呂廣羅，田剛軍，張 勇，呂品田，陳永波，師修昌

(1.國土資源部煤炭資源勘查與綜合利用重點實驗室，陜西 西安 710021；2.陜西省一八六煤田地質有限公司，陜西 西安 710075)

巨厚砂礫巖含水層下特厚煤層保水開采分區(qū)及實踐

呂廣羅1，2，田剛軍2，張 勇2，呂品田2，陳永波2，師修昌1

(1.國土資源部煤炭資源勘查與綜合利用重點實驗室，陜西 西安 710021；2.陜西省一八六煤田地質有限公司，陜西 西安 710075)

以永隴礦區(qū)崔木煤礦為研究背景，分析礦區(qū)含(隔)水層與煤層的空間組合及覆巖特征，結合導水裂隙帶發(fā)育高度探查結果，開展巨厚砂礫巖含水層下特厚煤層保水開采分區(qū)及實踐研究。結果表明：該區(qū)導水裂隙帶發(fā)育高度為煤層采厚的19.93～23.23倍，已波及上覆白堊系含水層。以所確定的保水開采保護層厚度30 m為閾值，將研究區(qū)劃分為自然保水開采區(qū)、可控保水開采區(qū)和保水限采區(qū)，并提出各分區(qū)相應的保水開采途徑。實踐表明：巨厚砂礫巖含水層下保水開采的有效途徑主要包括控制導水裂隙發(fā)育高度，選用適當?shù)墓ぷ髅娌季旨巴七M速度，以及隔水層采動破壞后的恢復與再造。

導水裂隙高度；保護層厚度；保水開采分區(qū)；保水途徑

保水開采是煤礦綠色開采技術的主要內容之一[1-2]。范立民、韓樹青等提出陜北侏羅紀煤田開發(fā)應高度重視對薩拉烏蘇組地下水的保護、開發(fā)和合理利用[3-4]。范立民認為通過開采區(qū)域和采煤方法的合理選擇可實現(xiàn)保水采煤，并劃分了3 類開采條件分區(qū)[4-5]?？妳f(xié)興等研究了隔水層的力學性質，提出了含水層的4 種類型和保水采煤分區(qū)[6-7]。馬立強等[8]針對神東礦區(qū)淺埋煤層開采特點，研究了導水裂隙帶發(fā)育規(guī)律。黃慶享[9]研究了煤礦開采隔水層的穩(wěn)定性，提出了限高保水開采方法。范立民[10-11]在系統(tǒng)研究薩拉烏蘇組含水層、巖土隔水層、燒變巖含水層和煤層賦存分布特征的基礎上，對榆神府礦區(qū)保水采煤理論與工程實踐進展進行了全面總結，提出了保水采煤面臨的挑戰(zhàn)。李文平等[12]在對榆神府礦區(qū)保水采煤工程地質條件研究的基礎上，劃分了5種工程地質類型，并指出砂土基型和燒變巖型覆巖條件下有保水采煤的必要性。王雙明等[13]根據(jù)采煤對薩拉烏蘇組地下水影響程度，將榆神府礦區(qū)劃分為無水開采區(qū)、保水限采區(qū)、可控保水開采區(qū)和自然保水開采區(qū)。在工程實踐中，充填式保水采煤[14-16]、窄條帶保水采煤[17]、分層保水采煤[18]、短壁機械化保水采煤[19]和長壁機械化快速推進保水采煤[20-21]等方法已應用于保水開采[10]。上述研究與工程實踐，主要基于鄂爾多斯盆地北部榆神府礦區(qū)、神東礦區(qū)，開采深度100～300 m，保護的含水層為第四系薩拉烏蘇組松散層孔隙含水層和侏羅系燒變巖裂隙～孔洞含水層，并以生態(tài)水位保護為核心[10-13]。鄂爾多斯盆地西部和南部侏羅系煤田廣泛分布區(qū)，屬于盆地中生界白堊系碎屑巖裂隙孔隙地下水系統(tǒng)，白堊系地下水天然資源量有 7.57億 m3/a[22]，是西部干旱缺水地區(qū)煤炭基地工農業(yè)生產(chǎn)、人畜生活和生態(tài)恢復的重要水源。白堊系砂礫巖含水層廣泛分布的區(qū)域，厚～特厚煤層開采深度一般大于500 m；特厚煤層保水開采，是鄂爾多斯盆地侏羅紀煤田中深部開采所面臨新的重大技術難題。

