14层积水区下覆16层煤柱宽度设计.docx

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14层积水区下覆16层煤柱宽度设计

薛城区邹坞煤矿

14层积水区下覆16层煤柱宽度设计

二0一一年十月十二日

一、概况

枣庄市薛城区邹坞煤矿位于陶枣煤田中部，陶庄、山家林、甘霖矿区交界处，南侧为甘霖煤矿，北侧为陶庄煤矿，西侧为山家林煤矿，东侧为邹坞东矿。

邹坞煤矿批准开采第6、14、16、17、18层煤，6、18层煤未开采，目前主采16、17层煤采区。

14层煤于2005年9月除村下压煤、护巷煤柱外采完后已封闭。

2007年4月9日山家林矿区突水后，根据枣庄矿业集团抢险指挥部要求，于2007年5月12日由枣庄救护大队启封邹坞煤矿14层密闭，邹坞煤矿进行巷道维修800m，恢复14层一级下山通风系统，投入近40万元新装备了14层排水系统，水位由原启封时-303米下降到-316.2米并保持目前的下山最下部原水仓泵房-314m水平。

14采区原正常生产时正常涌水量8-10m3/h，目前14采区正常涌水量60m3/h。

矿井主采16、17层煤，2个采煤工作面，4个掘进工作面，矿井正常涌水量90m3/h，最大涌水量126m3/h。

一、基础资料

邹坞煤矿井田位于陶枣煤田中部，可采煤层四层（第14、16、17、18层煤），目前开采16、17层煤。

井田内主要含水层有第四系松散层、三灰、五灰、八灰、十灰、十四灰及奥系灰岩。

第14层煤距第16层煤平均55米，第16层煤平均煤厚0.5米，采高0.6米（卧底0.1米）。

煤层倾角4°-8°。

矿井正常涌水量为25.6m3/h,最大涌水量为57.6m3/h。

矿井1609、1611工作面位于陶庄煤矿1991年至1993年12月开采的第14层煤142采空区下部，掘调查分析，该采空区积水静储量14000m3，积水位标高-330m-368.7m。

-330m以上的矿井动水为0.3m3/h，全部泄流至陶庄煤矿水仓。

开采142采区未发现较大断层，只在1609上材距积水区150米处有一条小断层。

在16层煤掘进过程中未发现该断层与积水区有任何联系。

在1609工作面的上方，有88-4号钻孔，该钻孔底距14层煤50M，封孔质量良好，开采14层煤时未发现漏水现象。

二、与周边相邻矿井开采关系及煤柱留设、相通及隔离情况

1、14层煤

南和东南为东邹坞村庄保护煤柱,与甘霖煤矿之间无沟通,隔离煤柱完好。

西侧为山家林煤矿，两矿之间留有约89米的隔水煤柱,不受山家林矿井采空积水威胁，隔离煤柱完好。

北侧为陶庄煤矿，1999年14层下山以北有9处与陶庄煤矿相通，已筑12道水闸墙。

2006年调整矿井边界垂直切割，原陶庄煤矿142采空区划邹坞煤矿范围内，故构成采空区连通。

2007年5月陶庄煤矿在东420正副巷各施工1道水闸墙及水闸门，实现了矿井间有效隔离，其它边界均留有符合安全规定的隔离煤柱。

东侧为邹坞东矿，2000年11月1日有三条14层巷道与邹坞东矿14层二水平下山相通。

2001年3月，施工了挡水墙及注浆工程，实现了矿井永久隔离，其它边界均按规定留有隔离煤柱。

2、16、17、18层煤

与周边矿井保护隔离煤柱完好，其中距山家林煤矿16、17开采范围采空区分别相距1000m和500m，距陶庄煤矿开采16、17层煤开采范围500m，18层三矿均未开采。

三、邹坞煤矿周边矿井相通隔离情况

1、邹坞煤矿与陶庄煤矿14层挡水墙

1999年，14层煤副下山以北与陶庄煤矿142采区煤柱有9处相通，最下部的相通点标高为-315米。

邹坞煤矿于2001年在相通点施工了12道防水墙，进行了永久隔离。

2006年1月矿井边界调整垂直切割，原陶庄矿142采区划归邹坞矿范围，造成142采空区相连通。

陶庄煤矿于2007年5月在142采区东420主副巷各施工了1道档水墙及防水闸门，实现了两矿井有效隔离。

防水闸门由枣矿集团第一机械厂设计生产，检验报告书编号：

2007-5-01。

挡水墙设计单位：

枣庄矿业集团信诚设计研究有限责任公司

验收单位：

枣庄矿业集团

工程名称：

15#挡水墙，5#水闸门

施工地点：

东420副巷，东420主巷

施工单位：

陶庄煤矿

2、邹坞煤矿与邹坞东井（原青年三矿）14层挡水墙

2000年11月与邹坞东矿三条14层巷道相通，矿井于2001年3月施工了三座水闸墙，均为钢筋混凝土结构，长度6.6米，抗压强度3.48MPa，高程均为-285m，其中2#水闸墙留有2路直径100m金属疏放水管。

