龍東煤礦東二采區(qū)開采可行性分析

白智勇

摘要：根據(jù)上海大屯龍東井田及東二采區(qū)煤層賦存狀況、地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)條件，結(jié)合龍東煤礦以往防治水工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)東二采區(qū)開采充水因素、突水系數(shù)、斷層與鉆孔的導(dǎo)水性等進(jìn)行了分析與研究，認(rèn)為東二采區(qū)7號(hào)煤通過采取綜合防治水措施后可以實(shí)現(xiàn)安全開采。

關(guān)鍵詞：防治水;安全開采

Abstract: According to a Shanghai Datun East Mine and two east mining area coal seam situation, geological structure and hydrogeological conditions, combined with the mine water prevention and control work experience before, to the east of the two mining water filling factors, water inrush coefficient, fault and borehole water guiding undertook analysis and research, think east the two District No. 7 coal by means of comprehensive water prevention and control measures can realize safe mining.

Key words: water prevention; safety mining

中圖分類號(hào)：TD82 獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：2095-2104（2012）12-0020-02

1、采區(qū)概況

龍東煤礦東二采區(qū)位于井田最東部，以孫氏店及其派生斷層與東一采區(qū)相鄰。東～東南以F1′斷層與姚橋井田相隔，西南以采礦證登記邊界與三河尖礦相鄰，西北至孫氏店斷層，北至7煤層露頭。采區(qū)最大走向長度為4800m，最大傾向長度為580m，面積2.35km2。

采區(qū)地面村莊密集，有舊姚橋、劉官屯新村、大山灣、后屯、北丁官屯，壓占采區(qū)可采儲(chǔ)量約4.60Mt。這些村莊分別屬于山東和江蘇兩個(gè)省，搬遷工作難度很大，對(duì)采區(qū)接替及工作面布置影響較大。

采區(qū)內(nèi)F孫大斷層（落差200m）與奧灰強(qiáng)含水層對(duì)接，受奧灰水嚴(yán)重威脅，煤層埋藏較深，傾角大，斷裂構(gòu)造極為發(fā)育，同時(shí)，由于村莊搬遷難度較大，需要進(jìn)行建下開采，至今未進(jìn)行開采。

鑒于礦井資源/儲(chǔ)量所剩不多，為保證礦井生產(chǎn)能力，延長礦井服務(wù)年限，必須盡快對(duì)東二采區(qū)進(jìn)行開拓準(zhǔn)備，以便接替即將開采完畢的東一采區(qū)。

2、采區(qū)地質(zhì)及水文地質(zhì)特征

東二采區(qū)位于井田最東部，該采區(qū)整體為一單斜構(gòu)造，傾向南西，傾角8°~12°，但局部發(fā)育有次一級(jí)小褶曲。該采區(qū)介于F孫~F1′兩大斷層之間，為一狹長地帶，受其應(yīng)力影響，其內(nèi)部小構(gòu)造相當(dāng)發(fā)育，斷層共計(jì)35條，其中，落差5m以上斷層26條，每平公里15條，最大斷層F1′延展長度4017m，落差240~493m。

采區(qū)可采煤層為7煤和21煤兩層，局部可采煤層為17煤層、18煤層和22煤層。煤層傾角8°～22°，平均15°。煤層頂板為粉、細(xì)砂巖互層、砂質(zhì)泥巖，底板為為泥巖、砂質(zhì)泥巖及粉砂巖。該煤層位于山西組中下部，頂板距分界砂巖30.12～72.75m，平均51.87m，底板距太原組分界面28.43～42.52m，平均38.73m，距強(qiáng)含水體L4灰?guī)r60.54～79.0m，平均76.59m。煤層結(jié)構(gòu)局部較為復(fù)雜。

本區(qū)煤層頂?shù)装鍘r石力學(xué)性質(zhì)未作測(cè)試，其相鄰的東一采區(qū)9105孔也僅對(duì)7煤層直接底板進(jìn)行了試驗(yàn)，其中底板泥巖的平均抗壓強(qiáng)度為7.8MPa，砂質(zhì)泥巖平均抗壓強(qiáng)度為64.1MPa。

主要含水層為第四系砂層及下部粘土夾砂礫層，侏羅白堊系礫巖，山西組7號(hào)煤頂、底板砂巖，太原組薄層灰?guī)r，本溪組灰?guī)r，奧陶系灰?guī)r含水層（組）。

