金向陽(yáng)

（1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) （北京）資源與安全工程學(xué)院，北京市海淀區(qū)，100083；2.天地科技股份有限公司國(guó)內(nèi)成套裝備部，北京市朝陽(yáng)區(qū)，100013）

復(fù)雜水文地質(zhì)條件下大采高綜放開(kāi)采的實(shí)踐

金向陽(yáng)1，2

（1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) （北京）資源與安全工程學(xué)院，北京市海淀區(qū)，100083；2.天地科技股份有限公司國(guó)內(nèi)成套裝備部，北京市朝陽(yáng)區(qū)，100013）

罐子溝煤礦水文地質(zhì)條件局部復(fù)雜，主采6＃煤層為近水平煤層，平均厚度15.85 m。通過(guò)采取水文地質(zhì)分區(qū)、地面疏排水和采掘工作面探放水相結(jié)合的方法，成功實(shí)現(xiàn)了大采高綜放開(kāi)采。

大采高 綜放工作面 復(fù)雜水文地質(zhì) 水文分區(qū) 地面預(yù)抽 探放水

1 罐子溝煤礦井田概況

罐子溝煤礦位于準(zhǔn)格爾煤田南部區(qū)，隸屬鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗龍口鎮(zhèn)管轄，井田面積17.1673 km2，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為3.0 Mt／a。井下現(xiàn)布置一個(gè)綜放工作面。

井田含煤地層沿走向、傾向產(chǎn)狀變化不大，總體構(gòu)造形態(tài)呈走向近東西，傾向近北，傾角1～5°的單斜，但沿走向、傾向均發(fā)育有相應(yīng)的波狀起伏；未發(fā)現(xiàn)較大的褶皺及對(duì)煤層具明顯破壞的斷層等構(gòu)造，黨家陽(yáng)坡正斷層的北部延伸進(jìn)入井田的西南部邊緣，該斷層走向近南北，傾向西，傾角70°，進(jìn)入井田的部分，斷層上下盤斷距為50 m，對(duì)區(qū)內(nèi)巖煤層影響破壞較小。本區(qū)構(gòu)造復(fù)雜程度屬簡(jiǎn)單類型。

井田內(nèi)主采煤層為6＃煤層，埋藏深度在100～240 m之間，一般埋深在200 m左右。6＃煤層厚度3.36～23.80 m，平均厚度15.85 m，厚度和層位均較穩(wěn)定。煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含夾矸0～14層，夾矸巖性大多為粘土巖、泥巖、炭質(zhì)泥巖。6＃煤層直接頂板為粗砂巖或泥巖，平均厚度5 m；老頂為灰白色砂質(zhì)泥巖，平均厚度5 m。頂板屬半堅(jiān)硬巖石。

2 水文地質(zhì)條件

罐子溝煤礦位于準(zhǔn)格爾煤田南部的罐子溝流域，罐子溝流經(jīng)礦井的北、東部。礦井南為老趙山梁背斜，西為沙溝背斜，東部緊鄰罐子溝向斜軸部，因而礦井主要含水地層具有南高北低、東、西高中間低的空間分布特征，罐子溝煤礦位于上述構(gòu)造的復(fù)合部位。因而節(jié)理裂隙較為發(fā)育，含水層富水性較好。

（1）含水層及其特征。主要含水層自上而下為第四系松散巖類沖洪積 （Q4al＋pl）孔隙含水層、第四系上更新統(tǒng) （Q3eol）黃土裂隙孔隙含水層及二疊系下統(tǒng)山西組下段 （P1s1）碎屑巖類裂隙含水層。其中，對(duì)6＃煤層開(kāi)采影響較大的是二疊系下統(tǒng)山西組下段碎屑巖類裂隙含水層，該含水層位于6＃煤層頂板以上，稱為6＃煤層頂板砂巖裂隙含水層。該含水層厚度1.90～47.01 m，平均18.49 m。6＃煤層頂板砂巖裂隙含水層富水性變化大，單位涌水量0.00004～37.889 L／s·m。沿罐子溝分布的鉆孔單井涌水量較大，靠近分水嶺的鉆孔，單井涌水量小。

