【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 雜型到極復(fù)雜型的礦井，應(yīng)當(dāng)根據(jù)煤層賦存條件、地質(zhì)構(gòu)造、靜水壓力、開采上覆巖層移動(dòng)角、導(dǎo)水裂縫帶高度等因素確定。1）多煤層開采，當(dāng)上、下兩層煤的層間距小于下層煤開采后的導(dǎo)水裂縫帶高度時(shí)，下層煤的邊界防隔水煤（巖）柱，應(yīng)當(dāng)根據(jù)最上一層煤的巖層移動(dòng)角和煤層間距向下推算（見圖201a）。2）當(dāng)上、下兩層煤之間的垂距大于下煤層開采后的導(dǎo)水裂縫帶高度時(shí)，上、下煤層的防隔水煤（巖）柱，可分別設(shè)計(jì)（見圖201b）。 Hli—導(dǎo)水裂縫帶上限。Ｈ１、Ｈ２、Ｈ3—各煤層底板以上的靜水位高度；γ—上山巖層移動(dòng)角；β—下山巖層移動(dòng)角；Ｌy、Ｌ１y、Ｌ２y—導(dǎo)水裂縫帶上限巖柱寬度；Ｌ１—上層煤防水煤柱寬度；Ｌ2,Ｌ3—下層煤防水煤柱寬度圖201 多煤層地區(qū)邊界防隔水煤（巖）柱設(shè)計(jì)導(dǎo)水裂縫帶上限巖柱寬度Ｌy的計(jì)算，可采用下列公式： ≥20 m (201)式中:Ly—導(dǎo)水裂縫帶上限巖柱寬度,m。 H —煤層底板以上的靜水位高度，m。 Hli—導(dǎo)水裂縫帶最大值，m；Ts—水壓與巖柱寬度的比值，可?。薄?二十一)以斷層為界的井田防隔水煤（巖）柱的設(shè)計(jì)以斷層為界的井田，其邊界防隔水煤（巖）柱可參照斷層煤柱設(shè)計(jì)，但應(yīng)當(dāng)考慮井田另一側(cè)煤層的情況，以不破壞另一側(cè)所留煤（巖）柱為原則（除參照斷層煤柱的設(shè)計(jì)外，尚可參考圖211所示的例圖）。L煤柱寬度；Ls,Lx上、下煤層的煤柱寬度；Ly導(dǎo)水裂縫帶上限巖柱寬度；Ha、Has、Hax安全防水巖柱厚度；Hli導(dǎo)水裂縫帶上限；p—底板隔水層承受的水頭壓力圖211 以斷層分界的井田防隔水煤（巖）柱設(shè)計(jì) (二十二)水體上采煤防水安全煤巖柱的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)防水安全煤巖柱的原則是，不允許底板采動(dòng)導(dǎo)水破壞帶波及水體，或與承壓水導(dǎo)升帶溝通。因此，設(shè)計(jì)的底板防水安全煤巖柱厚度(ha)應(yīng)大于或等于導(dǎo)水破壞帶(h1)和阻水帶厚度(h2)之和(附圖221a)，即：ha≥h1+ h2 (221)如果底板含水層上部存在承壓水導(dǎo)升帶(h3)時(shí)，則底板安全煤巖柱厚度(ha) 應(yīng)大于或等于導(dǎo)水破壞帶(h1)、阻水帶厚度(h2)及承壓水導(dǎo)升帶(h3)之和(附圖221b)，此時(shí)ha≥h1+ h2 + h3 (222)如果底板含水層頂部存在被泥質(zhì)物充填的厚度穩(wěn)定的隔水帶時(shí)，則充填隔水帶厚度(h4)可以作為底板防水安全巖柱厚度(ha)的組成部分，則ha≥h1+ h2 + h4 (223)圖221 底板防水安全煤巖柱設(shè)計(jì)示意圖a—無導(dǎo)升帶的正常底板條件；b—存在導(dǎo)升帶；c—底板含水層頂部存在充填隔水帶(二十三)底板采動(dòng)導(dǎo)水破壞帶深度(h1)的計(jì)算1統(tǒng)計(jì)公式法底板采動(dòng)導(dǎo)水破壞帶深度可通過現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)獲得。我國(guó)煤礦的觀測(cè)結(jié)果表明，底板采動(dòng)破壞程度主要取決于工作面的礦壓作用，其影響因素有開采深度、煤層傾角、煤層開采厚度、工作面長(zhǎng)度、開采方法和頂板管理方法等。其次是底板巖層的抗破壞能力，包括巖石強(qiáng)度、巖層組合及巖石裂縫發(fā)育狀況等。表231中僅列出與底板采動(dòng)破壞深度關(guān)系最密切的工作面斜長(zhǎng)、采深、采厚和傾角等因素的實(shí)測(cè)參數(shù)，其統(tǒng)計(jì)范圍工作面斜長(zhǎng)30～200m，采深100～1000m，傾角4176?！?0176。，～(分層開采總厚度＜10m)。采用回歸分析，只考慮工作面斜長(zhǎng)，得出下述統(tǒng)計(jì)公式：h1=+ (231)h1= (232)式中：h1—底板采動(dòng)導(dǎo)水破壞帶深度，m； L—壁式工作面斜長(zhǎng)，m。