含水層下綜放開(kāi)采安全煤柱留設(shè)探討

摘 要：隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)第四系、第三系松散含水層水體下安全采煤技術(shù)的廣泛深入研究，已經(jīng)在許多礦區(qū)實(shí)踐并取得了重大進(jìn)展。本文著重介紹了多倫協(xié)鑫煤礦分布在第三系砂礫巖含水層為弱富水性區(qū)域內(nèi)的7煤下分層工作面，根據(jù)砂礫巖含水層邊界將1704-2工作面劃分為“底粘區(qū)”和“底礫區(qū)”兩個(gè)區(qū)域，并針對(duì)不同區(qū)域分別留設(shè)防塌安全煤（巖）柱和防砂安全煤（巖）柱。對(duì)含水層下綜放開(kāi)采提供了指導(dǎo)和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：底粘區(qū)；底礫區(qū)；防塌安全煤（巖）柱；防砂安全煤（巖）柱

中圖分類(lèi)號(hào)：TD823 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）14-0188-01

前 言

1704-2工作面位于一采區(qū)上山北翼，為7號(hào)煤下分層的第二個(gè)工作面，北部切眼處靠近礦井邊界。該工作面位于1702-1和1704-1工作面采空區(qū)下方，1704-2走向長(zhǎng)度963m，傾向?qū)挾?30m，由于切眼處頂板壓力大，發(fā)生冒落，新切眼向南移100m。

1 工作面主要含水層

第三系上新統(tǒng)底部砂礫巖孔隙承壓水含水層，水壓約1.60MPa，其影響半徑為609～778m。該含水層距7號(hào)煤頂板距離近，局部沒(méi)有粘土層存在，采動(dòng)裂隙可使工作面與該含水層導(dǎo)通，因此是礦井主要防范的含水層，也是本論文探討的重點(diǎn)。

2 多倫協(xié)鑫礦一采區(qū)北翼7煤上分層綜放回采經(jīng)驗(yàn)

礦方將一采區(qū)北翼各工作面均劃分為“底粘區(qū)”和“底礫區(qū)”，“底礫區(qū)”砂礫層厚度薄，留設(shè)防砂安全煤（巖）柱；“底粘區(qū)”留設(shè)防塌安全煤（巖）柱。北翼上分層各工作面已成功安全回采，表明“底礫區(qū)”留設(shè)防砂安全煤巖柱和“底粘區(qū)”留設(shè)防塌安全煤巖柱的安全可行性。對(duì)于1704-2工作面的回采均有可直接借鑒的價(jià)值。

3 1704-2工作面安全煤巖柱留設(shè)類(lèi)型

根據(jù)水文補(bǔ)勘成果及2017版《“三下”采煤規(guī)范》第六十六條規(guī)定，工作面上方的“底礫區(qū)”砂礫層可按防砂安全煤（巖）柱留設(shè)，工作面上方的“底粘區(qū)”可留設(shè)防塌安全煤（巖）柱。

4 一采區(qū)7煤分層綜放開(kāi)采覆巖破壞特征總結(jié)

通過(guò)“兩帶”高度實(shí)測(cè)與UDEC數(shù)值模擬，總結(jié)統(tǒng)計(jì)得出協(xié)鑫煤礦一采區(qū)7煤下分層的垮采比4.74，裂采比8.62，作為一采區(qū)7煤分層綜放開(kāi)采條件下合理留設(shè)安全煤巖柱的依據(jù)。

5 1704-2工作面安全煤巖柱留設(shè)

5.1 綜放開(kāi)采“兩帶”高度預(yù)計(jì)

采用“兩帶”實(shí)測(cè)值對(duì)1704-2工作面覆巖破壞高度進(jìn)行預(yù)計(jì)，工作面內(nèi)09-D1和ZK321孔位置垮落帶和導(dǎo)水裂縫帶高度均大于基巖厚度，因此需采取限厚開(kāi)采措施。

5.2 安全回采厚度計(jì)算

為確保在開(kāi)采過(guò)程中滿(mǎn)足安全煤巖柱厚度，對(duì)于煤厚較大的區(qū)段需進(jìn)行限厚開(kāi)采。1704-2工作面靠近開(kāi)切眼區(qū)域內(nèi)第三系底部地層為厚粘土層，“底粘區(qū)”留設(shè)防塌安全煤巖柱；靠近停采線區(qū)域第三系底部地層為砂礫巖含水層的區(qū)域，“底礫區(qū)”留設(shè)防砂安全煤巖柱。根據(jù)1704-2工作面基巖厚度等值線圖，基巖厚度為55～74.9m，按照基巖厚度和煤巖柱留設(shè)類(lèi)型，將工作面劃分為I區(qū)、II區(qū)和III區(qū)3個(gè)區(qū)域，即“底粘區(qū)”（I區(qū)）基巖厚度70～74.9m；“底礫區(qū)”II區(qū)基巖厚度60～70m和“底礫區(qū)”III區(qū)基巖厚度55～65m，并根據(jù)安全煤巖柱的留設(shè)要求及基巖厚度，反算工作面安全回采厚度。

