D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2004.06.028 第26卷第6期 北京科技大学学报 Vol.26 No.6 2004年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2004 灵新煤矿西天河下安全开采技术综合分析 蔡美峰》任奋华”来兴平12) 1)北京科技大学士木与环境工程学院，北京1000832)西安科技大学能源学院，西安710054 摘要为了研究灵新煤矿河下开采引起的覆岩破坏规律和地表移动规律，采用工程地质 调查、彩色钻孔孔电视、钻孔冲洗液漏失量法、物理与数值模拟、地应力测量及地表监测等多 种研究手段，获得了矿区地应力分布规律、工作面开采的垮落带和导水裂缝带的高度、岩层 移动规律及矿压显现规律，实现了L3414综采工作面安全开采和环境保护的双重目标 关键词地应力测量：覆岩；破坏高度；开采方式；控水开采 分类号TD325 西天河是宁夏回族自治区灵武矿区内惟一 1地应力测量 的常年地表径流，它阻隔毛乌素沙漠的扩展，对 区域生态环境有重要的调节作用.它流经灵武矿 采用实现完全温度补偿并考虑岩体非线性 区8387m,给矿井生产带来巨大的安全隐患，造 的地应力解除测量技术，首次进行了灵新矿区地 成大量煤炭储量的滞压.本文采用了现场调查、 应力现场实测，获得了矿区地应力分布规律，建 室内实验、理论分析、物理与数值模拟、现场试验 立了矿区地应力场模型.为了测定整个矿区区域 等多种研究手段，对开采引起的覆岩破坏规律、 内地应力的数值、方向和空间分布规律，在不同 地表移动规律进行了多方面的综合性研究：在维 位置、不同深度布置了3个测点，进行地应力测 持西天河现状和灵新煤矿现有的采煤方法和开 量的应力解除实验.测点的具体位置如下：1号孔 拓方式的前提下，提出并优化了L3414综采工作 位于一采区1160m水平的轨道石门，方位196°： 面西天河下控水采煤方案：通过L3414综采工作 2号孔位于三采区1186m水平的轨道石门，方位 面的开采试验，进行现场矿压、岩移和水文监测， 194°：3号孔位于三采区1186m水平的风巷绕道， 取得了较全面、系统的技术成果和开采经验. 钻孔方位14°.其测量结果见表1. 表】地应力测量结果 Table 1 Results of in-situ stress measurement 最大主应力 中间主应力 最小主应力 测点 数值MPa方向/()倾角)数值MPa方向)倾角/()数值MPa方向/)倾角/() 4.05 287.5 -2.9 1.97 183.8 -77.9 1.34 198.1 11.7 2 3.69 300.1 -11.2 1.91 272.5 77.6 1.60 29.0 5.7 3 3.36 94.1 6.2 2.18 352.8 11.8 1.82 201.2 76.6 2覆岩破坏高度预测 量法的观测结果，首次准确地确定了灵新煤矿十 四煤的垮落带和导水裂缝带的高度.十四煤综采 在L3314综采工作面采空区上方地表布置了 的垮落带高度为15.3120.65m(对应采厚为2.7 两个覆岩破坏观测钻孔，采用钻孔冲洗液法、彩 2.2m),冒采比为5.79.4：导水裂缝带的高度为 色钻孔电视系统等进行了全面观测"，通过全面 41.42-56.03m(对应采厚为2.2-2.7m),裂高采厚 对比分析彩色钻孔电视系统与钻孔冲洗液漏失 比为18.9-20.8（见表2）. 收稿日期20040508蔡美蜂男，60岁，教授，博士 *教育部博士点基金资助项目No.20020008021)第 2 6 卷 第 6 期 2 0 0 4 年 1 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n vi e招 iyt o f S e ci n e e a n d Tc c h n o ot yg B e ij i n g V心 1 . 2 6 刊 0 . 6 D ec 。 2 0 4 灵新煤矿西天河下安全开采技术综合分析 蔡 美峰 ” 任奋 华 ` , 来兴 平 ` ,2) l) 北京科 技大 学土 木与环 境工 程学 院 , 北京 10 0 0 8 3 2) 西 安科技 大学 能源 学 院 , 西 安 71 0 0 54 摘 要 为 了研 究灵 新煤 矿河 下 开采 引起 的覆岩 破 坏规 律和 地表 移动 规律 , 采用 工程 地质 调查 、 彩色钻 孔孔 电视 、 钻 孔冲洗 液漏 失 量法 、 物理 与数值 模 拟 、 地 应力 测量及 地表 监 测等 多 种研 究手 段 , 获得 了矿 区 地 应 力分布 规律 、 工作面 开采 的垮 落 带和 导水 裂缝 带 的高度 、 岩层 移动规 律 及矿 压显 现规 律 , 实现 了 L 3 4 14 综 采工作 面 安全 开采 和环 境保 护 的双重 目标 . 