劉應(yīng)龍

(山西汾西正善煤業(yè)有限公司，山西 孝義 032300)

按照“三下”開(kāi)采規(guī)程中的規(guī)定，我國(guó)水體下采煤一般根據(jù)開(kāi)采條件和水體防護(hù)要求，分別采用留設(shè)三種類型的安全煤巖柱，即，防水、防砂和防塌安全煤巖柱。本文根據(jù)已有實(shí)測(cè)資料分析研究軟巖頂板條件下煤2開(kāi)采導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育規(guī)律，為三采區(qū)首采面巖柱的留設(shè)，尤其是開(kāi)采上限的確定提供了重要的依據(jù)[1-3]。同時(shí)，本文將根據(jù)上述結(jié)論，按照相關(guān)規(guī)程規(guī)范，確定三采區(qū)首采H2303工作面的安全開(kāi)采上限，并論證其可行性。

1 工程概況

根據(jù)三采區(qū)H2303工作面區(qū)域勘探資料，水域施工鉆孔僅揭露煤4底板以上地層，三采區(qū)首采面揭露地層自下而上為：朱壁店組、李家崖組、小樓組，第四系。該采區(qū)為全隱蔽的古近系含煤區(qū)，其中，李家崖組為主要含煤地層，分上、下兩含煤段，該組厚度約96.30 m～151.37 m，平均總厚122.99 m，共含煤4層，即煤1、煤2、煤3及煤4?？刹杉熬植靠刹擅簩?層，即，煤1、煤2、煤4，平均總厚10.29 m，其中，煤2最大厚度5.93 m，為主要可采煤層，地層傾角一般小于15°。

H2303工作面橫跨寬緩的HY向斜，煤層走向由西部的北北西向東逐漸過(guò)渡為北北東和北東向以及東南向，傾向由西西南向東逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闁|東南和南東以及南西向。材料巷位是工作面南順槽，沿煤2層施工，南側(cè)存在SF-15斷層，該斷層三維地震解釋落差20 m，走向北西西～南南西，傾向南南西～南南東，傾角60°～80°。軌道、皮帶及回風(fēng)巷揭露該斷層時(shí)均無(wú)富水、導(dǎo)水現(xiàn)象。巷道正常掘進(jìn)過(guò)程中受煤2及底板砂巖水影響，煤l油2含水層位于煤2頂板以上15 m左右，其底板與含油泥巖呈自然過(guò)渡接觸關(guān)系。煤1油2層含裂隙水，富水性不均一，在三采軌道上車場(chǎng)施工的觀8孔涌水量9.7 m3/h，局部富水性較好，水位穩(wěn)定在-130.13 m左右。

H2303工作面基巖風(fēng)化帶厚度4 m(BH11)～18 m(BH7)，富水性極弱，具有隔水性，基巖上部基本為泥巖，具有較好隔水性，厚度38.20 m～99.23 m，平均70.26 m。隔水層的存在能較好地阻隔水與第四系水對(duì)下部含水層的補(bǔ)給作用。煤2上部其他含水層，如，泥灰?guī)r含水層、泥巖夾泥灰?guī)r互層含水層、煤l油2含水層富水性均從弱至中等，各含水層間不同程度地賦存有泥巖等隔水層，阻隔各含水層之間的水力聯(lián)系。

H2303工作面在進(jìn)行-200 m標(biāo)高以淺開(kāi)采時(shí)，煤層采厚在5.5 m左右，由于基巖厚度變薄，開(kāi)采受第四系含水層及水體的威脅。因此，確定第四系水下滲底界面與開(kāi)采后導(dǎo)水裂隙高度之間安全保護(hù)層厚度及其隔水性能成為開(kāi)采安全關(guān)鍵研究?jī)?nèi)容，根據(jù)研究結(jié)果應(yīng)該圈定出安全合理的開(kāi)采范圍。

2 防水煤巖柱的留設(shè)及評(píng)價(jià)

