高國軍 趙亮

（1.鐵煤集團大平煤礦，遼寧 鐵嶺 112700；2.山西煤炭進出口集團公司，山西 太原030006）

大平煤礦是水庫下綜放開采，保護層厚度的選取直接影響了水庫下開采的安全可靠性。大平煤礦近年來的開采實踐和實測數(shù)據(jù)為保護層厚度的選取提供了充分的資料。

1 保護層厚度與隔水性

煤層采出后，上覆巖層的破壞由下至上逐漸發(fā)展，破壞程度也是由下至上逐漸減弱。依據(jù)巖層破壞形式、程度等不同，自下至上依次劃分為垮落帶、斷裂帶和彎曲帶。其中，垮落帶、斷裂帶巖層裂縫發(fā)育，具有導(dǎo)水透氣性而稱為“導(dǎo)水裂縫帶”。

“三帶”劃分是相對的，各帶間巖層破壞程度并沒有明顯的界限。位于導(dǎo)水裂縫帶上方的巖層，同樣既有一定的導(dǎo)水性。表1-1為N1S1綜放開采工作面覆巖破壞觀測鉆孔沖洗液耗失量采動前后變化情況。

導(dǎo)水裂縫帶上方保護層厚度越大，被保護水體得到保護的可靠性越高。大平煤礦庫下已回采的5個工作面防水煤巖柱中保護層最小厚度為140.73m，為相應(yīng)工作面煤層采出厚度的9.28倍，見表1-2。如此厚度的保護層大大提高了阻隔庫水涌入的可靠性。

表1-1 采動前后鉆孔沖洗液耗失量對比 （L/s.m）

表1-2 回采工作面防水煤巖柱厚度及保護層（單位：m）

2 保護層巖層巖性結(jié)構(gòu)與隔水性

大平煤礦庫下壓煤安全回采，工作面上覆巖層中導(dǎo)水裂縫帶上方保護層中泥巖等泥質(zhì)類隔水巖層的良好隔水性起到了重要作用。

大平煤礦煤系地層及上覆白堊系地層均為陸相沉積，受沉積環(huán)境影響，地層顯現(xiàn)為多沉積旋回特征。地層中泥巖等泥質(zhì)類巖層較為發(fā)育，軟巖地層結(jié)構(gòu)性質(zhì)特征明顯。以S2S2工作面附近417孔分段巖性厚度統(tǒng)計結(jié)果為例，煤層上覆巖層中泥巖層總厚度179.64m，在上覆巖層中占30.4%。泥巖、油頁巖等隔水巖層占比例為55.6%。礫巖、粗砂巖等含水巖層占43.2%，見表1-3。

表1-3 417鉆孔各段巖性及厚度表 單位：m

3 保護層巖層的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)與隔水性

圖1-1為以N1S1工作面為原形，根據(jù)覆巖破壞觀測數(shù)據(jù)，采用RFPA2D數(shù)值模擬出的工作面上覆巖層應(yīng)力分布圖。其中：A區(qū)——巖層呈水平拉伸、垂直壓縮狀態(tài)，巖層破壞產(chǎn)生閉合的剪（壓）裂縫。覆巖中上下巖層間巖層剪（壓）裂縫不能相互連通，不導(dǎo)水。但在地表處，由于有自由面存在，可產(chǎn)生地裂縫。B區(qū)——巖層垂直與水平方向均呈壓縮狀態(tài)，不具備產(chǎn)生可導(dǎo)水的拉張裂縫的應(yīng)力條件。C區(qū)——巖層呈垂直方向卸壓、水平方向壓縮的應(yīng)力狀態(tài)，是離層發(fā)育的有利空間。D區(qū)——巖層呈水平方向拉伸、垂直方向卸壓應(yīng)力狀態(tài)，上下巖層間巖層拉張破壞裂縫相互連通，可形成導(dǎo)水裂縫帶。

圖1-1 工作面上覆巖層應(yīng)力分布圖

4 水庫下綜放開采保護層厚度選取

由于綜放開采覆巖破壞觀測數(shù)據(jù)有限，現(xiàn)行《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》關(guān)于保護層厚度的選取方法也明確規(guī)定不適宜綜放開采，國內(nèi)外也沒有可借鑒的實例和經(jīng)驗。針對大平煤礦水庫下綜放開采條件，考慮到該礦井田煤系地層斷裂發(fā)育，綜放開采的采放高度難以精準(zhǔn)控制，因此，大平煤礦庫下綜放開采保護層厚度不宜按煤巖柱絕對高度方法，而適宜沿用《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》以煤層采厚倍數(shù)的方法選取。建議大平煤礦水庫下綜放開采防水安全煤巖柱保護層厚按規(guī)程給出采厚倍數(shù)的1.5倍選取，即為開采煤層厚度的6倍。

[1]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，國家煤炭工業(yè)局，2000（6）.

[2]大平煤礦綜放開采覆巖破壞規(guī)律研究報告，沈陽煤炭科學(xué)研究所，鐵法煤業(yè)（集團）有限責(zé)任公司，鐵法煤業(yè)（集團）有限責(zé)任公司大平煤礦，2003（5）.

[3]煤礦地表移動與覆巖破壞規(guī)律及其應(yīng)用，煤炭科學(xué)研究院北京開采所，煤炭工業(yè)出版社, 1981.12.