含水層下綜放開采安全煤柱留設探討

摘 要：隨著國內外對第四系、第三系松散含水層水體下安全采煤技術的廣泛深入研究，已經在許多礦區實踐并取得了重大進展。本文著重介紹了多倫協鑫煤礦分布在第三系砂礫巖含水層為弱富水性區域內的7煤下分層工作面，根據砂礫巖含水層邊界將1704-2工作面劃分為“底粘區”和“底礫區”兩個區域，并針對不同區域分別留設防塌安全煤（巖）柱和防砂安全煤（巖）柱。對含水層下綜放開采提供了指導和借鑒意義。

關鍵詞：底粘區；底礫區；防塌安全煤（巖）柱；防砂安全煤（巖）柱

中圖分類號：TD823 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）14-0188-01

前 言

1704-2工作面位于一采區上山北翼，為7號煤下分層的第二個工作面，北部切眼處靠近礦井邊界。該工作面位于1702-1和1704-1工作面采空區下方，1704-2走向長度963m，傾向寬度130m，由于切眼處頂板壓力大，發生冒落，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號煤頂板距離近，局部沒有粘土層存在，采動裂隙可使工作面與該含水層導通，因此是礦井主要防范的含水層，也是本論文探討的重點。

2 多倫協鑫礦一采區北翼7煤上分層綜放回采經驗

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

3 1704-2工作面安全煤巖柱留設類型

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

4 一采區7煤分層綜放開采覆巖破壞特征總結

通過“兩帶”高度實測與UDEC數值模擬，總結統計得出協鑫煤礦一采區7煤下分層的垮采比4.74，裂采比8.62，作為一采區7煤分層綜放開采條件下合理留設安全煤巖柱的依據。

5 1704-2工作面安全煤巖柱留設

5.1 綜放開采“兩帶”高度預計

采用“兩帶”實測值對1704-2工作面覆巖破壞高度進行預計，工作面內09-D1和ZK321孔位置垮落帶和導水裂縫帶高度均大于基巖厚度，因此需采取限厚開采措施。

5.2 安全回采厚度計算

為確保在開采過程中滿足安全煤巖柱厚度，對于煤厚較大的區段需進行限厚開采。1704-2工作面靠近開切眼區域內第三系底部地層為厚粘土層，“底粘區”留設防塌安全煤巖柱；靠近停采線區域第三系底部地層為砂礫巖含水層的區域，“底礫區”留設防砂安全煤巖柱。根據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類型，將工作面劃分為I區、II區和III區3個區域，即“底粘區”（I區）基巖厚度70～74.9m；“底礫區”II區基巖厚度60～70m和“底礫區”III區基巖厚度55～65m，并根據安全煤巖柱的留設要求及基巖厚度，反算工作面安全回采厚度。

5.2.1 開切眼附近“底粘區”（I區）留設防塌安全煤巖柱

防塌安全煤巖柱垂高（Ht）應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”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，認為“底粘區”回采厚度小于6.67m時是安全的。

5.2.2 “底礫區”（II區）留設防砂安全煤巖柱

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

（2）安全煤巖柱保護層留設方式

根據最小安全厚度法的規定，覆巖類型為軟弱型，選2.8A為保護層厚度。

（3）反算公式。

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

經計算A≤2.86m，則安全回采的最大厚度為2.86m。認為該“底礫區”回采厚度小于2.86m時是安全的。工作面內ZK321鉆孔和上下順槽探測7號煤下分層厚度大于9m，因此本區域需限制采厚為2.80m。

5.2.3 “底礫區”（III區）留設防砂安全煤巖柱

1704-2工作面停采線“底礫區”（III區）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工作面探測下分層煤層厚度為9m。考慮限厚開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II區的計算結果，基巖厚度為60m時可限厚開采2.8m，III區采厚為2.8m時剩余煤層厚度為6.2m，則該區最小煤巖柱厚度將大于60m，滿足防砂安全煤（巖）柱留設厚度要求。因此，“底礫區”（III區）可限厚開采2.8m。

通過以上計算分析，將1704-2工作面的開采厚度分為2個區域：開切眼附近“底粘區”采放厚度6.67m；停采線附近“底礫區”綜采厚度2.80m。

6 結 論

該工作面主要受第三系上新統底部砂礫巖孔隙承壓水含水層水影響，通過“兩帶”高度實測與UDEC數值模擬，總結統計得出協鑫煤礦一采區7煤分層綜放開采后覆巖破壞垮落帶及導水裂縫帶高度，結合地質及水文地質條件劃分出“底礫區”和“底粘區”，并根據不同情況分別留設防砂安全煤（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。對含水層下綜放開采提供了指導和借鑒意義。

參考文獻

[1]多倫協鑫煤礦《礦井地質報告》.

[2]多倫協鑫煤礦《初步設計說明書》.

[3]《多倫協鑫煤礦1704-2工作面含水層下綜放開采可行性研究報告》.

收稿日期：2018-4-15

作者簡介：劉 鑫（1978-），地質助理工程師。