基巖強(qiáng)風(fēng)化帶含水層，一般厚度約16m左右，最大厚度25～30m；山西組頂?shù)装迳皫r含水組，是礦井近期生產(chǎn)中的主要充水含水層，但從多年揭露情況分析，其最大出水量在48m3/h，為富水性一般的含水層組；太原組L4灰含水層為巖溶溶隙含水層，該含水層水在7號(hào)煤開采過程中，具有補(bǔ)給采場(chǎng)的可能，但其地下水補(bǔ)給途徑較遠(yuǎn)，主要是以靜儲(chǔ)量為主，是可疏干的灰?guī)r含水層，而深部21號(hào)煤直接頂板L12灰及奧灰含水層在今后的21號(hào)煤開采中，將會(huì)對(duì)生產(chǎn)形成一定影響。

東二采區(qū)界于F1′和F孫兩條大斷層之間，因受其構(gòu)造應(yīng)力影響，其區(qū)內(nèi)小型構(gòu)造及巖層裂隙相當(dāng)發(fā)育。因此，使得區(qū)內(nèi)各含水層（組）發(fā)生位移，造成含水層（組）之間相互補(bǔ)給、串通。特別是5勘探線以上，F(xiàn)孫斷層處，不但7煤層多處與太原組L10、L12灰及奧灰含水層發(fā)生對(duì)接，且F孫斷層下盤灰?guī)r形成隱伏露頭，為灰?guī)r含水層接受上部水的補(bǔ)給創(chuàng)造了條件。從整體分析認(rèn)為F孫斷層下盤高壓含水層水具有補(bǔ)給東二采區(qū)7煤層頂?shù)装迳皫r含水層（組）的可能，從而形成了東二采區(qū)7煤開采時(shí)地下水自然補(bǔ)給邊界，造成東二采區(qū)內(nèi)的水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，并且，該區(qū)煤層埋藏較深（最深處達(dá)-700m左右），因此，區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件為復(fù)雜型。

3、掘進(jìn)巷道安全水頭壓力及防水安全煤巖柱

3.1 掘進(jìn)巷道安全水頭壓力

根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》，可以計(jì)算出掘進(jìn)巷道安全水頭壓力。

P=2Kp+γt

式中：

P——底板隔水層能夠承受的安全水壓，MPa，

t——隔水層厚度，m ，取最小值；

L——巷道寬度，m取4.5m

γ——底板隔水層的平均重度，MN/m3 取2.6×9.8×10-3=0.025

Kp——底板隔水層的平均抗拉強(qiáng)度，MPa取1.624

表1 掘進(jìn)巷道安全水頭壓力

3.2奧灰水體上采煤防水安全煤巖柱

根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》，本采區(qū)不同突水系數(shù)情況下煤層的安全開采標(biāo)高如表2所示。

表2安全開采標(biāo)高計(jì)算

7號(hào)煤層底板隔水層厚度（過斷層進(jìn)行注漿加固，奧陶系灰?guī)r水體上防水煤巖柱厚度）為233m，根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》，如果按照突水系數(shù)0.06MPa/m計(jì)算，則7號(hào)煤層的安全開采標(biāo)高為-1293m以上；如果按照突水系數(shù)0.1MPa/m計(jì)算，則7號(hào)煤層安全開采深度為-2119m以上。因此，考慮構(gòu)造影響，取突水系數(shù)0.060MPa/m，本采區(qū)7號(hào)煤層均可安全開采。

4、開采方案的確定

根據(jù)龍東煤礦現(xiàn)有資料及經(jīng)驗(yàn)，在東二采區(qū)西部-270m水平沿近東西方向布置二條采區(qū)巷道，分別為東二采區(qū)帶式輸送機(jī)巷和東二采區(qū)回風(fēng)巷，其中，帶式輸送機(jī)巷為機(jī)軌合一，與本礦井中段運(yùn)輸石門搭接，為保證安全，在掘進(jìn)過程中，加強(qiáng)探放水工作，堅(jiān)持“有掘必探、先探后掘”，同時(shí)，需對(duì)采區(qū)巷道底板采取注漿加固措施。

