采空區垮落後孔隙率的計算及應用

近年以來， 煤礦重特大水害 02manbetx.com 、突水淹井、淹采區和重大未遂水害 02manbetx.com 時有發生，直接威脅到礦撲的 安全牛產，為遏製 煤礦重特大水害 02manbetx.com 發生，黃家莊 煤礦根據“預測預報、有疑必探、先探後采(掘)”的方針，落實“防、堵、疏、排、截”五位一體的綜合防治 措施，取得了較好的效果。根據黃家莊 煤礦塒采空區積水的探放，計算出采空區的充水係數即采空垮落空隙率，對 煤礦 安全塵產具有十分重要的實際指導意義。

　　1、概況

　　黃家莊煤礦位於貴州省平壩縣境內，原屬平壩縣辦煤礦，1997年通過有條件無償轉讓給林東礦務局，礦井沒計生產能力9萬t／a，通過改擴建，礦井實際生產能力為30萬t／a，現隸屬於林東礦業(集團）有限責任公司，礦井采用平硐開拓方式，通風方式采用中央分列式。

　　黃家莊煤礦可采煤層有M8、M9兩層煤，M8煤層在M8煤層的上部，兩層煤層間距平均 18米 ，兩層煤均屬較穩定煤層，煤層傾角8。，M8煤層平均采高 1.5m ，M9煤層平均采高 1.5m ，M8煤層開采垂深住80～ 120m 之間。M8煤層偽頂厚0～ 2.0m ，多為泥岩、碳質泥岩、泥質粉砂岩，開采時隨采隨落，但比較破碎；直接頂為石灰岩，厚約 0.8米 ；老頂為泥質細砂岩，厚約 5.3m 。M9煤層無偽頂，直接頂為灰岩，厚約2.m；老頂為厚 6米 的粉砂岩。同采後采空區處理采用全部垮落法。

　　根據《黃家莊煤礦地質報告》礦井水文條什屬簡單類珥型，但井田內地表裂隙發育，小型斷層較為發育，多屬於開放型，隨開采深度的增加，礦井湧水量逐步增加，礦井正常湧水量為 30m3 /h，最大湧水量為lOOm3/h，多屬於采空區湧水。

　　黃家莊煤礦處理采窄區積水的方法是采用鑽孔探放水的方法，通過鑽孔，逐步疏幹采空區積水，以達到防治水的目的。但要準確地計算采空區的積水量，必須要計算出采空區頂板垮落後的空隙率，現通過鑽孔排放1819左采麵及1819右采麵采空區的積水量來反算采空區頂板垮落空隙率。

　　2、采空區積水情況

　　1819左、右采麵均為走向長臂佰置，於2002年回采結束，1819左采研采空走向長 320米 ，工作而長 90米 ，采宅麵積為 28800m2 ，1819右采麵采空走向長為 240米 ，工作麵長為 100米 ，采空麵積為 24000m2 ，兩采空區補給水上水平采空積水及地麵裂隙水導人，季節性較強，采空區積水無其它排水通道，積滿後由』一部水平大巷排出，岡此，采空區內積水均允滿采空區。通過鑽孔排放，1819左采麵實測排放水量為 41360m2 ，1819右采麵實測排放水量為 37896m2 。

　　3、測水方法

　　容積法和堰槽法。

　　4、基本參數的確定

　　4．1 采空麵積(S)的確定

　　1819右采麵走向長320，工作而長 90米 ，全部采完，實際采窄麵積為：

　　S=L×B=28800(㎡)

　　1819右采麵走向長260，工作麵長 100米 ，采麵回采到停采線，留有 20米 的保護煤柱，實際采空麵積為：

　　S=L X B=24000(㎡) s——采空麵積，㎡； L——采麵斜長，m； B——工作麵長，m。

　　4．2平均采高(M)

　　通過兩回采工作麵回采時實際測得采高分別為：

　　1819左采麵平均采高(M1) 1.6m ，1819右采麵平均采高(M2) 1.7m 。

　　4．3 采空最大冒落高度(Hm)

　　1、1819左采麵最大冒落高度Hm1

　　 M1 Hml ——————————————（k-1）cosα =5.39(m)

　　2、1819右采麵最大冒落高度Hm2。

　　M2 Hm2 ——————————————（k-1）cosα =5.72(m)

　　Hm ——采空最大冒落高度，m，Hm1、Hm2分別表示1819左采麵、1819右采麵的采空最大冒落高度；

　　M——煤層厚度或采厚，m；K——岩石碎漲係數1.25～1.5，取1.3； a——煤(岩)層傾角，取80

　　4．4 裂隙帶高度(HL1)

　　1、1819左采麵采空區裂隙帶高度HL1，
100 M 1HL1———————————————— 1.6 M 1+3.6 =25.97(m) 計算中誤差± 5.6m 。

　　2、1819右采麵采空區裂隙帶高度HL2：

　　100M2 HL2=—————————I 6 M2 +3.6。 =26.90(m) 計算中誤差± 5.6m 。

　　4．5水頭高度(Hs)

　　Hs =Lsinα

　　計算得1819左采麵水頭高度為 12.5m ，1819右采麵水頭高度為 13.9m 。

　　4．6采空垮落空間體積(V)

　　V =L(M+Hm)[2B一(M+Hm)ctga]／2

　　計算得1819左采麵垮空體積為 145683m3 ，1819右采麵垮空體積為 131085m3 。

　　4．7采空垮落孔隙率(nk)

　　Q1 nk = ————————V Q1——采空區積水量(放水量)，m3；

　　 v——采空垮落空問體積，m3； nk——采空垮落孔隙率。

　　計算得1819左采麵采垮孔隙率為28.4％，1819右采麵采垮孔隙率為28.9％。兩采麵平均采垮孔隙率為28.65％。

　　5、結論

　　5．1根據以上定量 03manbetx 計算，黃家莊煤礦M8煤層采空垮落孔隙率為28.65％，即為采空垮落充水係數，此值可以直接用於準確計算采空垮落後積水量的大小，其計算積水量與實際放水量誤差不超過1％，大大提高了礦井采空積水的估算值，同時，比傳統計算方法更為準確和更具有實際意義；

　　5．2根據驗證結果，此值適用於黃家莊煤礦M8煤層；

　　5．3應用此值時需要知道水頭高度和積水的采空體積。計算時未考慮裂隙帶的充水性，一方麵是因為裂隙帶的充水性計算較為困難，另一方麵，此值是采用積水量反算得出的結果其裂隙帶的積水量實際上已計算進去；

　　5．4準確了解采空垮落充水係數，對礦井防治水工作及實現 安全生產具有重要的現實指導意義。