小青礦1501工作面水體下安全開采可行性研究

楊曉光 郎彥龍 齊偉明

（1.鐵法煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司小青煤礦，遼寧 調(diào)兵山 112700；2.中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 撫順 113122）

1 工作面概況

西三1501工作面設(shè)計(jì)走向長1349m，傾向長230m，面積31.03萬m2，設(shè)計(jì)采高1.12m。該工作面上覆為W1W712采空區(qū)、W1701、W1703、W1704、W1707采空區(qū)，采空區(qū)累計(jì)積水面積16.95萬m2，累計(jì)積水量8.2萬m3（詳見表1）。

表1 老空水情況表

2 7煤層老空水對本工作面安全開采的威脅分析

由于西三1501工作面上覆的7煤層采空區(qū)內(nèi)含有大量積水，可能將威脅1501回采工作面的回采安全。根據(jù)地質(zhì)資料分析，1501工作面回采可能造成7煤層采空區(qū)積水導(dǎo)入15-1煤層工作面的通道主要有三種途徑：一是沿采動(dòng)的導(dǎo)水裂縫導(dǎo)入；二是沿?cái)鄬訉?dǎo)入；三是沿鉆孔導(dǎo)入。

2.1 采動(dòng)覆巖導(dǎo)水裂縫高度及回采安全性分析

2.1.1 15-1煤開采防水煤巖柱高度確定

7煤與15-1煤的間距由上部回采工作面的最低標(biāo)高與其對應(yīng)位置的15-1煤層底板標(biāo)高確定或鉆孔給出的兩煤層間距（見表2）。

表2 7煤與15-1煤間距計(jì)算表

從表2可見，7煤層與15-1煤層的間距最小位置在W1W712工作面回采的對應(yīng)位置，該位置在1501工作面設(shè)計(jì)停采線外側(cè)，不采用。其余四個(gè)面對應(yīng)的煤層最小間距為154.22m。防水安全煤巖柱的高度Hsh=154.22-1.12=153.1m。

2.1.2 采動(dòng)覆巖導(dǎo)水裂縫帶高度計(jì)算

采動(dòng)覆巖導(dǎo)水高度計(jì)算分別采用該礦采動(dòng)覆巖破壞導(dǎo)水高度實(shí)測數(shù)據(jù)和《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)范》（以下簡稱“開采規(guī)范”）附錄4給出的中硬覆巖采動(dòng)導(dǎo)水裂縫帶高度計(jì)算公式。

（1）按本礦實(shí)測數(shù)據(jù)的采動(dòng)覆巖導(dǎo)水裂縫帶高度計(jì)算值

小青礦W2712工作面實(shí)際觀測結(jié)果：在采高1.36～1.41m條件下，實(shí)測導(dǎo)水裂縫帶高度 為 20.818～22.511m， 為 采 高 的 15.31～16.31倍。1501工作面的采高與W2712工作面接近，取最大倍數(shù)16.31倍。導(dǎo)水裂縫帶高度Hli=1.12×16.31=18.27m。

（2）按規(guī)范附錄4兩個(gè)公式計(jì)算：

式中：

Hli-導(dǎo)水裂縫帶高度，m；

ΣM-累計(jì)采厚，取1.12m。

2.1.3 保護(hù)層厚度計(jì)算及回采安全性分析

《開采規(guī)范》規(guī)定：防水安全煤巖柱的垂高（Hsh）應(yīng)大于或等于導(dǎo)水裂縫帶最大高度（Hli）加上保護(hù)層厚度（Hb），即Hsh≥Hli+Hb。各種算法計(jì)算出的保護(hù)層厚度見表3。

表3 保護(hù)層厚度計(jì)算表

采用三種算法的最大值，1501工作面7煤層采空區(qū)積水下回采采動(dòng)覆巖導(dǎo)水裂縫帶最大高度31.16m，防水安全煤巖柱的保護(hù)層厚度121.94m，是采出厚度的108.87倍，大于按規(guī)范中選取保護(hù)層厚度應(yīng)為采出厚度的6倍，7煤層老空水不會(huì)沿導(dǎo)水裂縫導(dǎo)入至1501工作面。

2.2 采動(dòng)引起斷層破壞的導(dǎo)水性能變化分析

本工作面及其附近斷層較為發(fā)育，現(xiàn)對采動(dòng)引起每條斷層破壞的導(dǎo)水性能變化進(jìn)行分析。

區(qū)域邊界斷層F14和F73均設(shè)計(jì)留有防水保護(hù)煤柱，1501工作面在保護(hù)煤柱線外，對回采安全不構(gòu)成威脅。

斷層 DF10、DF4、DF38和 DF37位于 1501工作面上部有積水區(qū)域內(nèi)，四條斷層在上部7煤層回采時(shí)都實(shí)見。1501工作面回采將引起斷層的移動(dòng)和破壞，斷層破壞的形式和程度將決定7煤層采空水向工作面補(bǔ)給的方式是滲入、導(dǎo)入還是潰入。

