防水安全煤巖柱預(yù)留高度淺析

王 燦，王新建，萬(wàn)海文

(安徽省煤田地質(zhì)局水文勘探隊(duì)，安徽 宿州 234000)

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防水安全煤巖柱預(yù)留高度淺析

王 燦，王新建，萬(wàn)海文

(安徽省煤田地質(zhì)局水文勘探隊(duì)，安徽 宿州 234000)

覆巖破壞高度觀測(cè)是合理確定安全煤柱的一項(xiàng)重要研究?jī)?nèi)容。所謂覆巖破壞高度即指煤層開采后所形成的垮落帶和導(dǎo)水裂隙帶高度，它的發(fā)育情況直接決定著水體下采煤的安全性和可靠性。通過(guò)對(duì)1021工作面覆巖破壞高度的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，可以了解五溝煤礦松散層底部存在粘土條件下的覆巖破壞規(guī)律，從而確定防水安全煤巖柱預(yù)留高度，其成果對(duì)于正確指導(dǎo)礦井安全開采具有重大意義。

垮落帶；導(dǎo)水裂隙帶；防水安全煤巖柱高度

五溝煤礦地處淮北市濉溪縣境內(nèi)，其中距宿州市35 km,北距淮北市50 km，井田屬臨渙礦區(qū)南部，童亭背斜的西翼中段，總體上受到斷層切割，以向斜為主的復(fù)式褶皺的構(gòu)造組合，地質(zhì)條件中等復(fù)雜。井田面積21.6 km2，可采儲(chǔ)量4 000萬(wàn) t，4個(gè)主采煤層(7-2、8-1、8-2、10煤)平均總厚度10.69 m，煤種為主焦煤，礦井設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力60萬(wàn) t，服務(wù)年限20 a。目前回采二疊系山西組10煤層，平均煤厚3.86 m。本次在1021工作面地面施工補(bǔ)17鉆孔，主要任務(wù)是探明兩帶高度，保證礦井安全開采。

1 礦井地質(zhì)

1021工作面位于南二采區(qū)的東翼，為南二采區(qū)首采面，1021工作面直接頂為泥巖，厚0～10.05 m，老頂為細(xì)、粉砂巖厚6.85～11.9 m，直接底為細(xì)、粉砂巖。

工作面主采10煤層上方覆蓋273 m左右的厚松散含水層，特別是其底部20.1～30.15 m，平均22.1 m厚的第四系砂、礫石含水層，直接覆蓋在煤層露頭之上，對(duì)煤系地層進(jìn)行間接滲透補(bǔ)給，給淺部煤層的安全開采構(gòu)成了明顯的威脅。見圖1。

圖1 煤層覆蓋示意圖及兩帶高度示意圖

2 水文地質(zhì)

1021工作面主要充水水源為10煤層上覆第四含水層、頂板砂巖裂隙含水層、斷層水和底板灰?guī)r含水層。

2.1 第四含水層特征

松散層深度0～266.40 m，厚度266.40 m， 四含底部以沖洪積～殘坡積相沉積物為主，巖性復(fù)雜，以砂礫、粘土礫石、細(xì)砂、粘土質(zhì)砂為主，夾4層砂質(zhì)粘土、粘土、粘土夾礫石，粘土類多呈半固結(jié)狀。上部以灰綠色、棕黃色、棕紅色粘土、砂為主，夾粘土質(zhì)砂，粘土致密，可塑性強(qiáng)，具有鈣質(zhì)結(jié)核和鐵錳質(zhì)結(jié)核，見靜壓滑面，四含巖性砂層中泥質(zhì)含量高，滲透性差，補(bǔ)給條件差。

