计算公式:
(1) 含水层顶部无泥质物充填
ha=h1+h2+h3 ,m
式中 ha - 防水安全煤岩柱厚度,m
h1 - 导水破坏带厚度,m
h2 - 阻水带或保护层带厚度,m
h3 - 承压水导升带厚度,m
(2)含水层顶部有泥质物充填
ha=h1+h2+h4 ,m
式中 h4- 充填隔水带厚度,m
3、防水安全煤岩柱基本参数的确定
(1)导水破坏带厚度确定
根据现场观测,破坏带厚度主要取决与工作面长度、开采深度、煤层倾角、煤层开采厚度以及开采方法和顶板管理方法等因素,其次是底板岩层的抗破坏能力,包括岩石强度、岩层组合和原始裂隙发育状况。根据实测结果,采用回归分析,得出以下统计公式:
h1=0.7007+0.1079L
h1=0.3030.8
h1=0.0085H+0.1665a+0.1079L-4.3579
式中 h1 - 破坏带厚度,m
L - 工作面长度,m
H - 开采深度,m
a - 煤层倾角,°
(2)阻水带或保护层带厚度确定
根据现场钻孔水力压裂法实测的表示单位底板隔水岩层平均阻水能力的系数,可用下式表达:
Z=Pb/R
式中 Z-阻水系数,Mpa/m
R-裂缝扩展半径,一般取40-50m
Pb-岩体破裂压力,与地应力和岩体抗拉强度有关。
Pb=3sb-sH+T-P0
式中 Pb-使岩体破裂时的临界水压力,Mpa
sb-作用于岩体的最小水平主应力,Mpa
sH-作用于岩体的最大水平主应力,Mpa
T -岩体的抗拉强度,Mpa
P0 -岩体空隙中的水压力,Mpa
阻水带带厚度等于作用在底板上的水压力(P)除以阻水系数(Z),即
h2=P/Z
根据我国部分矿区钻孔水力压力试验,不同岩层阻水系数一般是:
中、粗粒砂岩0.3~0.5Mpa/m;细粒砂岩约0.3Mpa/m;粉砂岩约0.2Mpa/m;泥岩0.1~0.3 Mpa/m;石灰岩约0.4Mpa/m;断层带因其中充填物性质及胶结或密实程度不同,其阻水能力变化很大,按弱强度充填物考虑,其阻水系数为0.05~0.10Mpa/m 。
(3)地下水导升带高度确定
地下水导升带的高度(h3)可采用物探和钻探方法确定,一般可在井下巷道中用电测深方法进行探测,必要时用钻探验证。当井下物探与钻探条件受限制时,也可通过以往勘探钻孔资料分析确定。断层带附近的地下水导升带高度一般比正常岩层中增大,有时甚至可达到或超过煤层。
(4)底板含水层顶部充填隔水带厚度确定
底板含水层顶部充填隔水带厚度(h4)可以采用物探和钻探方法综合确定,表2为现场实测结果。
五、承压水体上采煤方案
1、深降强排
采用疏水井巷、疏水钻孔,将含水层水位降低至开采水平以下,以保证安全开采。但疏水工程量大,设备多,电耗大,投资大;使附近工农业用水缺乏;若井田内有奥灰,水量大、补给充足,难以实现深降强排方案。
2、外截内排
先采用帷幕注浆,截堵补给水源。再疏干降压,将承压水水位降至开采水平以下。要求水文地质条件清楚,补给径流集中,帷幕截流工程易施工。
3、带压开采
在开采过程中利用隔水层阻力,防止底板突水。承压水水位高于开采水平,底板要有足够的强度能承受承压水的压力。带压开采方案经济,但要探明水文地质条件,进行论证,并采取安全措施。
4、带压开采,综合治理
带压开采,开采前,堵截地下水补给水源;开采过程中,疏水降压。该方案既安全又经济。
六、承压水体上采煤安全技术措施。
1、防探水安全技术措施
(1)做好水文地质及构造地质工作:了解含水层、隔水层、岩溶、断层、裂隙分布、承压水径流、补给水源通路等情况。
(2)加强防探水工作:超前探明底板隔水层厚度、底板含水层含水性能、地下水导升高度、断层含水性能及裂隙富水程度。
(3)设置井上下水文工程设施:设置水文观测孔,建立水文观测制度,及时收集和整理水文观测资料,必要时设置专门的疏水巷道和疏水钻孔,增加排水设备,提高排水能力。
(4)必要时对底板破碎带进行注浆加固。
2、开采安全技术措施
(1)选择开采:按先易后难、由浅入深、先简单后复杂的原则进行开采;对条件相同的煤层,先进行试采,总结经验,找出规律,再逐步推广应用。。
(2)分区隔离开采:用留设隔离采区煤柱、设置水闸门等方法,缩小底板突水的影响范围。
(3)改革采区巷道布置:减少过断层,减少巷道交叉点数目,缩小巷道交叉点面积,巷道交叉点和采煤工作面上下出口要尽量避开小断层,无法避开时要对小断层进行加固。
(4)采煤方法:采用充填开采、部分开采、仰斜长壁开采、分层开采;缩短工作面长度,提高工作面推进速度;正确确定工作面推进方向。