关键 词 地应 力测 量 ; 覆 岩 ; 破坏 高度 ; 开采 方式 ; 控 水开采 分类 号 T D 3 2 5 西天 河 是 宁夏 回族 自治 区灵 武 矿 区 内惟 一 的常年 地表 径 流 , 它 阻隔 毛 乌素 沙 漠 的扩 展 , 对 区域 生态 环境 有 重要 的调 节 作用 . 它流经 灵 武矿 区 8 3 8 7 m , 给 矿 井 生产 带 来 巨 大 的安全 隐患 , 造 成 大量 煤 炭储 量 的滞 压 . 本 文采 用 了现 场 调 查 、 室 内实验 、 理论 分析 、 物 理 与数值 模拟 、 现场 试验 等 多种 研 究手 段 , 对 开采 引起 的覆 岩破 坏 规 律 、 地表 移动 规 律进 行 了多 方面 的综 合性 研 究 ; 在维 持 西 天河 现 状 和 灵 新煤 矿 现 有 的采 煤 方法 和 开 拓 方式 的 前提 下 , 提 出 并优 化 了 L 3 41 4 综 采 工作 面西 天 河 下控 水 采煤方 案 ; 通 过 3L 4 14 综 采 工作 面 的开采 试验 , 进 行现 场 矿压 、 岩 移和 水 文监 测 , 取 得 了较 全面 、 系 统 的技 术成 果 和 开采 经验 . 1 地 应 力测 量 采 用 实现 完 全 温 度 补 偿 并 考 虑 岩 体 非 线 性 的地 应 力解 除测 量技 术 , 首 次进 行 了灵新 矿 区地 应 力现 场 实测 , 获 得 了矿 区地 应 力 分布 规律 , 建 立 了矿 区地 应力 场模 型 . 为 了测 定整 个矿 区 区域 内地 应 力 的数 值 、 方 向和 空 间分 布 规律 , 在不 同 位 置 、 不 同深 度 布置 了 3 个测 点 , 进 行 地 应 力测 量 的应 力解 除实验 . 测点 的具 体位 置 如下 : 1 号孔 位 于一 采 区 1 16 0 m 水平 的轨道 石 门 , 方 位 19 60 ; 2 号 孔位 于 三采 区 1 186 m 水 平 的轨 道石 门 , 方 位 194 “ ; 3 号 孔位 于 三采 区 1 186 m 水平 的风巷 绕道 , 钻 孔方 位 14 “ . 其 测量 结 果 见表 1 . 表 1 地应 力测 量 结果 1恤b l e 1 R e s u lst o f i n 一 s i t u S t er s s m e a s u 代 m e n t 测 点 最 大主应 力 al 中 间主应 力氏 最小 主应 力仍 数值迎讨P a 方 向o(/ ) 倾角 o(/ ) 数 值/州田a 方 向o(/ ) 倾 角 o(/ ) 数值 / M P a 方 向o(/ ) 倾 角(/ o) 4 0 5 3 . 6 9 3 . 3 6 2 8 7 . 5 3 0 0 . 1 9 4 . 1 1 . 9 7 1 . 9 1 2 . 1 8 1 8 3 . 8 2 72 . 5 3 5 2 . 8 1 . 3 4 1 6 0 1 . 8 2 1 1 7 5 . 7 7 6 . 6 2 覆 岩 破坏 高度预 测 在 L 3 14 综采 工作 面 采 空区上 方 地表 布置 了 两个 覆岩 破 坏 观测 钻 孔 , 采 用 钻 孔冲 洗 液法 、 彩 色 钻 孔 电视 系统 等进 行 了全 面 观测` , 周 . 通 过全 面 对 比 分 析 彩 色钻 孔 电视 系 统 与 钻 孔冲 洗 液 漏 失 收稿 日 期 2 0 4 -() 5刁8 蔡美峰 男 , 60 岁 , 教 授 , 博士 * 教 育部 博士 点基金 资助 项 目 (N 。 2 0 0 2 0 0 0 8 02 1) 量 法 的观 测 结果 , 首 次准 确地 确 定 了灵新 煤矿 十 四煤 的垮 落 带和 导水 裂缝 带 的高度 . 十 四煤综 采 的垮 落带 高度 为 15 . 3 1一 20 . 65 m (对 应 采 厚 为 2 . 7 - .2 2 m ) , 冒采 比 为 5 . 7一 .9 4 ; 导 水裂 缝 带 的 高度 为 4 1 . 4 2一 5 6 . 0 3 m (对 应采 厚 为 2 2一 2 . 7 m ) , 裂高 采 厚 比 为 18 . 9一 2 0 . 8 ( 见表 2 ) . DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2004. 06. 028