本文以黃隴侏羅紀煤田永隴礦區(qū)崔木煤礦綜放開采實踐為基礎，對巨厚白堊系砂礫巖含水層下伏特厚煤層保水開采進行探討。

1 保水開采的地質背景

1.1 含(隔)水層特征

研究區(qū)屬于鄂爾多斯中生界承壓水盆地西南緣。盆地主體為白堊系下統(tǒng)、侏羅系及三疊系各粒級碎屑巖。地下水以砂巖承壓水為主，松散層潛水次之。砂巖含水層主要為白堊系孔隙-裂隙含水層和侏羅系及三疊系裂隙含水層，分屬于白堊系承壓水向斜與侏羅系、三疊系承壓水單斜兩類儲水構造。區(qū)內地表溝谷中零星出露有白堊系下統(tǒng)洛河組，其上新近系及第四系廣泛覆蓋。地層及含(隔)水層水文地質特征如圖1所示。

圖1 21303工作面煤層與含(隔)水層空間組合關系

侏羅系中統(tǒng)直羅組砂巖含水層(J2z)、延安組煤層及其頂板砂巖含水層(J2y)為煤層開采頂板直接充水含水層，因其埋藏深、裂隙不甚發(fā)育、補給條件差、富水性弱，井巷充水易于疏排，對煤層開采影響不大。白堊系下統(tǒng)砂礫巖含水層(K1l～K1y)雖為煤層頂板間接充水含水層，但其厚度大、分布廣、富水性好，且與區(qū)域強含水層相聯(lián)，礦井建設及生產(chǎn)中曾發(fā)生多起涌突水事故，嚴重威害安全開采。因此，白堊系砂礫巖含水層地下水，既是區(qū)域重要的供水水源，又是礦井涌突水主要來源，需要重點加強防治和開發(fā)利用。白堊系砂礫巖地下水是保水開采的重點對象。

白堊系含水層與煤系含水層之間存在著厚度大、層位穩(wěn)定、連續(xù)性好、隔水性能良好的安定組泥巖隔水層(J2a)，以及直羅組泥巖段和煤層頂板泥巖段等多個隔水層段。含水層富水性、水頭高度和水質類型、礦化度等水文地質特征，均顯示白堊系地下水與煤系地下水為兩個互不相聯(lián)的地下水系統(tǒng)；白堊系地下水與煤系地層地下水之間在天然狀態(tài)下沒有水力聯(lián)系。安定組泥巖隔水層是保水開采的關鍵隔水層。

1.2 主要可采煤層

研究區(qū)為掩蓋式煤田，煤系地層為侏羅系中統(tǒng)延安組，處于太峪背斜與遙遠背斜之間古地形控煤的含煤凹陷區(qū)。地層走向近EW，傾向NW，傾角3°～12°，整體分布平緩。3煤層位于延安組第1段中部，為區(qū)內主要可采煤層，屬深埋厚～特厚煤層。煤層厚度0.35～34.20 m，平均煤厚16.89 m，可采面積29.95 km2；埋深314.42～777.03 m，一般500 m以上；底板標高626.10～970.00 m。煤層分布形態(tài)呈不規(guī)則條帶狀。其沉積規(guī)律是：隆起部位沉積薄或缺失，凹陷部位沉積厚，西部近河道區(qū)沉積薄，遠河道區(qū)沉積厚。湯家—邵家溝—硬家溝—桐樹坪一帶為富煤區(qū)，厚度一般25～30 m。

1.3 煤層覆巖特征

從覆巖厚度、巖性組合、構造發(fā)育、巖石物理力學特質、巖體質量特征等方面，對3煤層覆巖特征進行分析研究。結果表明：煤層覆巖厚度125.43～277.80 m，平均170.48 m。覆巖厚度與煤層厚度呈正相關，厚煤及特厚煤區(qū)，覆巖厚度大于180 m；當覆巖厚度小于120 m 時，煤層不可采或缺失。3煤頂板至白堊系底界巖性組合特征見表1。

表1 3煤至白堊系底界巖性組合特征統(tǒng)計

Table 1 Statistics of stratum between No.3 coal and Cretaceous lower interface

巖性泥巖～砂質泥巖粉砂～細粒砂巖中～粗粒砂巖最小累厚/m5.8501.50最小占比/%8.5206.47最大累厚/m177.99150.37112.67最大占比/%83.9267.3774.16平均累厚/m92.7433.1144.63平均占比/%57.7516.1026.14覆巖最小總厚度/m125.43覆巖最大總厚度/m277.80覆巖總厚度平均/m170.48

