彬长矿区导水裂隙带发育高度研究

彬长矿区导水裂隙带发育高度研究

杨磊叶伟峰贺亮亮葛胜伟

陕西省一八六煤田地质有限公司陕西西安710065

摘要：煤炭开采后会引起采空区岩层移动和破坏，并导致地表塌陷、煤岩体中水与瓦斯的流动，从而引发了一系列的安全、环境问题，这些问题都与采动岩层移动与控制有关。目前对炮采、普采、综采（分层）工艺条件下覆岩破坏规律和特点已经基本掌握，对于综放条件下的覆岩破坏规律研究程度不足，“三下”规程中所给出的相关公式不适用于综放开采条件顶板导水裂缝带的发育高度计算，所开展过的有关覆岩破坏规律数值模拟缺乏实测数据的验证和支持，综放条件下顶板覆岩破坏规律研究的欠缺限制了矿井水害威胁程度的客观评价。本次通过彬长矿区主要煤矿实测导水裂隙带发育高度的研究，分析区内条件下，导水裂隙带发育高度的相关规律，指导煤矿安全生产。

关键词：矿区特征；开采计算

1矿区地质特征

1.1区域构造

矿区位于鄂尔多斯盆地南部渭北挠折带北缘的庙-彬凹陷内。地表大面积被黄土层所覆盖，沟谷中出露的白垩系地层产状较为平缓，其深部侏罗系隐伏构造总体为一走向N50°~70°E，倾向NW~NNW的单斜构造，其上发育宽缓而不连续的褶曲。自南向北依次有彬县背斜、师家店向斜、祁家背斜、安化向斜、路家-小灵台背斜、南玉子向斜、董家庄背斜、塬口子向斜、谢家咀背斜、礼村向斜、七里铺-西坡背斜、四郎河向斜等。

1.2区域地层

彬长矿区位于黄陇侏罗纪煤田中段，自东南向西北沿泾河及其支流出露的地层由老至新依次有：三迭系中统铜川组（T2t）、上统胡家村组（T3h）；侏罗系下统富县组（J1f）；侏罗系中统延安组（J2y）、直罗组（J2z）、安定组（J2a）；白垩系下统宜君组（K1y）、洛河组（K1l）；华池组（K1h）；新近系及第四系广泛覆盖其上。延安组为区内含煤地层。

2、煤层开采导水裂隙带高度计算

2.1导水裂隙带高度计算公式

其中《矿井水文地质规程》（试行）中公式适用于中厚煤层，或厚、特厚煤层分层开采，公式的限制采高为4m。而《“三下”采煤规程》中的公式适用于单层采厚1~3m，累计采厚不超过15m的情况。在公式总结时，尚没有出现综放采煤开采方法，煤层开采基本在300m以浅区域，且研究地层主要为石炭二叠纪煤田，因此计算公式存在一定局限性，其不适用与综放采煤覆岩顶板导水裂隙带高度的预计。计算结果仅可供参考。

据国内公开发表论文查询，目前开展综放条件顶板导水裂缝带实测的矿井多达40余个，有关学者初步总结了中硬、软弱顶板条件下覆岩导水裂缝带发育高度计算公式，适用性目前待进一步检验，相关计算公式见表1。

2.2公式与实测对比

彬长矿区实测资料见表2，现将国内综放开采中硬覆岩顶板条件下实测裂高数据与各种计算公式裂高曲线叠加见图1。

图1-各公式裂高曲线与实测裂高对比图

由图1中可看出，采用《“三下”采煤规程》厚煤层分层开采计算公式所预计的裂高均小于实测裂高值，随采厚增大与实测值差距也随之增大，表明分层综采裂高计算公式不适用于综放条件下裂高预计。许延春根据国内实测资料总结的综放裂高计算公式，在采厚＜9.0m时，与实测裂高值符合程度较高，在采厚＞9.0m时，预计的裂高值与实测值差距较大。康永华根据兖州兴隆庄研究资料总结的计算公式在采厚＞8.0m时与实测裂高值符合程度相对较高。滕永海推荐的没有实测数据的综放开采裂高计算公式，其裂高预计值多高于实测裂高值，表明其预计结果具备一定的安全性。

2.3不同煤厚导水裂隙带高度预算

在本区侏罗纪煤田相似的地质条件下，根据4煤厚度的不同采用不同的导水裂隙带高度公式预算，即煤层厚度小于4m的区域，建议采用规范公式计算导水裂隙带高度；煤层开采厚度大于4m，小于12.0m，建议采用区内实测平均值20.18倍；对煤层厚度大于12m的区域，应以本矿实测研究资料为准，没有进行实测资料研究的，建议采用本区平均裂高采厚比20.18倍。

3回归分析

在本区侏罗纪煤田地质条件下，导水裂隙带发育高度除了与煤层采厚、采煤方法、工作面宽度、开采深度、顶板管理方法、覆岩岩性等有一定的相关关系。本次Excel回归分析采用了表2中关联度较大的采厚、工作面宽度以及采深三个主要影响因素。

回归分析结果：复相关系数R=0.958792，表明因变量Y与自变量X之间的高度正相关。

根据Excel数据分析结果，得到回归公式：

Hf=-112.123919+18.023599M+0.670343L+0.000524H

式中：Hf——导水裂隙带高度，m；

M——煤层厚度，m；

L——工作面宽度，m；

H——开采深度，m。

回归分析结果表明，导水裂隙带发育高度和煤层厚度、工作面宽度、和开采深度具有明显的线性关系，因此，回归公式可以用来计算导水裂隙带高度的计算。

4结论

（1）通过区内导水裂隙带高度实测值和规范计算值得比较，得出彬长矿区导水裂隙带高度实测值远大于理论计算值，尤其是在研究区内厚、特厚煤层差距明显。

（2）区内煤矿没有进行实测研究，进行导水裂隙带高度计算时，可以采用区内其他煤矿实测平均值20.18倍。

（3）本次利用彬长矿区导水裂隙带高度发育高度实测值，运用Excel回归分析，获得区内导水裂隙带发育高度与采煤厚度、工作面宽度以及煤层埋深的相关关系公式，可以作为区内煤矿导水裂隙带发育高度计算的多元回归公式。

参考文献：

[1]许延春，李俊成等.综放开采覆岩“两带”高度的计算公式及适用性分析1987[J].煤炭学报，1998（3）

[2]北京开采所.煤矿覆岩破坏规律及应用[M].北京：煤炭工业出版社.1987

[3]康永华.采煤方法变革对导水裂隙带发育规律的影响[J].煤炭学报，1998（3）

[4]李琰庆.导水裂隙带高度预计方法研究及应用[D].西安：西安科技大学.2007

[5]高文军.水体下采煤“两带”的产生机理和预测方法研究[D]北京：中国矿业大学.1995