2.2 頂板砂巖裂隙水

深度266.40～325.81 m，厚度59.41 m，巖性由砂巖、砂泥巖互層、粉砂巖、泥巖和煤組成，含10煤組。由于該含水層在南一采區(qū)賦存厚度0～4 m，接近新生界底界面，風(fēng)化裂隙多被充填，富水性較弱，該層段地下水屬于半封閉—封閉環(huán)境，以儲(chǔ)存量為主，補(bǔ)給來(lái)源有限，對(duì)1021工作面的安全開采影響較小。

2.3 斷層水

工作面附近有一F6正斷層，走向北東，傾向北西，傾角70°，H=0～20 m，屬于壓扭性斷層。根據(jù)以往鉆孔資料顯示以及井下揭露資料分析，F(xiàn)6斷層為不導(dǎo)水?dāng)鄬?，?duì)1021工作面開采影響較小。

2.4 底板灰?guī)r水

底板到灰?guī)r該層段正常間距為32～67.38m，平均間距47.20m。以泥巖與粉砂巖為主，中下部砂泥巖互層，底部有一段致密的海相泥巖，正常情況下對(duì)開采10煤起到一定的隔水作用，對(duì)1021工作面的安全開采影響較小。

3 工程施工

3.1 施工工藝

(1)先用φ110 mm無(wú)芯鉆頭鉆進(jìn)至三隔層位200 m，再用φ110 mm取芯鉆頭鉆進(jìn)至260 m后測(cè)井，然后用φ220 mm擴(kuò)孔器擴(kuò)孔至254.30 m，下φ168 mm套管進(jìn)行止水。

大數(shù)據(jù)背景下，企業(yè)的地理位置之間的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)逐漸降低，上級(jí)政府部門也逐漸取消了很多的保護(hù)政策，這給我國(guó)企業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。企業(yè)在管理的過(guò)程中，最基本的就是要實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的合理分析，并為之所用，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)信息的有效對(duì)接。大數(shù)據(jù)背景下，積極地創(chuàng)新優(yōu)化企業(yè)管理模式，不僅能夠有效地降低企業(yè)管理成本，而且還能夠在很大程度上促進(jìn)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的提升。

(2)止水合格后，采用φ91 mm取芯鉆頭鉆進(jìn)至基巖，測(cè)井后用φ146 mm擴(kuò)孔器擴(kuò)孔至273.85 m，下φ127 mm套管進(jìn)行止水，在基巖鉆進(jìn)的同時(shí)做好簡(jiǎn)易水文觀測(cè)和RQD觀測(cè)工作。

(3)采用φ91 mm取芯鉆頭鉆進(jìn)至終孔后測(cè)井并做井下電視。

3.2 鉆探取芯

鉆孔從219.86 m開始取芯，松散層共取芯16層，合格16層，層次合格率為100%；基巖段含煤地層取芯進(jìn)尺 61.41 m，采長(zhǎng)44.15 m，平均采取率67%?；鶐r段全取芯并進(jìn)行了巖石RQD值統(tǒng)計(jì)，據(jù)此對(duì)基巖巖體完整性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，巖石質(zhì)量為劣，巖體完整性差。巖芯鑒定詳細(xì)描述巖石的風(fēng)化程度、節(jié)理、層理的發(fā)育程度和特征，劃出破碎帶。

4 彩色井下電視采集

鉆孔施工完畢，在取得了數(shù)字測(cè)井資料后，用SJ-2型全景式井下電視數(shù)字采集器對(duì)鉆孔進(jìn)行井下數(shù)字電視采集。補(bǔ)17孔孔深325.81 m，新地層深度266.40 m，第一路套管下置深度為 254.30 m，第二路套管下置深度273.85 m；井下電視采集由地面開始，套管孔徑較標(biāo)準(zhǔn)，未變形，井下電視測(cè)到315.24 m，套管底口 273.67 m，273.67～281井壁不完整，見裂隙并見微小掉塊，281 m往下井壁破碎，裂隙發(fā)育，306 m開始儀器已經(jīng)看不見井壁，破碎掉塊嚴(yán)重。

5 兩帶高度的確定

5.1 確定依據(jù)