表1顯示，3煤頂板覆巖主要為泥巖～砂質泥巖。泥巖遇水易崩解軟化，使煤層采動形成的導水裂隙帶閉合，重新膠結恢復隔水性能，具備一定的阻隔上部白堊系地下水徑流下滲補給作用；同時可有效遏制3煤頂板導水裂隙帶向上發(fā)育高度，降低頂板含水層充水強度，對保水采煤具有積極意義。

2 導水裂隙帶發(fā)育高度探查與分析

2.1 導水裂隙帶發(fā)育高度探查

(1)導水裂隙帶高度探查方法

為查明導水裂隙帶發(fā)育特征，在崔木煤礦21301,21303和21305等工作面開展導水裂隙帶發(fā)育高度探查。探查方法為鉆孔沖洗液漏失量觀測法和井下窺視法。鉆孔沖洗液漏失量觀測法，是通過探測鉆孔巖芯完整性、沖洗液消耗量、鉆孔水位等異常情況，綜合判定導水裂隙帶發(fā)育特征；實施中嚴格執(zhí)行《導水裂縫帶高度的鉆孔沖洗液漏失量觀測方法》(MT/T 865—2000)。井下窺視法是把一自帶光源的防水攝像探頭放入地下鉆孔中，探測覆巖受采動影響巖體裂縫發(fā)育特征；觀測中選用GD3Q-A/B型鉆孔全孔壁成像系統(tǒng)儀器。以下以21301工作面導水裂隙帶高度探查為例進行闡述。

(2)沖洗液漏失量觀測法確定導水裂隙帶高度

鉆孔沖洗液漏失量及水位觀測如圖2，3所示。結果表明：孔深188.0 m以下，消耗量明顯增大，表征進入覆巖離層發(fā)育帶；孔深302 m以后，沖洗液全部漏失。水位在孔深188～302.75 m段，從86.2 m突降至124.5 m，在后續(xù)施工中，孔內水位持續(xù)大幅下降。因此，將孔深302.75 m定為導水裂隙帶頂界，由此確定的導水裂隙帶發(fā)育高度238.67 m，約為采厚的19.89倍。

圖2 G1鉆孔沖洗液消耗量隨孔深變化曲線

圖3 G1鉆孔孔內水位隨孔深變化曲線

(3)井下窺視法確定導水裂隙帶高度

井下窺視在鉆孔中共觀測到裂隙76組，其中孔深202.65～288.08 m以水平～近水平裂隙為主，對應的位置應為離層帶。如圖4所示，301.86 m以深基本以垂直裂隙為主，且從301.86 m開始，裂隙數(shù)目逐漸增加，規(guī)模不斷增大，并出現(xiàn)部分孔段塌孔現(xiàn)象，可認為301.86 m為導水裂隙帶的頂界。故井下窺視觀測得到的離層帶高度為85.43 m；導水裂隙帶發(fā)育高度239.56 m，約為采厚的19.96倍。

圖4 G1鉆孔井下窺視垂直裂隙照片

2.2 導水裂隙帶高度探查結果評價與匯總

以上探查結果表明：導水裂隙帶已發(fā)育至白堊系含水層，兩種方法觀測的導水裂隙帶高度基本一致，可取其平均值作為21301工作面導水裂隙帶發(fā)育高度，其值為239.12 m，裂高采厚比為19.93，離層帶位于裂隙帶之上85.43 m。

運用同樣的觀測方法，在崔木煤礦21303，21305工作面及彬長礦區(qū)胡家河煤礦401工作面開展導水裂隙帶發(fā)育高度探查，導水裂隙帶高度實測結果見表2。表2顯示，研究區(qū)深埋特厚煤層頂板導水裂隙帶高度為采厚的19.93～23.23倍，裂高采厚比平均21.36。

表2 綜放工作面導水裂隙帶高度實測結果

Table 2 Measured results of water flowing fractured zone height of fully mechanized caving face

工作面實測裂高/m采厚/m裂高采厚比面寬/m采深/m胡家河401252.0012.0021.00200.0529.44崔木21301239.1212.0019.93196.0553.22崔木21303190.518.2023.23202.5576.89崔木21305230.9710.8621.27150.0694.83

3 保水開采分區(qū)技術及實踐

3.1 保水開采保護層

按照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程》要求，普采和分層綜采時保護層厚度，根據(jù)有無松散層及底部黏性土層厚度等情況選?。粚C放開采防水安全煤巖柱的保護層厚度留設，尚無明確規(guī)定。在巨厚砂礫巖含水層下特厚煤層綜放開采，考慮到實現(xiàn)保水采煤要求，礦井頂板充水含水層與導水裂隙帶之間的巖柱，應能夠有效阻止地下水大量滲透和涌突；可運用《煤礦防治水規(guī)定》附錄五中采煤工作面“安全水頭壓力值計算公式”的原理，來比照計算保水開采保護層厚度。計算公式為