采區(qū)內(nèi)斷層主要集中在三個(gè)部分，即邊界斷層附近、第5勘探線~第6勘探線之間及東北部第3勘探線以上淺部區(qū)域。從地質(zhì)構(gòu)造上看，比較有利于工作面布置的區(qū)域分別是：第3勘探線與第5勘探線之間、LF8斷層與LF11斷層之間、第6勘探線與第28勘探線之間，根據(jù)地面村莊分別情況，只有第3勘探線與第5勘探線之間不受村莊影響。

因此，分別在第3勘探線及第6勘探線附近沿7號(hào)煤底板各布置一組下山，分別為東二采區(qū)上段帶式輸送機(jī)下山和回風(fēng)下山及東二采區(qū)下段帶式輸送機(jī)下山和回風(fēng)下山，下山間距為30m。

鑒于東二采區(qū)水文地質(zhì)條件比較復(fù)雜，各含水層淺部水壓較小，從安全和經(jīng)濟(jì)角度考慮，首采工作面布置在不受村莊影響的第3勘探線與第5勘探線之間。

首采工作面距西風(fēng)井5700m，距主副井達(dá)7000m，為降低通風(fēng)阻力和布置安全出口的需要，在東二采區(qū)西部邊界第3勘探線附近新開鑿一個(gè)回風(fēng)立井，擔(dān)負(fù)東二采區(qū)的回風(fēng)任務(wù)兼安全出口，實(shí)現(xiàn)礦井分區(qū)通風(fēng)。

回風(fēng)井井口標(biāo)高+38m，井底標(biāo)高-270m，井筒凈直徑4.0m，井筒深度308m。

同時(shí)，為保證采區(qū)下山順利穿過斷層，防止巷道底板突水，對(duì)采區(qū)下山巷道底板采取注漿加固措施。

為保證東二采區(qū)發(fā)生突水災(zāi)害時(shí)，可以切斷其與現(xiàn)生產(chǎn)采區(qū)之間的聯(lián)系，在東二采區(qū)與東一采區(qū)中段運(yùn)輸石門之間設(shè)置防水閘墻硐室。

采區(qū)范圍內(nèi)有舊姚橋、大山灣、后屯、北丁官屯，壓占采區(qū)資源/儲(chǔ)量約4.66Mt，占采區(qū)設(shè)計(jì)資源/儲(chǔ)量的77.54%，對(duì)采區(qū)接替及工作面布置影響較大。如果全部留設(shè)保護(hù)煤柱，則采區(qū)剩余可采儲(chǔ)量只有1.35Mt。如果遷村，四個(gè)村莊人口總數(shù)10500人，按人均4.5萬元考慮，村莊搬遷費(fèi)高達(dá)47250萬元，同時(shí)，這些村莊分別屬于山東和江蘇兩個(gè)省，搬遷工作難度很大，因此必須考慮進(jìn)行建筑物下采煤，以盡可能回收資源，提高礦井經(jīng)濟(jì)效益。

經(jīng)過調(diào)研分析，東二采區(qū)村莊下開采設(shè)計(jì)采用超高水材料充填開采等成熟經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行村莊、煤礦生活區(qū)等建筑物下采煤。

5、結(jié)語

從東二采區(qū)存在的防治水、巷道維護(hù)、村莊下采煤等技術(shù)難點(diǎn)上考慮，盡管主采的7號(hào)煤層為帶壓開采，且大部分資源量位于村莊下，但在借鑒國內(nèi)防治水及村莊下開采經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過科學(xué)試驗(yàn)，采取由淺入深、循序漸進(jìn)的戰(zhàn)略，本采區(qū)開發(fā)是可以實(shí)現(xiàn)的。

本采區(qū)7號(hào)煤層厚度大、賦存穩(wěn)定，盡管存在地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)條件復(fù)雜、煤層自燃、煤塵具有爆炸危險(xiǎn)，但根據(jù)目前的技術(shù)水平，通過采取綜合防治措施后可實(shí)現(xiàn)安全開采。

經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)顯示，在考慮到采區(qū)各種不利因素和復(fù)雜條件的情況下，礦井財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)指標(biāo)比較先進(jìn)，項(xiàng)目建設(shè)在經(jīng)濟(jì)上是可行的。

參考資料：

1、上海大屯能源股份有限公司龍東煤礦礦井地質(zhì)報(bào)告。

2、采煤工作面帶壓開采分析及綜合防治水措施，《煤炭技術(shù)》2009年6月，婁彥輝、姜玉梅。