對(duì)水體下采煤的可靠性和安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，合理留設(shè)安全煤柱十分重要。結(jié)合分析結(jié)果，根據(jù)實(shí)際情況留設(shè)防水安全煤柱，確保導(dǎo)水裂隙帶不波及第四系底部含水體(二含)，以確保三采區(qū)首采工作面的安全回采。

2.1 保護(hù)層厚度確定

根據(jù)三采區(qū)第四系松散層水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的分析和研究可知，第四系松散層底部一般無(wú)黏土層，基巖風(fēng)化帶厚度4 m(BH11)～18 m(BH7)，多為灰綠色泥巖或鈣質(zhì)泥巖，有效地阻隔了第四系與底部基巖的水力聯(lián)系，起到了隔水層的作用[4-5]。

另外，根據(jù)在H2303工作面周圍分布BH7、BH8、BH10以及BH12 4孔統(tǒng)計(jì)資料來(lái)看，該工作面周圍基巖風(fēng)化帶厚度在7 m(BH8)～18 m(BH7)之間，根據(jù)現(xiàn)行“三下”規(guī)程的有關(guān)條款規(guī)定，結(jié)合三采區(qū)煤2覆巖“中硬偏軟”以及松散層底部存在有效隔水層的實(shí)際條件，可按照“松散層底部黏性土層厚度大于累計(jì)采厚”的情況選取保護(hù)層厚度(Hb)，見(jiàn)式(1)。

Hb=3M

(1)

另外，根據(jù)以往陸地開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)，保護(hù)層厚度一般取值不小于10 m，因此，本次評(píng)價(jià)當(dāng)計(jì)算保護(hù)層厚度大于10 m，按計(jì)算值進(jìn)行評(píng)價(jià)；計(jì)算保護(hù)層厚度小于10 m，取值10 m進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.2 防水煤巖柱尺寸的計(jì)算

防水煤巖柱尺寸(Hsh)等于導(dǎo)水裂隙帶的高度(Hli)加上保護(hù)層的厚度，見(jiàn)式(2)。

綜上，針對(duì)社區(qū)老年2型糖尿病患者，積極開(kāi)展護(hù)理措施干預(yù)，可有效促進(jìn)患者血糖水平的控制，提高滿意度，效果理想，值得推廣。

Hsh=Hli+Hb

(2)

根據(jù)研究成果，防水煤巖柱尺寸的計(jì)算公式可以改寫成式(3)。

Hsh=64.16+3M

(3)

式中：M為煤層開(kāi)采厚度，m；Hsh為防水煤巖柱尺寸，m。

3 開(kāi)采上限的確定

根據(jù)分析，三采區(qū)H2303首采面安全開(kāi)采上限確定的主要關(guān)鍵要素統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 三采區(qū)H2303首采面安全開(kāi)采上限確定要素表

結(jié)合上述分析，三采區(qū)H2303工作面安全開(kāi)采上限主要依據(jù)的要素有：第四系底界(基巖起伏面，見(jiàn)圖1)、有效隔水層底界、采動(dòng)導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度等。同時(shí)，為了減少露頭煤柱的壓煤量，最大限度地開(kāi)采煤炭資源，本研究提出H2303工作面安全開(kāi)采上限確定的基本思路為：在工作面臨近開(kāi)采上限時(shí)，采用減小開(kāi)采厚度的方法，從而減少由煤柱留設(shè)造成的煤炭損失。即，在基巖厚度較大層段時(shí)，采用全煤厚開(kāi)采方式，并以此為依據(jù)確定安全開(kāi)采上限。當(dāng)基巖厚度較小時(shí)，變煤厚開(kāi)采，根據(jù)該礦目前采用的割煤機(jī)型號(hào)，采高變更為3 m(導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度取數(shù)值模擬結(jié)果35 m及擬合公式預(yù)測(cè)34.57 m中較大值，即取35 m)，以此為依據(jù)確定安全開(kāi)采上限。

根據(jù)對(duì)三采區(qū)的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件和開(kāi)采條件的分析，推算出三采區(qū)H2303工作面不同采厚條件下的開(kāi)采上限如表2所示。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，基于三采區(qū)現(xiàn)有的勘探程度，尤其是對(duì)采區(qū)H2303工作面水文地質(zhì)條件揭露和認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，最終確定該工作面安全開(kāi)采上限。