式中,Hb為保水開采保護層厚度，m；Ts為臨界突水系數(shù)；P為水頭壓力，MPa。

據(jù)首采盤區(qū)11個鉆孔測得的白堊系砂礫巖含水層水柱高度185.26～299.30 m，平均246.29 m。按照《煤礦防治水規(guī)定》附錄5，以隔水層完整無斷裂構造破壞地段Ts=0.1 MPa/m計算，則保水開采保護層計算厚度為24.63 m；考慮到保留一定的安全系數(shù)，實際應用中采用保水開采保護層厚度為30 m，作為保水開采水文地質分區(qū)依據(jù)。

3.2 保水開采分區(qū)

以煤層頂板至白堊系含水層底界之間的覆巖厚度與導水裂隙帶高度(21.36倍采厚)的差值，作為煤層開采的殘余有效隔水層厚度。當保護層不足以承受上覆白堊系砂礫巖含水層靜水壓力時，地下水可突破保護層，經(jīng)導水裂隙涌入礦井形成水害。綜合考慮充水含水層富水性，保護層厚度、巖性組合與隔水性能，結合現(xiàn)行規(guī)程、規(guī)范和標準，可進行如下保水開采水文地質分區(qū)：自然保水開采區(qū)、可控保水開采區(qū)和保水限采區(qū)。

如圖5所示,基于保水開采區(qū)各分區(qū)水文地質與工程地質特征和開采技術條件，可有針對性選取保水開采技術措施。

圖5 保護層厚度等值線及保水開采分區(qū)

(1)自然保水開采區(qū)

以厚煤為主，含水層砂巖厚度小，泥巖隔水層厚度大，煤層保水開采保護層厚度大于30 m。采用一次采全厚開采，導水裂隙帶發(fā)育高度雖然波及不到白堊系含水層，但在導水裂隙帶上方會形成離層帶，本次實測高度為85.43 m。離層空間主要位于白堊系底部宜君—洛河組砂礫巖與侏羅系頂部安定組泥巖接觸帶，白堊系地下水可進入離層空間，形成離層蓄水。當離層蓄水賦集到一定程度，受采動誘發(fā)因素影響，發(fā)生離層蓄水涌突。保水開采的重點是預防離層蓄水涌突，可選擇合理的工作面布局和推進速度，并布置適量離層蓄水探放工程。

(2)可控保水開采區(qū)

為厚煤～特厚煤，含水層砂巖厚度較大，泥巖隔水層厚度較小，保水開采保護層厚度小于30 m。既要防治離層蓄水涌突，又要控制導水裂隙帶高度；可選用分層綜采、綜放開采、分層綜放開采。崔木煤礦綜放工作面傾向長度曾選用196，200和150 m，目前采用工作面長150 m；工作面推進速度5～6 m/d，且均勻推進；采用地面直通式導流泄水孔與井下探放水孔相結合的離層蓄水疏放，和以控制采高、推進速度、強化疏排為主要措施的綜合防治技術體系；以監(jiān)測孔水位+覆巖破斷距+工作面來壓+支架異常狀態(tài)+圍巖異常變化+瓦斯釋放速率突增為核心指標的聯(lián)合預測預報系統(tǒng)；有效防止了離層蓄水涌突，工作面安全回采。

(3)保水限采區(qū)

以特厚煤層為主，含水層砂巖厚度大，泥巖隔水層厚度較小，保水開采保護層失效，即圖5中保水開采厚度等值線0以下區(qū)域。嚴格限制采高，采用分層開采。采取綜合措施，兼容自然保水開采區(qū)和可控保水開采區(qū)特點，充分利用覆巖隔水層采動后的恢復與再造功能。

3.3 保水開采技術實踐

3.3.1 控制導水裂隙發(fā)育高度

首采盤區(qū)21301，21302工作面煤層頂板覆巖特性、煤層與白堊系砂礫巖含水層間距，以及限制導水裂隙帶高度和限采厚度統(tǒng)計計算見表3。結果表明：當采高控制在8 m以下，白堊系砂礫巖地下水不會進入采場。

表3 工作面覆巖巖性及限采高度計算結果統(tǒng)計

Table 3 Overburden lithologic feature of working face and calculation result of limiting mining height