挡水墙名称：

1#、2#、3#水闸墙

设计单位：

枣庄市工业设计院

施工单位：

邹坞煤矿（墙体）

档水墙注浆施工单位：

枣矿集团第五工程处

验收单位：

薛城区煤炭工业局

挡水墙隔离后邹坞东矿14层采空水经预留直径100m金属管（安装有截止阀及压力表）自留疏放至我矿静压水池，流量16m³/h，压力表无压力。

四、通晟公司-150m水平万一失守后的14煤边界煤柱可靠性分析

联创公司142采空区与邹坞煤矿之间矿界煤柱最小处宽度为89m，按两矿边界煤柱可承受压力至地面，即承受38个+66=451m高的水压，计算留设14煤柱。

根据公式：

L=0.5KM（3P/Kp）

其中：

K为安全系数，一般2-5，取3；M-煤层厚度，取最高采高1.1m

P-煤层承受的水头压力，取2.370MPa

Kp-抗拉强度，一般0.2-1.4MPa，最小值0.2MPa

水位至地面451m高水压应留设煤柱L=0.15×3×4.51[（3×3/0.2）（-2）]=12.4m

按两矿间隔水煤柱40m，煤层抗拉强度为：

0.2MPa；煤层厚度1.0米，K=3，根据上述公式计算得P=47.4MPa。

即实际留设的煤柱可承受47.4MPal，14层最大承受2.73大20倍。

高的水头压力，该处巷道标高为-385米，远远高于通晟公司水位-150米和地面标高（+58米），故在通晟公司水位控制在-150米以下时，矿界煤柱是安全的，根据理论计算，该煤柱的最大挡水高度远远大于最大积水高度，故矿界煤柱是安全的。

2、可能出现的水患威胁

（1）相邻通晟公司矿井水

通晟公司矿井水4月9日位于通晟公司浅部的地方袁庄煤矿发生奥灰特大突水，并通过采空区溃入到通晟公司，造成通晟公司被淹。

在生突水后，枣矿集团采取了一系列的措施，使突水得到了有效的控制，在通晟公司水位保-150米取得了成功，矿井总积水量在350万立方左右。

经过论证，通晟公司矿井水不超过-150米，矿井不受其水害威胁。

但如果通晟公司矿井涌水量增大，井下水位超过-150米，通晟公司矿井排水能力满足不了排水要求且井下水位继续上涨时，矿界隔离煤岩柱将承受更大的水头压力，产生安全隐患威胁。

3、采取的措施

（1）邹坞煤矿14层煤已于两年前开采完毕并密闭，其14层煤与联创公司142采空区多处连通，虽建立多处挡水墙，但承压性能不可靠，采空区内水情不明。

2007年5月10日邹坞煤矿启闭排水，水位由-303.9m降到-316.26m，已降到其十四层煤最低水仓处，现正常排水。

1）加大了水情监测力度、提高了矿井抢险的应急能力

在邹坞煤矿调度室利用视频探头和中央泵房及远程集控系统可直接观测14采区及中央泵房水情变化，一旦出现险情可立即启动防突水预案，第一时间通知所有受水威胁地点的人员按照规定的撤离路线马上撤离升井。

2）加强对周边地方煤矿的检查监督，采取有效治理措施

由防治水人员每天进行水情巡查，及时掌握其水情动态变化。

3）所有水闸门已明确单位和责任人进行挂牌管理，井下所有施工地点都安装了通讯电话；可立即关闭F35号断层附近四道水闸门，实现F35号断层东西部隔离，所有施工地点人员可迅速撤离。

