煤炭井下开采回采面安全宽度的估算

陶小郎 冯娟 崔云祥

摘要：本文以仁怀市某煤矿为实例，对矿区煤層井下开采回采面安全宽度（L）计算方法进行了探讨。分析其与底板水头压力（H）之间的关系，得该各可采煤层在不同水头压力下采掘面最大宽度。

关键词：井下开采;回采面宽度;底板水压：关系分析

1.问题的提出

二叠系上统龙潭组（P31）为贵州省主要含煤地层，由于玄武岩喷出的不均一，其矿层底板含水性差异大。部分地区开采龙潭组煤矿床时受下伏二叠系中统茅口组（ P2m）岩溶含水层的底板突水威胁。

在《矿区水文地质工程地质勘探规范（ GB12719-1991）》中推荐了安全隔水厚度t的计算公式，式中安全隔水厚度t值由采掘面最大宽度L、隔水层岩石容重r、隔水层岩石的抗拉强度Kp推算。在某一特定矿区内，r、Kp常可概化为一个固定的经验值，可视为常数，而L值受矿层底板水头压力影响，会发生一定的变化，若设计采面宽度（L）取值较大时，底板承压水将对矿山构成安全威胁;若设计采面宽度L值取值较小，则影响矿山生产效益。而现阶段矿山开采方案设计时未考虑底板突水危险性与最大采面宽度之间的关系。

对该类受底板突水威胁矿层的回采面宽度进行科学研究，使之既满足矿山经济效益又保证安全生产，有较大的意义。本文试图以仁怀市某煤矿为研究对象，尝试通过对该矿区各可采煤层L进行计算，分析L值与水头压力H之间的关系，建立L=f（H）关系式，进行各可采煤层在不同水头压力下采掘面最大安全宽度方面的探讨。

2.矿区水文地质条件概述

该煤矿位于仁怀市长岗镇。矿山地质构造较为简单，地层为单斜产出由老至新出露的地层有：二叠系中统茅口组（P2m）、二叠系上统龙潭组（P31）和长兴组（P3e），三叠系下统夜郎组（T1v）和茅草铺组（T1m），第四系（Q）零星分布在各时代地层之上。矿区可采煤层赋存于龙潭组地层内，可采煤层共7层，分别为C5、C6、C7、C8、Cl0、Cll、C12。

矿区可采煤层位于P31地层内，岩性以粘土岩、粉砂岩为主，为富水性、导水性均弱的碎屑岩类基岩裂隙含水层;直接顶板为P3e地层，岩性以灰岩为主，为富水性弱一中等为岩溶裂隙含水层;直接底板为茅口组（P2m），岩性为灰岩，为富水性中等至强为岩溶管道含水层。茅口组岩溶地下水在深部具承压性，据勘查资料显示茅口组承压水头标高+1220m，将会对其水头以下的可采煤层构成底板突水威胁。

3.采面安全宽度L的估算方法

本文将该煤矿山资源量估算范围受底板突水危险的标高段分为5个开采水平分析，即+llOOm、+lOOOm、+900m、+800m、+700m水平。由于C12煤层距底板P2m距离为Om—lm，未来开采至+1220m标高以下时将发生底板突水，故本文不做分析。

根据《矿区水文地质工程地质勘探规范（CJB12719-1991》>安全隔水厚度计算公式为：

式中：

t一安全隔水厚度（m）;

L—采掘工作面底板最大宽度（m）;

r—隔水层岩石的容重（t/n13）;

Kp—隔水层岩石的抗张强度（t/m2）;

H—隔水层底板承压的水头压力（t/m2）。 根据矿区勘查资料，本矿区C5、C6、C7、C8、Cl0、Cll煤层距P2m隔水层距离（真厚度）分别为80.68、68.25m、54.49m、46.95m、25.59m和口14.14m。

隔水层岩性以粘土岩、粉砂岩为主，根据当地物理力学试验结果，隔水层岩石容重r取2.75t/m3，抗张强度Kp取302t/m2。

当煤层安全隔水厚度取各煤层距P2m隔水层真厚时，根据式（1）可求得采掘采面宽度临界值（表1）：

4.矿山安全采面宽度估算结果

根据表3中各煤层中L、H对应关系，将水头压力H（ t/m2）作x轴，临界采面宽度L（m）作y轴，各煤层L=f（H）关系见图l。从图中可以看出L=f（H）呈幂指数相关，H越小，L取值越大;H越大，L取值越小，与实际相符。

5.结论及建议

本文通过估算得出该煤矿6个可采煤层各水平安全采面宽度及分析L、H关系，可为矿山开采设计提供一些参考，并为井下开采受底板突水威胁的矿山实现效益与安全并驱提供了一些理论依据。

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