不同采厚條件下上限為：全煤厚開(kāi)采：即工作面采用全煤厚6 m開(kāi)采，安全開(kāi)采上限為-160 m(實(shí)際計(jì)算值為-158.16 m)；

限煤厚開(kāi)采：即-160 m以淺變更采煤厚度(3 m)，開(kāi)采上限為-120 m(實(shí)際計(jì)算值為-121 m)。

圖1 H2303工作面煤2安全開(kāi)采區(qū)域劃分圖

表2 H2303工作面開(kāi)采上限及標(biāo)高

采厚由3 m增大到6 m過(guò)程中，即從只采3 m不放頂煤到頂煤全放過(guò)程中，需要注意循序放煤，以防止煤層采厚劇烈變化而導(dǎo)致導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度的急劇增大。

4 保護(hù)煤巖柱的承載能力評(píng)價(jià)

本文通過(guò)收集已有頂板隔水層的各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)及參數(shù)評(píng)價(jià)特定厚度和性質(zhì)的巖層阻隔水頭壓力的能力，特別是針對(duì)保護(hù)層的承載特性進(jìn)行分析。本研究確定水的下滲界面為第四系“一隔”，其厚度平均20 m。根據(jù)《礦井地質(zhì)工作手冊(cè)》提供頂板承壓條件下安全隔水層厚度評(píng)價(jià)方法，可以將H2303工作面頂板導(dǎo)水裂隙帶以上到水下界面之間的巖層段看作隔水巖柱(約39 m)，與考慮水頭壓力條件下的所需的最小安全隔水層厚度進(jìn)行比較，進(jìn)而評(píng)價(jià)實(shí)際有效厚度是否能夠滿足承載水水頭的要求[6]。評(píng)價(jià)公式如式(4)。

(4)

式中：H為安全隔水巖柱厚度，m；P為允許的頂板承壓水頭壓力，根據(jù)水體及淺層地下水下滲界面，取0.38 MPa；L為工作面最大控頂距離，工作面最大控頂距離，通常以工作面最大周期來(lái)壓步距代替，一般為20 m～30 m，本次評(píng)價(jià)取30 m；K為自然條件下的隔水巖柱抗拉強(qiáng)度，煤2頂板該段巖層平均抗拉強(qiáng)度2.02 MPa；為隔水巖柱的平均容重，平均容重2 200 kg/m3；r為安全系數(shù)，取1.5。

將上述各參數(shù)代入式(4)，可得承載目前水頭壓力需要最小安全隔水巖柱厚度為7.6 m，遠(yuǎn)小于“有效隔水煤巖柱”的厚度39 m。

從上述保護(hù)煤巖柱的承載能力評(píng)價(jià)來(lái)看，本次H2303工作面所留設(shè)的防水煤巖柱是安全的，可以確保安全開(kāi)采。

5 結(jié)論

三采區(qū)的水文地質(zhì)條件基本查清，所確定的第四系“二含”入滲下界面和水體采動(dòng)類型可靠；利用多種手段研究海域三采區(qū)覆巖破壞規(guī)律，并總結(jié)提煉的頂板導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度計(jì)算公式，作為三采區(qū)開(kāi)采安全評(píng)價(jià)的依據(jù)，結(jié)果可靠；根據(jù)相關(guān)規(guī)程要求確定了H2303工作面的安全開(kāi)采上限，并對(duì)“有效隔水煤巖柱”的承載能力進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果也同樣偏安全；根據(jù)相關(guān)規(guī)程要求確定了H2303工作面的安全開(kāi)采上限，并對(duì)“有效隔水煤巖柱”的承載能力進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果也同樣偏安全。

因此，本研究所確定的三采區(qū)H2303工作面安全開(kāi)采上限總體上是可靠的，在嚴(yán)格按照本文提出的開(kāi)采方案，留設(shè)足夠防水煤巖柱的情況下開(kāi)采不會(huì)影響到“二含”，也不會(huì)引起水體的下滲。