鉆孔泥巖/m砂巖/m礫巖/m間距/m限制裂高/m限采厚度/m備注K6-1128.2750.400178.67148.646.96K6-266.25109.540182.59152.597.14K6-3128.3536.072.20166.62136.626.40保護層厚度取30m,計算限采X7-2108.5565.950174.50144.506.76厚度大于煤層厚度時取煤厚X7-397.8175.1929.48202.48172.488.07平均105.8567.436.34180.97150.977.07

煤層采厚、分層開采導水裂隙帶發(fā)育高度等計算結果見表4，分層開采條件下，煤層頂面與上覆白堊系砂礫巖含水層底面之間的間距，及其與導水裂隙帶高度的差值為完整覆巖厚度。其中，分層開采條件下頂板導水裂隙帶高度運用《礦區(qū)水文地質程地質勘探規(guī)范》公式[23]：

式中,Hf為導水裂隙帶高度，m；∑M為累計采厚，m；n為分層數(shù)。

所計算的完整覆巖厚度5.49～90.34 m，平均38.33 m，大于保水開采保護層厚度。

另據(jù)21302工作面開采數(shù)值模擬，上分層開采3.5 m，導水裂隙帶發(fā)育高度約68 m；下分層開采6 m后導水裂隙帶高度約110 m；導水裂隙帶發(fā)育最高位置距離白堊系底部62.41 m，超過保水開采保護層厚度32.41 m，亦表明在分層開采條件下白堊系砂礫巖含水層地下水可得到有效保護，不會泄漏涌突。

3.3.2 選擇合理的工作面推進速度

離層蓄水涌突是在采場特定的開采技術條件下發(fā)生的頂板潰水災害，崔木煤礦層發(fā)生多起危害嚴重的煤層頂板離層蓄水涌突事故，對其突水來源、通道和強度等涌突特征研究發(fā)現(xiàn)：蓄水離層主要發(fā)育在白堊系砂礫巖與侏羅系泥巖接觸帶以及白堊系下部砂礫巖中，離層蓄水的補給來源主要為白堊系砂巖地下水，離層蓄水形成、賦積和涌突受覆巖結構，開采方式和工作面采放高度、推進速度等多種因素控制。

離層空間形成并在不斷增大的過程中，設定白堊系含水層水頭(Hi)降至洛河組底界標高(H0)，即相對水位標高為零，周邊含水層中的水會在水頭壓差下向離層內流動。根據(jù)承壓含水層地下水動力學計算公式，離層空間第i邊的單寬流量(qi)計算公式為

表4 工作面覆巖巖性及分層開采裂高計算結果統(tǒng)計

Table 4 Overburden lithologic of working face and calculation results of water flowing fractured zone height induced by slice mining

鉆孔泥巖厚/m砂巖厚/m礫巖厚/m間距/m煤層采厚/m計算裂高/m完整覆巖厚/mK6-1128.2750.400178.6717.48173.185.49K6-266.25109.540182.5915.68155.8726.72K6-3128.3536.072.20166.6212.92129.3337.29X7-2108.5565.950174.5014.31142.7031.80X7-397.8175.1929.48202.487.60112.1490.34平均105.8567.436.34180.9713.60142.6438.33

由此，可得總離層蓄水量為

其中,k為離層范圍內洛河組含水層的滲透系數(shù)，m/d；M為離層空間頂板含水層平均厚度，m；Ri為離層空間第i邊的對應水位降深的影響半徑，m；qi為離層空間第i邊的單寬流量，m3；li為離層空間第i邊的長度，m。

運用理論公式和經(jīng)驗類比法可就21302工作面寬202.5 m，推進L=150 m時，求得不同采高的離層空間大小；運用公式(3)及(4)計算得到工作面不同開采速度下的離層積水體積。結果表明：采高一定，不同開采速度下的離層積水體積不同；采速越小，離層積水體積越大。如圖6所示，采高為12 m，采速≤4 m/d時，離層空間中全部充水；采速>5 m/d時，出現(xiàn)未充水離層空間，且隨著開采速度的增加，離層蓄水量逐漸減少，未充水離層空間體積逐漸增大。

圖6 工作面推進速度與離層積水量關系

3.3.3 隔水層采動破壞后的恢復與再造

在距21302停采線約50 m、回風巷約40 m的位置，布置了G3觀測孔，并安裝了水位自動監(jiān)測系統(tǒng)，對21301，21302和21303工作面采前、采中和采后含水層水位動態(tài)，進行了近2個水文年的自動監(jiān)測。G3孔首先施工至煤層頂部，精細測量原始地層漏失量變化情況，進行安定組和洛河組抽水試驗，之后封閉安定組以下地層，留作安定組和洛河組水文長觀孔，孔深501.78 m，為完整井。鉆孔與工作面位關系如圖7所示，含水層水位動態(tài)與工作面涌突水關系如圖8所示。

