈“M”状,在采空区两侧上部达到最大,发育最大高度为5 3.4m,底板岩层同样出现了一定范围的塑
11、性破坏,塑性区发育深度呈现出工作面中部较小、工作面两侧较大的规律,最大破坏深度为19.8 5 m。进行15 号煤层开采期间,顶板岩层塑性区分布规律与3 号煤层回采期间相920yX(a)数值模型92018040元1808080380801工工作作面面36161.3618H兰1工作面面20015040150000X(b)工作面位置示意图图1数值模型及模拟方案第46 卷shea-Noetansinepshearp64.8mtesinap似,塑性区发育高度略大于3 号煤层,最大高度为64.8m。15 号煤层开采期间,会扰动3 号煤层采空区,导致3 号煤层采空区顶底板塑性区分布范围扩大,顶板塑性区发育高
12、度增大为5 6.8 m,底板塑性区发育深度增大为2 1.4m,但3 号煤层底板及15号煤层顶板塑性区并未联通,仍存在16 2 0 m的推进方向完整岩层。3顶底板破坏规律统计分析3.1顶底板破坏规律实测研究井下压水试验法可用于测量采煤工作面顶底板岩层内裂隙发育深度,通过在钻孔内安放2 个封堵胶囊,达到在钻孔特定深度注水的目的,根据不同钻孔不同深度注水的流失量,判别此处岩层的裂隙发育情况,裂隙越发育漏失量越大。华阳二矿在以往生产实践期间,多次采用该方法进行3 号煤层回采工作面底板破坏深度实测,根据矿方提供的资料,得到3 号煤层各工作面底板破坏深度,详见表1。在15 号煤层8 0 8 0 1工作面开
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