沙基型浅埋煤层保水开采技术及其适用条件分类

【摘要】： 我国西部煤炭开发区具有煤层浅埋、水资源短缺、环境脆弱的特征,在大规模开采条件下,保水开采是一事关西部矿区可持续发展的核心保障技术。论文深入分析了国内外研究现状,并基于神东煤田的地质条件,采用理论分析、物理模拟、数值计算、三维固液耦合模拟等方法和手段,对浅埋煤层覆岩移动规律和裂隙分布特征进行了综合研究,从理论上分析了浅埋煤层保水开采的机理,由此确定了保水开采的关键,找出了浅埋煤层保水开采的基本条件,初步形成了一套以工作面快速推进、工作面有效支护及工作面局部防渗处理为核心的浅埋煤层保水开采技术。在此基础上,进一步对沙基型浅埋煤层保水开采适用条件进行了细致地分类,计算并开发了各分类相应的技术工艺与参数,并将其成功应用于保水开采的工程实践。 主要研究成果如下: (1)初步形成沙基型浅埋煤层保水开采的分类体系。尝试采用多因素综合指标分析方法,对浅埋煤层保水开采条件进行分类。以裂隙带高度作为综合指标,以岩层综合强度、岩体完整性指数、采动影响指数作为相关因素,推导出长壁工作面和短壁工作面导水裂隙带高度的计算公式,并根据覆岩裂高、岩柱与基岩厚度的不同,把沙基型浅埋煤层划分为三个类别、七个区域(安全防水区、长壁容易区、长壁中等区、长壁困难区、短壁多硐连续区、短壁多硐间隔区、短壁单一采硐区)。 (2)初步形成沙基型浅埋煤层保水开采的技术体系。首次提出“渗流确定采速”的方法和开切眼处“台阶式渐进开采”方式,创新出短壁连采工作面三种布置模式:多硐连续式、多硐间隔式、单一采硐式,并针对保水开采各分类的特征,确定出相应的技术工艺与参数。研究表明:长壁面保水开采适宜速度为10～25 m/d、切眼台阶渐进范围大于200 m、采高4.0～6.0 m、支护阻力为5000～8500 kN;短壁面保水开采适宜速度大于35 m/d、台阶渐进范围大于150 m、采高为3.0～6.0 m、支护阻力为7500～9500 kN。 (3)沙基型浅埋煤层保水开采的分类体系与技术体系在神东矿区浅埋煤层32201、12404工作面保水开采工程实践中的应用表明:采动对上覆含水层的超前影响范围一般为20.0 m,水位受采动影响下降5～10 m左右,最大下降幅度4 m/d左右;采后3～4 d水位便开始回升,在4～15 d内水位回升最快,回升率0.1～0.3 m/d,50 d左右便基本趋于稳定。工作面安全推过强富水区。