4）严格控制下井人员，能不下井的坚决不能入井，制定了合理的避灾路线，并在巷道醒目位置悬挂指示标志，熟练掌握。

5）完善了防治水制度，制定了防突水预案，并严格组织实施。

6）在全矿井进行了两次全员参与的防突水演习，锻炼了职工队伍，提高了防灾、抗灾、救灾的能力。

7）抽调专人对地面河流、低洼地积水、水库、防洪沟、塌陷区等积水情况进行巡查，发现地表水有下泻等异常现象，必须立即汇报调度等，停产撤人。

（2）一旦通晟公司井下水位超过-150米，立即实行井下全部停产撤人。

一旦地面出现强降雨，立即实行井下全部停产撤人。

一旦十四层煤采空区水位上升，达到-303米，立即实行井下全部停产撤人。

一旦井下发现涌水量突然增大，立即实行井下全部停产撤人。

五、通晟公司14层采空区与邹坞煤矿边界煤柱下覆16层煤开采可靠性分析及16煤保护煤柱设计计算

1、用“三带”计算开采16层煤的可靠性分析

根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤拄留设与压煤开采规程》、《煤矿防治水规定》及陶枣矿区“两带”高度经验公式进行“两带”高度、底板采动导水破坏带深度和保护层厚度计算。

（1）夸落带和导水裂隙带最大高度

1）按《煤矿防治水规定》附录七计算“两带”最大高度

煤层倾角0°-54°,岩石抗压强度200-400Kg/cm3，全部陷落法管理顶板。

冒落带最大高度：

HC=（3-4）M=（3-4）×0.87=（2.61-3.48）M

导水裂隙带（所括冒落带）最大高度：

Hf=100M/（3.3n+3.8）+5.1

=100×0.87/（3.3×1+3.8）+5.1

=17.35m

2）按《三下开采规程（2000年）》附表6-1、6-2计算跨落带采后能形成悬顶时计算：

Hm=M/（K-1）cosa=0.87/（1.3-1）cos8=2.69m

按中硬岩计算导水裂隙高度：

H1i=100∑M/（1.6∑M+3.6）±5.6=100×0.87/（1.6×0.87+3.6）±5.6=21.99m

H1i=20（∑M）（-2）+10=20×0.80（-2）+10=27.89m

3）按陶庄矿区经验计算“两带”高度

冒落带最大高度：

H冒=M/（K-1）=0.87/（1.3-1）=2.67m

导水裂缝带最大高度：

H裂=M/（bm+c）=0.80/（0.0185×0.8×0.043）=13.84m

据以上计算，16层煤顶部冒落带、导水裂缝带最大高度分别为3.48m，27.89m。

（2）14层底板采动导水破坏带深度（h1）计算

H1=0.7007+0.1079L=0.7007+0.1079×60=7.17m

H1=0.303L（0.8）=0.303×60（0.8）=8.02m（计算中均取工作面长度L=60m）

取h1为10m

（3）按6-4防水安全煤岩柱保护层厚度

按中硬覆岩计算：

H6=3A=3×1.8=5.94m，取H6为6m。

（4）计算结论

四、论证结论

1、14层煤采空区积水下开采16层煤的危险因素分析

可能威胁16层煤安全开采的主要危险因素，是在开采范围内存在导水性强的断层等构造和导水钻孔。

如出现以上两种情况之一，则可能出现14层煤采空区积水突入16层煤采工作面，导致矿井局部淹没事故。

此外，16层煤采高、16层煤采面长度等对14层煤采空区积水能否下泄也有一定影响。

但14层煤采空积水范围大小和积水量多少，与16层煤开采的安全性没有直接关系。

2、1609工作面开采的安全性

（1）据计算，16层煤开采要求隔水煤岩柱厚度（16层导水裂隙带最大高度、14层煤底板采动导水破坏带深度和保护层厚度三者之和）不得小于45.8m（29.8+10+6=45.8m），而14层煤与16层煤层间距平均54.31m，符合要求。

若16层煤开采范围内无导水性强的断层等构造或导水钻孔，在14层采空积水区下开采16层煤是安全的。

（2）14层煤底板为赋存稳定的厚15m左右的泥岩、砂泥岩，隔水性较好，16层煤导水裂隙带波及不到此层，14层开采造成的底板采动导水破坏带深度也不贯穿此层，其阻隔水效果应是良好的。

此外，14层煤与16层之间还有数层较厚的泥岩、砂泥岩赋存，遇水膨胀，可起到弥全裂隙的阻水作用。

因此，16层煤上覆岩层岩性组合提高了积水区下开采16层煤的安全性。

3、陶枣矿区有很多矿井已在14层煤采空区下开采16层煤，从未发生突水，此经验一定程度上证明了在14层煤采空区积水下开采16层煤安全可靠的。

1）据计算，16层煤开采要求隔水煤岩柱厚度（16层导水裂隙带最大高度、14层煤底板采动导水破坏带深度和保护层厚度三者之和）不得小于45.8m（27.9+10+6=43.9m），而14层煤与16层煤层间距平均55m，符合要求。

