工作面不拆減支架安全開采技術(shù)研究

胡偉 劉小軍

（皖北煤電集團(tuán)五溝煤礦生產(chǎn)技術(shù)部，安徽 淮北 235131）

1 概況

斷層是礦井中最常見的地質(zhì)構(gòu)造之一，是煤礦生產(chǎn)過程中必須面對(duì)和解決的問題，由于我國的地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，勘探程度較低，對(duì)于一些大的斷裂構(gòu)造探查不清，從而留設(shè)了大量的防水煤巖柱，經(jīng)濟(jì)技術(shù)合理性受到質(zhì)疑。目前，國內(nèi)外對(duì)斷層帶煤柱留設(shè)并沒有統(tǒng)一的規(guī)定，一般都是根據(jù)傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)公式留設(shè)，致使煤柱有時(shí)過大，積壓大量的煤炭資源。如皖北煤電集團(tuán)公司五溝煤礦F6、F14斷層由于留設(shè)斷層防水煤柱致使煤柱壓煤量達(dá)數(shù)十萬噸；有時(shí)過小，加之水文地質(zhì)條件不清，從而引發(fā)了較嚴(yán)重的水害事故，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和不良后果。因此，如何安全留設(shè)斷層防水煤巖柱，使煤炭資源，能夠盡可能地開發(fā)利用是礦業(yè)工程領(lǐng)域中亟待解決的重要問題之一。

2 五溝煤礦1017工作面開采技術(shù)條件簡(jiǎn)況

2.11017工作面簡(jiǎn)介

1017 工作面是位于五溝煤礦南一采區(qū)東翼第四區(qū)段，南部以F6斷層及其延長(zhǎng)線和南二采區(qū)相鄰。工作面走向長(zhǎng)1300m，傾向?qū)?80m。主采10煤厚度為1.4-5.6m，平均厚度為3.5m，為中厚-厚煤層，局部含1-2層泥巖夾矸，煤層賦存較為穩(wěn)定，傾角5～10°，平均8°。

工作面地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜。太原組一至二灰，厚度不大，難以構(gòu)成大的地下水儲(chǔ)導(dǎo)體系。三至四灰為中厚層灰?guī)r，巖溶裂隙發(fā)育，儲(chǔ)導(dǎo)水能力強(qiáng)，構(gòu)成太灰主要地下水儲(chǔ)導(dǎo)體系，是工作面外段開采水害防治的重點(diǎn)。

圖1 1017工作面布置平面圖

2.2 底板砂巖賦水性分析

10煤層底板砂巖對(duì)1017工作面充水有直接影響。10煤層底板砂巖比較發(fā)育，砂巖、粉砂巖多呈互層狀，成分以石英、長(zhǎng)石為主，泥質(zhì)膠結(jié)，裂隙發(fā)育不均。鉆孔施工時(shí)，q=0.006414～0.008287L/s.m，K=0.05963～0.027978m/d，水質(zhì)類型為HCO3～K+Na.Mg.Ca或HCO3～K+Na型，總硬度11.58～10.16德國度，礦化度0.428～0.496g/l，PH值7.7～8.6。富水性微弱。1017工作面底板砂巖，主要接受“四含”水的滲透補(bǔ)給，但補(bǔ)給范圍和補(bǔ)給量有限，以靜儲(chǔ)水量為主。砂巖裂隙不夠發(fā)育，也不均勻，大部受構(gòu)造控制，以構(gòu)造裂隙為主，連通性不強(qiáng)。有明顯疏干趨勢(shì)，實(shí)屬弱含水、弱透水的含水層。

2.3 底板灰?guī)r賦、導(dǎo)水性分析

南一采區(qū)開拓期間為了探查測(cè)區(qū)內(nèi)含水陷落柱分布位置及其導(dǎo)含水性，相關(guān)斷層的含導(dǎo)水性，太原組1～4灰?guī)r溶分布發(fā)育情況及10煤底板富水性及其相互間的水力聯(lián)系，采用瞬變電磁法測(cè)深技術(shù)在南一采區(qū)范圍內(nèi)的水文地質(zhì)條件進(jìn)行了探測(cè)。根據(jù)瞬變電磁法測(cè)深結(jié)果分析，1017工作面10煤層太原組灰?guī)r無論是在剖面上還是在平面上其富水性都是不均勻的。根據(jù)視電阻率值等值線圖(縱、橫向剖面圖)的低阻異常區(qū)分布，太原組灰?guī)r存在富水異常區(qū)，但對(duì)1017工作面外段開采影響較小。

3 F6斷層水文地質(zhì)特征

F6斷層位于五溝井田中部，1017工作面東南翼（即外段）。走向近NE，傾向NW，傾角小于700，落差0～45m，延展長(zhǎng)度大于2000m，平面上稍呈弧形彎曲，傾斜切割較深。

3.1 F6斷層三維地震控制

三維地震勘探由安徽煤田地質(zhì)局物探測(cè)量隊(duì)施工，2008年3月提交《安徽省皖北煤電公司五溝煤礦南一采區(qū)三維地震精細(xì)勘探報(bào)告》。對(duì)F6斷層進(jìn)行了地震勘探，地震控制程度可靠。

