河下采煤安全性分析研究

胡永磊

摘 要：本文以七一煤矿河下工作面开采为例，通过理论计算及数值模拟，确定导水裂隙带高度、地表裂缝发育深度及地表下沉值，对安全性进行分析研究，最终确定河下采煤的安全性，对矿井进行水下采煤具有重要的指导意义，同时为矿井开展地面河道治理提供基础依据。

关键词：水下采煤;安全;导水裂隙带;地表裂缝;河道治理

中图分类号：TD823 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）14-0165-02

煤炭资源在我国能源结构中占很大比重。随着技术进步，使得建筑物、水体、铁路下压埋的复杂难采煤炭资源得以开发。把“三下”煤炭资源开采出来非常必要[1][3]。河下采煤的关键在于，一是防止河水溃入井下，二是防止井下开采影响地面生态，因此开展河下开采安全性研究具有重要意义[4][5]。本文采用数值模拟、理论计算等方法，确定导水裂隙带高度，开采引起的地表裂缝深度及地表开采沉陷值，得出河下开采是否安全的结论。

1 工程概况

山西襄垣七一煤矿位于襄垣县城西北8km处七里街大河村附近，太行山西麓的长治盆地北部。采用斜井开拓方式，单水平开拓3号煤层。

为了提高煤炭采出率，拟回收二采区下山巷道与路家沟村保护煤柱之间未采动部分，以及二采区下山巷道间的煤柱，即2006综采放顶煤工作面，设计生产能力为0.6Mt/a。

2006工作面地面有石角河自西北向东南流过。石角河为季节性流河，平时基本无水，仅在7～8月份降雨量较大时有流水，最大流量为12.5m3/h。

2006工作面东至南翼回风立井场地保护煤柱，西至井田边界，南至一采区下山巷道保护煤柱，北至采空区煤柱，包括二采区三条下山之间的煤柱。工作面斜长170m，有效推进长度为441m，面积为0.075km2。煤层平均厚度为5.45m，煤层倾角11°～21°，平均为16°。工作面最大埋深387m，最浅埋深285m，平均埋深343m。

2 工作面开采安全性分析

2.1 导水裂隙带高度计算

根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》和《煤矿床水文地质、工程地质及环境地质勘探评价标准》（MT/T1091-2008）中提供的计算方法分别对2006工作面回采后的导水裂隙带最大高度进行计算。

经计算，地表裂缝发育深度为3.95m。而2006工作面上覆第四系表土层厚度约5.65m，所以地表裂缝一般不会贯通表土层。

2.3 地表开采沉陷预测

采用开采沉陷预测预报系统软件（MSPS）对开采后地表下沉情况进行模拟计算。

（1）地表预测沉陷参数：地表移动变形计算的主要输入参数有下沉系数q、主要影响角正切tgβ，水平移动系数b，拐点移动距S及影响传播角θ。这些参数的取值主要与煤层开采方法、顶板管理方法、上覆岩层性质、重复采动次数以及采深采厚比等因素有关。根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》及本井田所在区域地质情况，并结合实际开采情况确定其模式输入参数。参数选取见表1。

（2）地表沉陷预测结果：2006工作面平均开采深度为343m。根据煤层开采厚度，采深及有关预计参数，计算出工作面开采后产生的地表移动變形最大值，见表2。

对于同一煤层，随着深度的增加其地表变形最大值逐渐减小。

2006工作面开采后地表会形成一个长约850m，宽约550m的下沉盆地，地表下沉量等值线见图1。

2006工作面回采后，地表最大下沉量为3.581m，大致位于2006工作面推进方向中部，未开采前该处地表标高约为+965m，地表最终形成的下沉盆地的最低点标高约为+961.419m，石角河下游与路家河交汇处标高为+959.8m，下沉盆地的最低点比石角河下游与路家河交汇处高1.619m，因此下游河水不会倒灌入下沉盆地。但是由于开采造成地表下沉，地表下沉盆地的底部可能会积水。

2.4 安全性分析

根据以上计算结果可知，回采2006工作面后最大的导水裂隙带高度为82m，地表裂缝发育最大深度为3.95m，而2006工作面地表表土层厚度约5.65m，最大下沉值为3.581m，而工作面开采深度最小约为285m，故导水裂隙带不会与地表裂缝贯通。另外，3号煤层与地表石角河之间存在两层隔水层，为第四系底部及第三系隔水层、二叠系砂岩含水层层间隔水层，因此2006工作面开采后最大导水裂隙带不会导通地表水。

但2006工作面开采会在地面形成一个下沉盆地，盆地的底部可能会积水。对地面地形有一定的影响但影响不大，工作面开采过程中要密切注意地表塌陷情况，对于出现的裂缝要及时填埋、夯实。对河道、沟谷及时整修，保证雨季排水通畅。

3 结语

（1）根据理论计算结果，工作面回采后最大导水裂隙带高度为82m，开采导致地表裂隙发育最大深度为3.95m;

（2）工作面3号煤层埋深最小285m，煤层厚度5.45m，表土层厚度5.65m，最大下沉值为3.581m，煤层顶板距离表土层厚度最小为270.319m，远大于导水裂隙带高度82m，导水裂隙带不会沟通表土层。地表裂缝发育最大深度3.95m，小于表土层厚度，地表裂隙不会贯穿表土层。并且3号煤层与地表石角河之间存在两层隔水层。因此，河水不会对2006工作面开采安全产生威胁;

（3）根据开采沉陷预测预报系统软件模拟计算，2006工作面开采后形成一个长约850m，宽约550m的下沉盆地，地表最大下沉值3.581m，造成波及范围内的河道下沉，并在盆地底部形成积水区，对于开展地面河道治理具有一定指导意义。

参考文献

[1] 陈连军，李天斌.水下采煤覆岩裂隙扩展判断方法及其应用[J].煤炭学报，2014（12）：301-307.

[2] 李曌，王金安.金沙河下采煤地表移动变形与导水裂隙带高度预测分析[J].中国矿业，2012（08）：120-124.

[3] 吴继蛟.干河井田团柏河下采煤安全性研究[J].山东煤炭科技，2019（2）：26-27，30.

[4] 陈玉平，邓喀中.皖北矿区河流下煤炭安全开采技术[J].煤矿安全，2012（07）：182-184.

[5] 郭文兵，邵强，尹士献，邵宏甫.水库下采煤的安全性分析[J].采矿与安全工程学报，2006（03）：324-328.

[6] 吴侃，周鸣，胡振琪.开采引起的地表裂缝深度和宽度预计[J].阜新矿业学院学报（自然科学版），1997（12）：649-652.