若考慮采深、傾角和工作面斜長(zhǎng)，則可得下述統(tǒng)計(jì)公式： h1=++ (233)式中：H—開采深度，m；α—煤層傾角，176?！?。2理論計(jì)算法應(yīng)用斷裂力學(xué)及塑性力學(xué)理論，可得到下列公式：h1=(234) (235)表231 實(shí)測(cè)工作面底板采動(dòng)導(dǎo)水破壞帶深度序號(hào)工作面地點(diǎn)采深H(m)傾角α(176。)采高M(jìn)(m)工作面斜長(zhǎng)L(m)破壞帶深度h1(m)備注1邯鄲王鳳礦1930面103～13216～2080102邯鄲王鳳礦1830面12315706～83邯鄲王鳳礦1951面123151004峰峰二礦2701面14516120145峰峰三礦3707面13015135＞106峰峰四礦4804904面12100+100協(xié)調(diào)面開采7肥城曹莊礦9023面132～1641895～10598肥城白莊礦7406面225～24960～140～9淄博雙溝礦1021028面278～29660+70對(duì)拉面開采10澄合二礦22510面30081001011韓城馬溝渠礦1100面230101201312鶴壁三礦128面230263～418020采2分層破壞達(dá)24m13邢臺(tái)礦7802面234～284416014邢臺(tái)礦7607窄面310～33046015邢臺(tái)礦7607寬面310～330410016淮南新莊孜礦4303面3102612817井陘三礦5701面2271230斷層破壞帶深度＜7m18井陘一礦4707小面350～4509348分層采厚4m，破壞深度約6m19井陘一礦4707大面350～450945采一分層20開灤趙各莊礦1237面9002620027包括頂部煤8m煤折合巖石底板約23m21開灤趙各莊礦2137面10002620038含8m煤且底板原生裂隙發(fā)育22新汶華豐礦41303面480～5603012013式中：γ—底板巖體平均容重，MN/m3；H—采深，m；L—壁式工作面斜長(zhǎng)，m；Rc—巖體抗壓強(qiáng)度，MPa；φ0—底板巖體內(nèi)摩擦角，176。(二十四)底板阻水帶厚度(h2)的計(jì)算1試驗(yàn)法阻水系數(shù)是在現(xiàn)場(chǎng)用鉆孔水力壓裂法實(shí)測(cè)的表示單位底板隔水巖層平均阻水能力的系數(shù)，可用下式表示： (241)式中：Z—阻水系數(shù)，MPa/m；R—裂縫擴(kuò)展半徑，一般取40～50m；Pb—巖體破裂壓力，與地應(yīng)力和巖體抗拉強(qiáng)度有關(guān)。采用公式242計(jì)算。 (242)式中：Pb—使巖體破裂時(shí)的臨界水壓力，MPa；σh—作用于巖體的最小水平主應(yīng)力，MPa； σH—作用于巖體的最大水平主應(yīng)力，MPa；T—巖體的抗拉強(qiáng)度，MPa；P0—巖體孔隙中的水壓力，MPa。阻水帶厚度等于作用在底板上的水壓力(P)除以阻水系數(shù)(Z)，即 h2=P/Z (243)我國(guó)部分礦區(qū)用鉆孔水力壓裂試驗(yàn)實(shí)測(cè)的各類巖層的阻水系數(shù)資料列入表24表242中。由表中資料可知：不同巖層阻水系數(shù)一般是：中、～ MPa/m、～；斷層帶因其中充填物性質(zhì)及膠結(jié)或密實(shí)程度不同，其阻水能力變化很大，按弱強(qiáng)度充填物考慮，～。2理論計(jì)算法表241 鉆孔水力壓裂試驗(yàn)底板巖層阻水系數(shù)資料試驗(yàn)地點(diǎn)巖性試驗(yàn)序號(hào)破裂壓力(Pb)(MPa)阻水系數(shù)(Z) (MPa/m)平均阻水系數(shù)(Zc) (MPa/m)備注開灤趙各莊礦井下五道巷，取樣深度434m中粒砂巖1現(xiàn)場(chǎng)鉆孔水力壓裂試驗(yàn)，破裂半徑R取43m2細(xì)粒砂巖12粉砂巖12泥 巖1鋁土巖1開灤趙各莊礦井下十二道巷，取樣深度1070m中粗粒砂巖1室內(nèi)三向圍壓水力壓裂試驗(yàn)，取樣于開灤趙各莊礦。三向圍壓：σ1=～σ2=～σ3=～234中粒砂巖12345細(xì)粒砂巖1細(xì)砂巖12泥巖1234焦作九里山礦，取樣深度約300m石灰?guī)r1室內(nèi)三向圍壓水力壓裂試驗(yàn)?zāi)M焦作九里山礦三向圍壓：σ1=σ2=σ3=23表242鉆孔壓水串通破壞試驗(yàn)底板巖層阻水系數(shù)資料試驗(yàn)地點(diǎn)巖 性壓水孔間距(m)水壓力 (MPa)阻水系數(shù) (MPa/m)峰峰二礦砂質(zhì)頁巖(在采動(dòng)破壞帶內(nèi))10＞＞峰峰三