圖7 工作面與鉆孔布置平面

圖8 地下水位動態(tài)與工作面涌突水關系

圖8顯示：

① 從2013年初至2014年底，洛河組含水層地下水位總體呈波浪狀下降，出現(xiàn)的波谷對應井下13次工作面涌突水；從2013年2月到2014年2月，以平均波峰值統(tǒng)計水位下降7.64 m，以波谷值統(tǒng)計下降33.25 m；總體水位年降幅7.64～33.25 m，平均降幅每年20.45 m。

② 安定組地下水位總體呈波浪狀上升，出現(xiàn)的波谷與洛河組水位動態(tài)曲線的波谷一致，并與井下13次工作面涌突水相對應；2013年2月至2014年2月，以平均波峰值統(tǒng)計水位上升36.05 m，以波谷值統(tǒng)計上升12.19 m；總體水位上升12.19～36.05 m，平均上升幅度每年24.12 m。

③ 洛河組含水層水位2014-02-19 21302工作面停采時為1 093.92 m，2014-04-14恢復至1 108 m，上升14.08 m；21303工作面2014-08-21停采時水位1 053.26 m，2014-10-08水位恢復1 092.04 m，上升38.78 m。

④ 洛河組水位下降、安定組水位上升、工作面涌突水，說明工作面回采造成隔水層失效，覆巖地下水涌入采場；每次涌突水結束、工作面停采后，水位自動回升，表明隔水層采動破壞后可自動恢復與再造。究其機理，安定組水位的上升是由于受采動影響安定組泥巖首先破碎，然后吸水膨脹后封堵導水裂隙，阻止洛河組地下水下滲；且隨著時間的推移，洛河組和安定組的水位差在明顯降低，兩者的水力聯(lián)系越來越密切，對保水采煤有至關重要意義；即洛河組含水層下伏安定組隔水層泥巖水解膨脹后充填封閉導水裂隙通道，阻止了上覆含水層地下水大量下滲，隔水功能恢復，起到保水開采作用。

4 結 論

(1)根據(jù)煤與含(隔) 水層的空間組合關系及煤層頂板導水裂隙帶發(fā)育高度探查結果分析，查明深埋特厚煤層綜放開采導水裂隙帶發(fā)育高度為煤層采厚的19.93～23.23倍，裂采比平均21.36；導水裂隙帶已波及煤層上覆白堊系含水層，應實施保水開采，保護白堊系砂礫巖地下水。

(2)基于白堊系地下水賦存特征及涌突機理，所確定的保水開采保護層厚度為30 m。據(jù)此，將研究區(qū)劃分為自然保水開采區(qū)、可控保水開采區(qū)、保水限采區(qū)3種保水開采分區(qū)，并提出各區(qū)域對應保水開采途徑。

(3)實踐表明，適應于研究區(qū)保水開采的技術途徑主要包括控制導水裂隙發(fā)育高度，采用合理的工作面布局及推進速度，以及隔水層采動破壞后的恢復與再造。

[1] 錢鳴高,許家林,繆協(xié)興.煤礦綠色開采技術[J].中國礦業(yè)大學學報2003，32(4):343-348. Qian Minggao,Xu Jialin,Miao Xiexing.Green technique in coal mining[J].Journal of China University of Mining and Technology，2003，32(4):343-348.

[2] 錢鳴高，繆協(xié)興，許家林，等．論科學采礦[J]．采礦與安全工程學報，2008，25(1):1-10． Qian Minggao，Miao Xiexing，Xu Jialin，et al．On scientized mining[J]．Journal of Mining & Safety Engineering，2008，25(1):1-10．

[3] 韓樹青，范立民，楊保國．開發(fā)陜北侏羅紀煤田幾個水文地質工程地質問題分析[J]．中國煤田地質，1992，4(1):49-52． Han Shuqing，F(xiàn)an Limin，Yang Baoguo．Some hydro-geological and engineering-geological problems concerning development of North Shaanxi Jurassic Coalfield[J]．Coal Geology of China，1992，4(1):49-52．

[4] 范立民．神木礦區(qū)的主要環(huán)境地質問題[J]．水文地質工程地質，1992，19(6):37-40． Fan Limin．Environmental geology in Shenmu mining area[J]．Hydrogeology & Engineering Geology，1992，19(6):37-40．

