采空区垮落后孔隙率的计算及应用

采空区垮落后孔隙率的计算及应用作者：吴炎罗承…文章来源：水矿信息点击数：447更新时间：2008-5-2摘要：通过对采空区积水进行钻孔探放水，根据钻孔探放水量反算采空区垮落后的充水系数，得出采空区垮落后的孔隙率，再通过得出的孔隙率，比较准确的能估算出采空区垮落后的积水量。关键词：采空区孔隙率计算及应用近年以来，煤矿重特大水害事故、突水淹井、淹采区和重大未遂水害事故时有发生，直接威胁到矿扑的安全牛产，为遏制煤矿重特大水害事故发生，黄家庄煤矿根据“预测预报、有疑必探、先探后采(掘)”的方针，落实“防、堵、疏、排、截”五位一体的综合防治措施，取得了较好的效果。根据黄家庄煤矿埘采空区积水的探放，计算出采空区的充水系数即采空垮落空隙率，对煤矿安全尘产具有十分重要的实际指导意义。1、概况黄家庄煤矿位于贵州省平坝县境内，原属平坝县办煤矿，1997年通过有条件无偿转让给林东矿务局，矿井没计生产能力9万t／a，通过改扩建，矿井实际生产能力为30万t／a，现隶属于林东矿业(集团）有限责任公司，矿井采用平硐开拓方式，通风方式采用中央分列式。黄家庄煤矿可采煤层有M8、M9两层煤，M8煤层在M8煤层的上部，两层煤层间距平均18米，两层煤均属较稳定煤层，煤层倾角8。，M8煤层平均采高1.5m，M9煤层平均采高1.5m，M8煤层开采垂深住80～120m之间。M8煤层伪顶厚0～2.0m，多为泥岩、碳质泥岩、泥质粉砂岩，开采时随采随落，但比较破碎；直接顶为石灰岩，厚约0.8米；老顶为泥质细砂岩，厚约5.3m。M9煤层无伪顶，直接顶为灰岩，厚约2.m；老顶为厚6米的粉砂岩。同采后采空区处理采用全部垮落法。根据《黄家庄煤矿地质报告》矿井水文条什属简单类珥型，但井田内地表裂隙发育，小型断层较为发育，多属于开放型，随开采深度的增加，矿井涌水量逐步增加，矿井正常涌水量为30m3/h，最大涌水量为lOOm3/h，多属于采空区涌水。黄家庄煤矿处理采窄区积水的方法是采用钻孔探放水的方法，通过钻孔，逐步疏干采空区积水，以达到防治水的目的。但要准确地计算采空区的积水量，必须要计算出采空区顶板垮落后的空隙率，现通过钻孔排放1819左采面及1819右采面采空区的积水量来反算采空区顶板垮落空隙率。2、采空区积水情况1819左、右采面均为走向长臂佰置，于2002年回采结束，1819左采研采空走向长320米，工作而长90米，采宅面积为28800m2，1819右采面采空走向长为240米，工作面长为100米，采空面积为24000m2，两采空区补给水上水平采空积水及地面裂隙水导人，季节性较强，采空区积水无其它排水通道，积满后由』一部水平大巷排出，冈此，采空区内积水均允满采空区。通过钻孔排放，1819左采面实测排放水量为41360m2，1819右采面实测排放水量为37896m2。3、测水方法容积法和堰槽法。4、基本参数的确定4．1采空面积(S)的确定1819右采面走向长320，工作而长90米，全部采完，实际采窄面积为：S=L×B=28800(㎡)1819右采面走向长260，工作面长100米，采面回采到停采线，留有20米的保护煤柱，实际采空面积为：S=LXB=24000(㎡)s——采空面积，㎡；L——采面斜长，m；B——工作面长，m。4．2平均采高(M)通过两回采工作面回采时实际测得采高分别为：1819左采面平均采高(M1)1.6m，1819右采面平均采高(M2)1.7m。4．3采空最大冒落高度(Hm)1、1819左采面最大冒落高度Hm1M1Hml——————————————（k-1）cosα=5.39(m)2、1819右采面最大冒落高度Hm2。M2Hm2——————————————（k-1）cosα=5.72(m)Hm——采空最大冒落高度，m，Hm1、Hm2分别表示1819左采面、1819右采面的采空最大冒落高度；M——煤层厚度或采厚，m；K——岩石碎涨系数1.25～1.5，取1.3；a——煤(岩)层倾角，取804．4裂隙带高度(HL1)1、1819左采面采空区裂隙带高度HL1，100M1HL1————————————————1.6M1+3.6=25.97(m)计算中误差±5.6m。2、1819右采面采空区裂隙带高度HL2：100M2HL2=—————————I6M2+3.6。=26.90(m)计算中误差±5.6m。4．5水头高度(Hs)Hs=Lsinα计算得1819左采面水头高度为12.5m，1819右采面水头高度为13.9m。4．6采空垮落空间体积(V)V=L(M+Hm)[2B一(M+Hm)ctga]／2计算得1819左采面垮空体积为145683m3，1819右采面垮空体积为131085m3。4．7采空垮落孔隙率(nk)Q1nk=————————VQ1——采空区积水量(放水量)，m3；v——采空垮落空问体积，m3；nk——采空垮落孔隙率。计算得1819左采面采垮孔隙率为28.4％，1819右采面采垮孔隙率为28.9％。两采面平均采垮孔隙率为28.65％。5、结论5．1根据以上定量分析计算，黄家庄煤矿M8煤层采空垮落孔隙率为28.65％，即为采空垮落充水系数，此值可以直接用于准确计算采空垮落后积水量的大小，其计算积水量与实际放水量误差不超过1％，大大提高了矿井采空积水的估算值，同时，比传统计算方法更为准确和更具有实际意义；5．2根据验证结果，此值适用于黄家庄煤矿M8煤层；5．3应用此值时需要知道水头高度和积水的采空体积。计算时未考虑裂隙带的充水性，一方面是因为裂隙带的充水性计算较为困难，另一方面，此值是采用积水量反算得出的结果其裂隙带的积水量实际上已计算进去；5．4准确了解采空垮落充水系数，对矿井防治水工作及实现安全生产具有重要的现实指导意义。