斷層DF10的走向與工作面推進(jìn)方向近似，走向長度250m。斷層DF4的走向與工作面推進(jìn)方向近似，走向長度300m。斷層DF38穿過工作面切眼，斷層的走向與工作面推進(jìn)方向夾角大致45°內(nèi)，工作面內(nèi)長度192m。斷層DF37穿過工作面切眼，斷層的走向與工作面推進(jìn)方向夾角大致45°內(nèi)，工作面內(nèi)長度174m，運(yùn)順附近尖滅。DF10和DF4斷層的走向與工作面回采推進(jìn)方向近似，DF10斷層傾角62～63°，DF4斷層傾角71～73°，采動(dòng)過程不易造成沿?cái)鄬用胬_。DF37和DF38斷層的走向與工作面推進(jìn)方向夾角也在45°以內(nèi)，斷層傾角50～60°，采動(dòng)過程造成沿?cái)鄬用胬_機(jī)率不大，即采動(dòng)引起斷層沿?cái)鄬用婊瑒?dòng)的移動(dòng)破壞機(jī)率很小。

DF10和DF4斷層的兩端尖滅點(diǎn)全在工作面內(nèi)，DF37和DF38斷層的一端尖滅點(diǎn)在工作面內(nèi)，斷層尖滅部位是應(yīng)力集中部位，在斷層尖滅處巖體破碎，采動(dòng)覆巖移動(dòng)破壞形成的跨落和導(dǎo)水裂縫帶的發(fā)育高度要高于其他部位。國內(nèi)資料表明，斷層處的垮落帶和導(dǎo)水裂縫帶高度是無斷層處的1.42倍。

7煤層采空區(qū)水潰入井下的條件是采動(dòng)引起斷層處的垮落帶發(fā)育高度接近或進(jìn)入7煤層采空區(qū)，斷層處垮落帶高度該礦沒有采動(dòng)覆巖破壞垮落帶高度實(shí)測數(shù)據(jù)，采用《開采規(guī)范》附錄4給出的中硬覆巖采動(dòng)垮落帶高度計(jì)算公式。

經(jīng)計(jì)算，Hk=6.82。

式中：

Hk-垮落帶高度，m；

ΣM-累計(jì)采厚，m，取1.12。

斷層處的垮落帶高度：1.42×Hk=9.68m。

7煤采空區(qū)水潰入井下的條件是采動(dòng)引起斷層處的垮落帶發(fā)育高度接近或進(jìn)入7煤采空區(qū)，斷層處導(dǎo)水裂縫帶高度：1.42×Hlimax=44.24m。

斷層處防水安全的保護(hù)層厚度見表4。

表4 保護(hù)層厚度計(jì)算表

從表中可見，防潰水（防砂）煤巖柱保護(hù)層厚度144.42m，保護(hù)層厚度是采厚的128.05倍，大于按規(guī)范中選取保護(hù)層厚度應(yīng)為采出厚度的3倍，采后不能致使7煤層采空區(qū)積水沿?cái)鄬硬蓜?dòng)破壞通道潰入1501回采面；斷層處的防水安全煤巖柱保護(hù)層厚度108.86m，是采出厚度的97.19倍，大于按規(guī)范中選取保護(hù)層厚度應(yīng)為采出厚度的6倍，采后不能使7煤層采空區(qū)水沿?cái)鄬硬蓜?dòng)破壞通道導(dǎo)入至1501工作面。

斷層處的采動(dòng)破壞不會(huì)引起7煤層采空區(qū)積水潰入或?qū)?501回采工作面，但受采動(dòng)破壞的斷層的滲透性將增加，在斷層處可能出現(xiàn)滴水現(xiàn)象，采動(dòng)破壞導(dǎo)水裂縫將進(jìn)入15-1煤上覆的粗砂巖巖層，工作面的涌水量將明顯加大。

2.3 鉆孔引起導(dǎo)水的可能性分析

該區(qū)域共有4個(gè)鉆孔，分別是86602、87603、333、84號(hào)鉆孔。其中86602鉆孔位于工作面內(nèi)距停采線160m處，該處7煤未回采；87603鉆孔位于工作面距切眼840m處運(yùn)順側(cè)，與W1707采空區(qū)積水平面距離80m，與W1703采空區(qū)積水平面距離100m；333鉆孔位于工作面外緊靠運(yùn)順，與W1701采空區(qū)積水平面距離68m，與W1703采空區(qū)積水平面距離83m。以上鉆孔在7煤部位均未回采，1501工作面回采覆巖移動(dòng)破壞，7煤煤巖體處于整體彎曲狀態(tài)，所以86602、87603和333不可能成為7煤老空水潰入的通道。84鉆孔位于工作面中部距切眼112m。該鉆孔終孔位置為14煤，該處14煤與15-1煤的間距由14煤和15-1煤底板等高線計(jì)算為29.25m。按本礦采動(dòng)覆巖破壞實(shí)測資料計(jì)算1501工作面采動(dòng)導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度未達(dá)到14煤，但按規(guī)程附錄計(jì)算公式算采動(dòng)導(dǎo)水裂縫已進(jìn)入14煤。鉆孔84如沒進(jìn)行封孔處理將成為7煤采空區(qū)水導(dǎo)入通道，但從封孔資料查得該鉆孔在W1703工作面已封孔，7煤層采空區(qū)水不會(huì)沿84鉆孔導(dǎo)入1501工作面。

3 結(jié)論

通過對小青礦1501工作面可能的導(dǎo)水通道分析計(jì)算認(rèn)為，采動(dòng)的導(dǎo)水裂縫、斷層和鉆孔均不能成為該工作面的導(dǎo)水通道，因此1501工作面不受上覆的7煤層老空水威脅。