[5] 范立民．論保水采煤問題[J]．煤田地質與勘探，2005，33(5):50-53． Fan Limin．Discussing on coal mining under water-containing condition[J]．Coal Geology & Exploration，2005，33(5):50-53．

[6] 繆協(xié)興，陳榮華，白海波．保水開采隔水關鍵層的基本概念及力學分析[J]．煤炭學報，2007，32(6):561-564． Miao Xiexing，Chen Ronghua，Bai Haibo．Fundamental conceptsand mechanical analysis of water-resisting key strata in water-preserved mining[J]．Journal of China Coal Society，2007，32(6):561-564．

[7] 繆協(xié)興，王安，孫亞軍，等．干旱半干旱礦區(qū)水資源保護性采煤基礎與應用研究[J]．巖石力學與工程學報．2009，28(2):217-227． Miao Xiexing，Wang An，Sun Yajun，et al．Research on basic theory of mining with water resources protection and its application to arid and semi-arid mining areas[J]．Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2009，28(2):217-227．

[8] 馬立強，張東升，喬京利，等．淺埋煤層采動覆巖導水通道分布特征試驗研究[J]．遼寧工程技術大學學報(自然科學版)，2008，27(5):642-652． Ma Liqiang，Zhang Dongsheng，Qiao Jingli，et al．Physical simulation of water crack distribution characteristics in overlying strata undercoal mining conditions[J]．Journal of Liaoning Technical University(Natural Science)，2008，27(5):642-652．

[9] 黃慶享．淺埋煤層保水開采隔水層穩(wěn)定性的模擬研究[J]．巖石力學與工程學報，2009，28(5):987-992． Huang Qingxiang．Simulation of clay aquifuge stability of water conservation mining in shallow-buried coal seam[J]．Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2009，28(5):987-992．

[10] 范立民,馬雄德,冀瑞君.西部生態(tài)脆弱礦區(qū)保水采煤研究與實踐進展[J].煤炭學報,2015,40(8):1711-1717. Fan Limin,Ma Xiongde,Ji Ruijun.Progress in engineering practice of water-preserved coal mining in western eco-environment frangible area[J].Journal of China Coal Society,2015,40(8):1711-1717.

[11] 范立民.榆神府區(qū)煤層與含(隔)水層組合類型[A].紀念中國 煤炭學會成立50周年省(區(qū)、市)煤炭學會學術?？痆C].2012:113-116,118.

[12] 李文平,葉貴鈞,張萊,等.陜北榆神府礦區(qū)保水采煤工程的地質條件研究[J].煤炭學報,2000,25(5):449-454. Li Wenping,Ye Guijun,Zhang Lai,et al.Study on the engineering geological conditions of protected water resources during coal mining action in Yu-Shen-Fu mine area in the North Shaanxi Province[J].Journal of China Coal Society,2000,25(5):449-454.

[13] 王雙明,黃慶享,范立民,等.生態(tài)脆弱礦區(qū)含(隔)水層特征及保水開采分區(qū)研究[J].煤炭學報,2010,35(1):7-14. Wang Shuangming,Huang Qingxiang,Fan Limin,et al.Study on overburden aquclude and water protection mining regionazation in the ecological fragile mining area[J].Journal of China Coal Society,2010,35(1):7-14.

[14] 劉建功,趙利濤.基于充填采煤的保水開采理論與實踐應用[J].煤炭學報,2014,39(8):1545-1551. Liu Jiangong,Zhao Litao.Theory of water protection and practice application in mining based on the backfilling mining technology[J].Journal of China Coal Society,2014,39(8):1545-1551.

[15] 呂文宏.充填開采技術在榆陽煤礦的應用實踐[J].科技創(chuàng)新導報,2013(33):48-50. Lü Wenhong.The application of the backfill mining in Yuyang coal area[J].Science and Technology Innovation Herald,2013(33):48-50.

[16] 劉玉德,張東升,范鋼偉.沙基型淺埋煤層保水開采工程實踐研究[J].湖南科技大學學報(自然科學版),2011,26(1):15-20. Liu Yude,Zhang Dongsheng,Fan Gangwei.Research on the engineering practice of aquifer-protective mining in the shallow sand bed-rock coal seam[J].Journal of Hunan University of Science & Technology:Natural Science Editon,2011,26(1):15-20.