5.2.1 開(kāi)切眼附近“底粘區(qū)”（I區(qū)）留設(shè)防塌安全煤巖柱

防塌安全煤巖柱垂高（Ht）應(yīng)等于或接近于垮落帶的最大高度（Hm），即：Ht≈Hm。

反算公式：

Ht≤煤層上覆基巖厚度

Ht≈4.74A

由基巖厚度等值線圖可知，“底粘區(qū)”中，基巖厚度的范圍為70～74.9m，按照最小值70m反算。即：4.74A≤70m。

得：A≤14.77m，則安全回采的最大厚度為14.77m。由于上分層已回采8.1m，認(rèn)為“底粘區(qū)”回采厚度小于6.67m時(shí)是安全的。

5.2.2 “底礫區(qū)”（II區(qū)）留設(shè)防砂安全煤巖柱

（1）防砂安全煤巖柱垂高（Hs）應(yīng)大于或等于垮落帶的最大高度（Hm）加上保護(hù)層厚度（Hb），即：Hs≥Hm+Hb。

（2）安全煤巖柱保護(hù)層留設(shè)方式

根據(jù)最小安全厚度法的規(guī)定，覆巖類(lèi)型為軟弱型，選2.8A為保護(hù)層厚度。

（3）反算公式。

1704-2工作面停采線“底礫區(qū)”（II區(qū)）基巖柱厚度為60～70m左右，按照最小值60m計(jì)算安全回采厚度。即：4.74×（8.1+A）+2.8A≤60m。

經(jīng)計(jì)算A≤2.86m，則安全回采的最大厚度為2.86m。認(rèn)為該“底礫區(qū)”回采厚度小于2.86m時(shí)是安全的。工作面內(nèi)ZK321鉆孔和上下順槽探測(cè)7號(hào)煤下分層厚度大于9m，因此本區(qū)域需限制采厚為2.80m。

5.2.3 “底礫區(qū)”（III區(qū)）留設(shè)防砂安全煤巖柱

1704-2工作面停采線“底礫區(qū)”（III區(qū)）基巖柱厚度為55～65m左右，其中ZK321鉆孔揭露基巖厚度為61.24m，按照最小值55m計(jì)算安全回采厚度。即：4.74×（8.1+A）+2.8A≤55m

則A≤2.20m，則安全回采的最大厚度為2.20m。而321鉆孔揭露煤層（含夾矸）厚度為19.02m，其中下分層9.54m。1704-2工作面探測(cè)下分層煤層厚度為9m?？紤]限厚開(kāi)采后剩余煤層厚度可作為防砂安全煤（巖）柱的一部分，即增大了基巖厚度。根據(jù)II區(qū)的計(jì)算結(jié)果，基巖厚度為60m時(shí)可限厚開(kāi)采2.8m，III區(qū)采厚為2.8m時(shí)剩余煤層厚度為6.2m，則該區(qū)最小煤巖柱厚度將大于60m，滿(mǎn)足防砂安全煤（巖）柱留設(shè)厚度要求。因此，“底礫區(qū)”（III區(qū)）可限厚開(kāi)采2.8m。

通過(guò)以上計(jì)算分析，將1704-2工作面的開(kāi)采厚度分為2個(gè)區(qū)域：開(kāi)切眼附近“底粘區(qū)”采放厚度6.67m；停采線附近“底礫區(qū)”綜采厚度2.80m。

6 結(jié) 論

該工作面主要受第三系上新統(tǒng)底部砂礫巖孔隙承壓水含水層水影響，通過(guò)“兩帶”高度實(shí)測(cè)與UDEC數(shù)值模擬，總結(jié)統(tǒng)計(jì)得出協(xié)鑫煤礦一采區(qū)7煤分層綜放開(kāi)采后覆巖破壞垮落帶及導(dǎo)水裂縫帶高度，結(jié)合地質(zhì)及水文地質(zhì)條件劃分出“底礫區(qū)”和“底粘區(qū)”，并根據(jù)不同情況分別留設(shè)防砂安全煤（巖）柱和防塌安全煤（巖）柱。目前該工作面安全回采并接近收尾。對(duì)含水層下綜放開(kāi)采提供了指導(dǎo)和借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1]多倫協(xié)鑫煤礦《礦井地質(zhì)報(bào)告》.

[2]多倫協(xié)鑫煤礦《初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)》.

[3]《多倫協(xié)鑫煤礦1704-2工作面含水層下綜放開(kāi)采可行性研究報(bào)告》.

收稿日期：2018-4-15

作者簡(jiǎn)介：劉 鑫（1978-），地質(zhì)助理工程師。