3.2 F6斷層的巷道揭露情況

目前已有南翼總回風(fēng)巷及南翼軌道大巷揭露了F6正斷層。

南翼總回風(fēng)巷H26#點(diǎn)前34m、H26#點(diǎn)前48m分別揭露F6正斷層和F6次生正斷層。F6正斷層：311°∠67°H=20m，斷層面平整、光滑，斷層破碎帶寬度1.3m，破碎帶內(nèi)充填深灰色斷層泥夾灰白色細(xì)砂巖、破碎、揉皺牽引現(xiàn)象明顯，斷層上盤：灰白色厚層狀中細(xì)砂巖，泥質(zhì)膠結(jié)，遇水易松軟，斷層下盤：深灰色塊狀泥巖、裂隙極為發(fā)育、巖性破碎。F6次生正斷層：330°∠33°H=9m，斷層下盤巷道左肩窩淋水較大，淋水段3米，水質(zhì)混濁，水量0.3m3/h，水源經(jīng)化驗(yàn)為10煤老頂細(xì)砂巖裂隙水。

南翼軌道大巷S11#點(diǎn)前4m揭露F6正斷層。F6正斷層：20°∠50°H=30m，斷層面平整、光滑，斷層破碎帶寬度0.3m，破碎帶內(nèi)巖石裂隙發(fā)育、破碎、擠壓揉皺、滑面發(fā)育，巖層牽引拉薄現(xiàn)象明顯，斷層帶煤層粉末狀、顏色暗淡無光澤，無淋、滴水等水文異常。

3.3 F6斷層帶巖石特征

在南一采區(qū)－360南翼總回風(fēng)、軌道巷所揭露的F6斷層帶巖石成分復(fù)雜，構(gòu)造破壞嚴(yán)重，斷面附近巖石呈粉末狀 假塊狀 揉皺現(xiàn)象 橢球狀且鏡面發(fā)育等，這些特征反應(yīng)了斷層形成時(shí)的壓剪性質(zhì)。

3.4 F6斷層賦、導(dǎo)水性評(píng)價(jià)

1017 工作面外段F6斷層，井下－360南翼回風(fēng)、軌道等數(shù)條巷道也相繼揭露了F6斷層，除個(gè)別揭露點(diǎn)有少量滲水以外，均未發(fā)現(xiàn)水文異常。1017工作面原風(fēng)巷探查孔無漏水和涌水現(xiàn)象。F6斷層的地面物探勘探資料亦表明該斷層不具備導(dǎo)水性。因此，從地面鉆孔資料以及井下巷道揭露情況來看，F(xiàn)6斷層為不導(dǎo)水?dāng)鄬印6斷層是在早期近南北向應(yīng)力場(chǎng)作用下產(chǎn)生的張剪性正斷層，晚期又受到近東西向應(yīng)力場(chǎng)的擠壓作用，而且目前仍處于NEE向的壓應(yīng)力作用，使得斷層帶裂隙處于閉合狀態(tài)，這是F6斷層不賦水、不導(dǎo)水的主要原因之一。

根據(jù)三維地震資料，結(jié)合井下巷道揭露和鉆探情況，綜合分析：靠近1017風(fēng)巷外段，F(xiàn)6正斷層在風(fēng)巷F8#點(diǎn)拐彎處鉆孔終孔附近尖滅，10煤上盤斷煤交線距1017風(fēng)巷最近處47.6m，該段斷層落差0—20m，根據(jù)巷道揭露斷層面及斷層帶情況，該斷層為壓性正斷層，該斷層賦水性弱、導(dǎo)水性差。

所以，對(duì)F6斷層保護(hù)煤柱留設(shè)只需考慮在開采過程中，斷層對(duì)盤太灰水不通過采動(dòng)裂隙導(dǎo)入采空區(qū)即可。

4 1017工作面外段開采對(duì)底板破壞深度的計(jì)算

4.1 根據(jù)三下開采規(guī)程計(jì)算

根據(jù)《三下采煤規(guī)程》規(guī)定，考慮采深、傾角和工作面斜長(zhǎng)，可以采用如下公式進(jìn)行1017工作面外段開采引起的底板導(dǎo)水破壞帶深度預(yù)計(jì) ：h=0.0085H+0.1665α+0.1079L-4.3579。 其中:H－開采深度，350m；α－煤層傾角，8°；L－工作面斜長(zhǎng)，取180m；

經(jīng)計(jì)算，五溝煤礦1017工作面外段開采底板破裂帶最大深度為19.4m。

4.2 1017工作面外段開采安全性評(píng)價(jià)

太灰水能否給1017工作面外段開采造成突水危害，根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》，采用以下公式計(jì)算突水系數(shù)：

Ts=P/（M-CP）

式中：Ts——突水系數(shù)；

P——灰?guī)r水頭壓力（MPa），取1.9MPa；M——10煤底至太原組一灰間距，取47.6（m）；Cp——煤層底板破壞厚度（m），取 19.4m。Ts=1.9/（47.6-19.7）=0.068。滿足淮北礦區(qū)臨界突水系數(shù)0.7的要求，開采是安全的。應(yīng)當(dāng)指出，上述計(jì)算是留有較大安全系數(shù)的。因此，只要采取相應(yīng)的安全措施，可以實(shí)現(xiàn)安全回采。

結(jié)語：綜上所述，1017工作面留設(shè)14.3m的防護(hù)煤巖柱，是能夠?qū)崿F(xiàn)綠色安全開采，不會(huì)發(fā)生突水潰砂安全事故。

[1]徐永沂.煤礦開采學(xué)[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1999.

[2]陳炎光，徐永沂.中國采煤方法[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1991.

[3]成新龍，唐永志.采礦工程技術(shù)[M].淮南:淮南礦業(yè)集團(tuán)，2005.