[17] 邵小平,石平五,王懷賢.陜北中小煤礦條帶保水開采煤柱穩(wěn)定性研究[J].煤炭技術,2009,28(12):58-61. Shao Xiaoping,Shi Pingwu,Wang Huaixian.Study on pillars stability by keeping water in strip mining for small and medium sized mines in Northern Shaanxi Province[J].Coal Technology,2009,28(12):58-61.

[18] 王悅.榆樹灣煤礦保水采煤技術方案研究[D].西安:西安科技大學,2012.

[19] 劉玉德,閆守峰,劉東升.淺埋薄基巖煤層短壁連采模式及應用研究[J].中國安全生產(chǎn)科學技術,2010,12(6):51-56. Liu Yude,Yan Shoufeng,Liu Dongsheng.Study on the pattern and the application of short-wall continuous mechanical mining in shallow coal seam with thin bedrock[J].Journal of Safety Science and Technology,2010,12(6):51-56.

[20] 馬立強,孫 海,王飛,等.淺埋煤層長壁工作面保水開采地表水位變化分析[J].采礦與安全工程學報,2014,31(2):232-235. Ma Liqiang,Sun Hai,Wang Fei,et al.Analysis of the groundwater level change of aquifer-protective mining in longwall coalface for shallow seam[J].Journal of Mining & Safety Engineering,2014,31(2):232-235.

[21] 馬立強,張東升,劉玉德,等.薄基巖淺埋煤層保水開采技術研究[J].湖南科技大學學報(自然科學版),2008,23(1):1-5. Ma Liqiang,Zhang Dongsheng,Liu Yude,et al.Aquifer-protective mining technology in shallow coal seam with thin bedrock[J].Journal of Hunan University of Science & Technology(Natural Science Edition),2008,23(1):1-5.

[22] 黃鋼.鄂爾多斯盆地白堊系地下水資源計算與分布[J].地下水,2006,28(1):17-19. Huang Gang.Calculation and distribution of groundwater resources in Cretaceous system in the Ordos Basin[J].Groundwater,2006,28(1):17-19.

[23] 何國清,楊倫,凌賡娣.礦山開采沉陷學[M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社,1991.

Division and practice of water-preserved mining in ultra-thick coal seam under ultra thick sandy conglomerate aquifer

Lü Guang-luo1,2,TIAN Gang-jun2,ZHANG Yong2,Lü Pin-tian2,CHEN Yong-bo2,SHI Xiu-chang1

(1.KeyLaboratoryofCoalResourcesExplorationandComprehensiveUtilization,MinistryofLandandResources,Xi’an710021，China;2.Shaanxi186CoalfieldGeologicalCo.,Ltd.,Xi’an710075，China)

Taking Cuimu coal mine in Yonglong mining area as research background,the spatial structure of aquifer (separated) and coal seam and overburden features were analyzed.Then the exploratory results of development height of water-flowing fractured zone was analyzed,and the division and practical research of water-preserved mining in thick coal seam under great thick sandy conglomerate aquifer in the studied area was carried out.It is shown that the water conducting fractured zone height is 19.93-23.23 times to the extraction height,which has spread to the overlying Cretaceous aquifer.The protective layer thickness of water-preserved mining is determined to be 30 m.Thus the studied area is divided into three zones,i.e.nature water conservation mining zone,controllable water conservation mining zone and water conservation limit mining area,and the corresponding water preserving mining methods are proposed aiming at each zone.Practices indicate that the effective ways of water conservation mining under great thick sandy gravel aquifer mainly include controlling the development height of water conducting fractures,choosing the appropriate layout and speed of the working face,and recovering and reconstructing after the destruction of waterproof layer mining.

height of water flowing fractured zone;protective layer thickness;water-preserved mining regionalization

10.13225/j.cnki.jccs.2016.5009

2016-09-13

2016-11-03責任編輯:常 琛

陜西省工業(yè)科技攻關基金資助項目(2016GY-172);國土資源部煤炭資源勘查與綜合利用重點實驗室自主重點資助項目(ZZ2013-2)

呂廣羅(1963—)，男，陜西禮泉人，高級工程師。Tel:029-82260128,E-mail:lgangluo@163.com

TD823

A

0253-9993(2017)01-0189-08

呂廣羅，田剛軍，張勇，等.巨厚砂礫巖含水層下特厚煤層保水開采分區(qū)及實踐[J].煤炭學報,2017,42(1):189-196.

Lü Guangluo,Tian Gangjun,Zhang Yong,et al.Division and practice of water-preserved mining in ultra-thick coal seam under ultra thick sandy conglomerate aquifer[J].Journal of China Coal Society,2017,42(1):189-196.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2016.5009