從鉆孔的巖性、巖芯采取率、簡(jiǎn)易水文、孔口吸風(fēng)井下電視等現(xiàn)象綜合判斷，松散層從219.86～256.92 m泥漿消耗量0.19～0.80 m3/h ，260 m泥漿全漏 ，262.29～281 m泥漿消耗量0.48～0.96 m3/h ，281.00～285.35 m泥漿消耗量1.76～3.2 m3/h ，285.35 m往下全漏。同步觀測(cè)孔內(nèi)水位，265～285.35 m水位29.5 m，285.35 m下部全漏，水位降幅很大超過(guò)150 m，后經(jīng)過(guò)井下電視資料顯示，水位在230.50 m。

基巖段巖芯垂直裂隙并不多見，但整體巖芯破碎，基巖段平均采取率只有74%，個(gè)別層位不到30%，整體RQD較低，302.11 m至終孔R(shí)QD幾乎為0%，284.6～285.35 m巖芯見后生水平及縱向裂隙，從302.11 m開始鉆具振動(dòng)，卡巖芯時(shí)有吸風(fēng)現(xiàn)象，鉆孔垮塌嚴(yán)重。

5.2 確定高度

最終確定導(dǎo)水裂隙帶起深281.40 m，止深317 m，裂高35.60 m。其中冒落帶：302.11～317 m，高度14.89 m。導(dǎo)水帶主要巖性為泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖。泥巖為灰色、深灰色，塊狀，性脆，破碎；粉砂巖為灰色，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖芯破碎成角礫狀；細(xì)砂巖為灰、灰白色，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，見黃鐵礦，巖芯破碎，垂直裂隙發(fā)育。

5.3 防水安全煤巖柱高度預(yù)留對(duì)比

依據(jù)《五溝煤礦含水層下開采煤巖柱合理留設(shè)研究》10煤層頂板覆巖類型屬于軟弱～中硬覆巖類型(Hb=2A～3A)。選用1021工作面最大采厚4.2 m，覆巖為中硬時(shí)冒落帶帶高度為13.04 m，防水安全煤巖柱保護(hù)層為

Hb=3A=3×4.2=12.6 m

防砂防砂煤巖柱垂高計(jì)算最大為

13.04+12.6=25.64 m

根據(jù)以往施工了三個(gè)兩帶高度孔，通過(guò)對(duì)比從表1可以看出最大冒高采厚比4.69倍為1016鉆孔，計(jì)算確定的1021淺部工作面需要留設(shè)的防水安全煤巖柱高度為：4.69×4.2+12.6=32.3 m

從表2可知，本次施工的補(bǔ)17孔最大冒高采厚比為9.42倍。防水安全煤巖柱高度為：

9.42×4.2+12.6=52.16 m

表1 以往 “兩帶”高度發(fā)育特征測(cè)試成果表

表2 本次補(bǔ)勘“兩帶”高度發(fā)育特征測(cè)試成果表

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本次施工鉆孔獲取兩帶數(shù)據(jù)，計(jì)算防砂安全煤巖柱高度為52.16 m，對(duì)比原有1016鉆孔最大防水安全煤巖柱高度32.3 m多留設(shè)19.38 m。按“三下”采煤《規(guī)程》計(jì)算的防水安全煤巖柱最大為25.64 m，比最大煤巖柱多留設(shè)26.52 m，因此，通過(guò)本次鉆探確定的防砂安全煤巖高度開采是安全可行的。

[1]金連生，牟金鎖.建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程.北京：煤炭工業(yè)出版社.2000.

[2]國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦防治水規(guī)定.北京：煤炭工業(yè)出版社.2009.

[3]李建.五溝煤礦1021工作面“四含”防砂煤巖柱合理留設(shè)論文.2012.

P641.47

B

1004-1184(2016)06-0081-02

2016-08-14

王燦(1982-)，男，安徽宿州人，工程師，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和煤田地質(zhì)工作。