某礦二采區(qū)田良河下開采的安全性分析與評價

程 功

（山西煤炭運銷集團長治有限公司，山西 長治 046000）

1 概況

下霍煤礦井田面積40.8 km2，開采煤層3#煤層，厚度5.49 m，傾角0°～10°，生產能力240萬噸/年。二采區(qū)位于井田中部，地面標高在+939 m～+950 m之間，平均標高+942 m。第四系覆蓋層厚度變化較大，為13.35 m～99.50 m，3#煤層上覆基巖厚度為394.50 m～414.63 m。本區(qū)域松散層東南較薄，向西北方向逐漸增厚，基巖厚度由東南向西北逐漸較小，變化幅度不大。

田良河主干流由二采區(qū)南部區(qū)域穿過，河床寬度約20 m～30 m，水深約0.5 m～1.0 m，河床最低標高為+938 m。田良河支流與主干流相距約500 m，在采區(qū)西邊界處匯入主干流，河床寬度約3 m～10m，水深約0.5 m。田良河常年有水，河水流量很小，季節(jié)性特征明顯，歷史最高洪水位為+926.70 m，下游最低侵蝕基準面為+919.30 m。

2 覆巖導水裂縫帶發(fā)育高度

下霍煤礦未進行過導水裂縫帶高度實測相關工作，下霍煤礦屬于沁水煤田，與潞安王莊煤礦、高河煤礦以及郭莊煤礦屬于沁水煤田，特別是與高河煤礦相距不遠，水文地質條件相識度高，可直接采用其資料作為下霍煤業(yè)防水煤（巖）柱的留設依據(jù)，其實測資料圖、表如下。

表1井田導水裂縫帶高度鉆探實測資料[1][3]

圖1潞安礦區(qū)導水裂縫帶高度實測分布圖

3 水體下安全開采可行性評價

3.1 覆巖結構分析

根據(jù)二采區(qū)南翼3801、3802、3803號鉆孔柱狀圖資料綜合分析，本區(qū)3#煤層上覆巖層主要為二疊系下統(tǒng)山西組、下石盒子組和二疊系上統(tǒng)上石盒子組地層，厚度為394.50 m～414.63 m，其巖性主要為中、細砂巖、粉砂巖、泥巖、砂質泥巖交互沉積而成，沉積規(guī)則。根據(jù)二采區(qū)南翼中部3802號鉆孔柱狀資料，3#煤層頂板上覆巖層巖性情況如下表：

表2 3802號鉆孔煤層上覆巖層巖性統(tǒng)計表

根據(jù)鉆孔資料可以看出，3#煤層上之二疊系山西組、下石盒子組、上石盒子組基巖地層，為中、細砂巖、粉砂巖、砂質泥巖、泥巖交互沉積的層狀基巖地層，其中隔水性較好的泥巖和砂質泥巖比例占基巖柱厚度的57%，各類細粉砂巖基巖段占24%，砂巖含水層厚度變化大，有分叉、變薄、尖滅現(xiàn)象，充水裂隙以風化裂隙和構造裂隙為主，以層間運動為主。另外巖相變化大，屬于弱含水裂隙巖組，補給條件差，3#煤層采動后向礦井充水有限。所以，總體上看是一套比較好的軟硬相間的巖性組合，對3#煤層水體下開采是有利的。

另外，在3#煤層頂板上106.45 m、130.05 m、185.50 m處分別有厚9.15 m、16.30 m、11.00 m的厚層狀泥巖或砂質泥巖沉積，對抑制3#煤層采后導水裂縫帶向上位發(fā)育擴展以及有效阻止松散含水層及基巖風化帶含水層水體下滲具有顯著的作用。

根據(jù)下霍煤業(yè)勘探地質報告、生產地質報告中描述的煤層頂?shù)装鍘r層巖石力學試驗結果及頂板厚度、巖性特征及力學性質，3#煤層直接板為不穩(wěn)定—中等穩(wěn)定，3#煤層老頂為中等穩(wěn)定—穩(wěn)定。綜合評定3#煤層頂板為中硬型覆巖力學結構。

3.2 河下開采可行性評價

3.2.1 防水安全煤巖柱

本區(qū)松散含水層厚度為13.35 m～99.50 m，為弱～中等富水性，基巖風化帶發(fā)育較深，一般為60 m左右，為弱富水性，屬于典型的復合水體下采煤。根據(jù)《“三下”采煤規(guī)范》相關規(guī)定，水體下開采留設防水煤巖柱時，應充分考慮基巖風化帶深度情況，導水裂縫帶不允許波及復合水體。

二采區(qū)南翼區(qū)域3#煤層設計采厚為5.49 m，為保證安全，按采厚6 m計算，采用潞安礦區(qū)實測及“三下”采煤規(guī)范公式計算導水裂縫帶高度和防水安全煤巖柱高度，其計算成果如下表：

表3田良河下開采防水安全煤巖柱尺寸[3]

通過計算，防水煤柱高度最大值為209.2 m。為安全起見，取209.2 m作為留設防水煤巖柱的依據(jù)。田良河下基巖最薄防水安全煤巖柱留設示意圖如下：

3.2.2 地表水體下安全開采可行性

圖2基巖風化帶含水時防水安全煤巖柱設計圖

計算結果表明，二采區(qū)最大采厚取6 m時，導水裂縫帶最大高度為131.2 m，防水安全煤巖柱尺寸為209.2 m，田良河下基巖最薄處為384.5 m（此處第四系厚度約99.5 m），在保護層上、基巖風化帶下尚有175.3 m巖柱仍保持有完好的原始滲透性。

田良河水體下3#煤層開采安全可行。大采高開采不會改變礦井充水條件，地表水體通過不會裂縫進入，井下工作面充水水源仍以煤層上覆基巖裂隙水為主。

3.3 地表裂縫對水體下開采影響

根據(jù)本礦以往開采1303工作面實測資料顯示，地表充分塌陷穩(wěn)定后，地表裂縫寬度為40 mm～60 mm。另潞安礦區(qū)濁漳河下開采3#煤層地表裂縫開挖資料，工作面上分層開采煤厚3 m，裂縫寬度最大處為40 mm，地表最大埋深處約4.5 m；下分層開采煤厚3 m左右，上下分層開采煤厚累計約6 m，裂縫最大埋深處約12 m。

二采區(qū)南翼3#煤層開采厚度為5.49 m，河床下煤層采深462 m～498 m，深厚比約為84～91，類比《“三下”采煤規(guī)范》中其他礦區(qū)裂縫實測資料，結合二采區(qū)松散層結構性質，推斷地表裂縫發(fā)育深度約為10 m～15 m，地表裂縫寬度可達50 mm～100 mm，可能會出現(xiàn)陷落臺階。

根據(jù)本礦以往開采情況及潞安礦區(qū)的實踐經驗分析，在二采區(qū)南翼地表裂縫不會成為地表水體下滲補給的水力聯(lián)系通道，不會對河下采煤造成安全影響。

4 結論與建議

本區(qū)松散含水層富水性弱～中等，基巖風化帶發(fā)育較深，為弱富水性，屬于典型的復合水體下采煤。通過綜合分析二采區(qū)田良河和地質及水文地質條件及周邊礦區(qū)實測資料，認為二采區(qū)正常條件下在田良河水體下大采高綜采是安全可行的。

二采區(qū)田良河下采煤需要重點防范貫通性導水構造及鉆孔導水，工作面遇導水陷落柱、斷層破壞帶或鉆孔，特別是陷落柱處于水淹區(qū)范圍內，必須按有關規(guī)范要求加強超前探測與防治。