若16层煤开采范围内无导水性强的断层等构造或导水钻孔，在14层采空积水区下开采16层煤是安全的。

2）14层煤底板为赋存稳定的厚15m左右的泥岩、砂泥岩，隔水性较好，16层煤导水裂隙带波及不到此层，14层开采造成的底板采动导水破坏带深度也不贯穿此层，其阻隔水效果应是良好的。

此外，14层煤与16层之间还有数层较厚的泥岩、砂泥岩赋存，遇水膨胀，可起到弥全裂隙的阻水作用。

因此，16层煤上覆岩层岩性组合提高了积水区下开采16层煤的安全性。

2、16层煤保护煤柱留设设计

采用垂直剖面法设计保护煤柱，岩层裂缝角取68°，14煤至16煤间距H为55m，侧煤柱宽度L=H.tg§=55×ctg68°=22.2m，围护带宽度L2取15m，14采空区煤柱L1按40m，通晟公司14采空区与邹坞矿之间实际煤柱89m（两矿井间边界煤柱不少于40m）。

因此，16层保护煤柱设计宽度L为L=L1+Hctg68°+L2=40+55×ctg68°+15=77.2m。

六、隐患排查及治理措施

1、加强14层排水系统维护，提高排水抗灾能力。

治理措施：

今年投入20余万更换2台新水泵，并对水泵、供电、管路等进行了检修监测。

2、井田西部为通晟公司14层采空区，16、17层煤开采必须计算留设保护煤柱。

治理措施：

按照规程设计，留设煤柱40m。

3、必须加强对与原青年三号煤矿之间的防突水墙的水情观测。

治理措施：

及时疏放墙内积水，每天按规定要求对墙体、水量、围岩观测。

4、进一步调查原利民矿邹坞开采情况，合理留设边界保护煤柱；南翼16层煤开拓应采用物探手段查明原利民矿邹坞井开采、积水情况，提前采取防范措施。

治理措施：

采用巷探与物探相结合，已委托山东科技大学对南翼16层煤采用物探手段查明原利民矿开采积水区域，严格按设计探水掘进。

二、142老空积水区下的1609、1611工作面开采意见

根据上述岩性分析，接合甘霖煤矿、山家林煤矿的生产实际，142老空积水下开采16层煤，不会造成突水事故。

符合《煤矿安全规程》第262条释议说明。

即：

1、掘进巷道与积水体之间的最小距离不得小于巷道掘凿高度的10倍。

2、在水淹区下方的邻近煤层中进行开采时，隔离煤、岩柱的尺寸不得小于导水裂隙带最大高度加上保护带厚度。

（1）裂隙带最大高度为11.091m，导水裂隙带的顶点未波及到水体。

（2）水体与16层煤层间有20m的泥岩保护带，且遇水膨胀，能起到较好的隔水作用。

（3）1609、1611工作面开采范围内无较大的断层，无连通钻孔、未有和水体构成泄水通道。

3、有山家林、甘霖煤矿14层老空水体下开采16层煤的实例。

三、1609、1611工作面防治水措施

为确保矿井安全，坚持预防为主的原则，制定防治水措施如下：

1、定期调查了解142老空区积水水位线变化，及时分析老空积水对1609、1611工作面的开采影响。

2、及时观测1609、1611工作面的矿井涌水量。

发现水量增大要找出原因，采取对策。

3、在工作面准备的掘进阶段，要坚持有疑必探，以便提前发现断层，及其他地质条件变化。

4、对该工作面的生产工区的全体及有关人员职工进行矿井水的防治教育，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，发现警报，撤出所有受水威胁地点的人员。

使其每个职工懂得矿井涌水前预兆，矿井水的抢险救灾知识。

5、在1609、1611工作面的顺槽巷内，分别配置与调度室相通的通讯电话，发现安全隐患及时间向调度室汇报。

6、在1609、1611工作面顺槽三巷内，明确标出“避灾路线”以便职工熟练掌握避灾路线。

7、加强1609、1611工作面的生产管理，坚持正规循环作业，保持工作面匀速推进度。

8、加强工作面支护，防止工作面隔水层超前断裂。

加强工作面回柱放顶工作，老塘侧不留站柱，减少顶板下沉盆地的倾斜率，使其下沉后的隔水层具有较好的隔水性能。

9、1609、1611工作面各巷水沟保持畅通，其下部的采区水仓、泵房、管路应保护良好状态。

二0一一年十月十二日