（2）隔水層及其特征。主要隔水層自上而下為第三系上新統(tǒng)粘土隔水層和6＃煤層頂板泥巖隔水層。第三系上新統(tǒng)粘土隔水層厚度0～61.60 m，在各溝谷中變薄或缺失；6＃煤層頂板泥巖隔水層厚度0.70～15.65 m，隔水性能良好，但6＃煤層的開(kāi)采將使該隔水層垮落。

（3）礦井充水因素分析。該礦曾發(fā)生兩次突水，最大突水量達(dá)15598 m3／h，突水層位為6＃煤層頂板砂巖裂隙含水層。根據(jù)水文地質(zhì)條件、礦井采掘中突水情況分析，罐子溝煤礦采掘6＃煤層的充水水源主要為該煤層頂板砂巖裂隙水。在采掘過(guò)程中必將大面積揭露頂板砂巖，并產(chǎn)生直接涌水。從礦井以往生產(chǎn)情況看，初期揭露涌水量大，隨后涌水量減少，常在228～310 m3／h之間；大氣降水和第四系沖洪積砂礫石層潛水可通過(guò)裂隙直接補(bǔ)給6＃煤層頂板砂巖裂隙含水層，成為開(kāi)采6＃煤層的間接充水水源；溝谷地表水在砂巖裸露地段可直接補(bǔ)給砂巖裂隙含水層。

（4）井田水文地質(zhì)勘查類型及復(fù)雜程度評(píng)價(jià)。井田開(kāi)采6＃煤層，受采掘破壞和影響的含水層主要為山西組下段砂巖 （6＃煤層煤頂板砂巖）含水層，其下距6＃煤層0.7～15.65 m，以裂隙水為主。含水層厚度1.9～47.10 m，地面單孔涌水量為0.0002～132.984 m3／h，井下開(kāi)采涌水量一般在228 ～310 m3／h，單位涌水量 0.0002 ～37.89 L／s·m，富水性極不均一。地下水的補(bǔ)給主要為大氣降水和地表水及沖洪積層孔隙水的補(bǔ)給，含水層補(bǔ)給條件一般，地下水以靜儲(chǔ)量為主。煤層上覆巖層相對(duì)薄，采動(dòng)后冒落帶高度和裂隙帶高度穿透含水層，地面沉陷量相對(duì)較大，由于地處干旱缺水地區(qū)，防治水工作易于進(jìn)行。根據(jù)上述分析，本礦井水文地質(zhì)條件為簡(jiǎn)單～復(fù)雜類型。

3 采煤方法

6＃煤層可選擇的采煤方法有分層綜采、分層綜放、大采高綜放。本礦井6＃煤層厚度變化大、無(wú)明顯標(biāo)志層，因此，分層綜放上分層厚度不容易控制，管理難度大，實(shí)施困難，設(shè)計(jì)不予采用；大采高綜放具有對(duì)煤層厚度變化適用性強(qiáng)、工作面生產(chǎn)能力大、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、煤炭回采率高等優(yōu)點(diǎn)，是特厚煤層開(kāi)采的發(fā)展方向，因此，推薦本礦井6＃煤層采用大采高綜放開(kāi)采。但由于6＃煤層水文地質(zhì)條件局部為復(fù)雜，根據(jù) 《煤礦安全規(guī)程》68條規(guī)定，水文地質(zhì)條件復(fù)雜的礦井，不能采用放頂煤開(kāi)采。因此，對(duì)于6＃煤層的開(kāi)采，設(shè)計(jì)采取防治水綜合措施，將礦井水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度降至中等后，采用大采高綜放開(kāi)采。

4 防治水措施

設(shè)計(jì)采用補(bǔ)充勘探、水文地質(zhì)分區(qū)、地面疏排水與井下探放水相結(jié)合的綜合防治水措施。

4.1 水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探

根據(jù)對(duì)礦井水文地質(zhì)條件的分析研究，認(rèn)為6＃煤頂板砂巖裂隙含水層是本礦井的主要充水含水層，因此為查清其水文地質(zhì)條件、富水性特征，進(jìn)行補(bǔ)充勘探。水文地質(zhì)補(bǔ)勘采用水文地質(zhì)調(diào)查、水文地質(zhì)鉆探、電測(cè)井、物探、單孔和群孔抽水試驗(yàn)、水樣和巖樣化驗(yàn)、動(dòng)態(tài)觀測(cè)、工程測(cè)量等綜合勘查手段，勘探成果可靠。水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探時(shí)，鉆孔盡可能一孔多用。如排水孔兼作供水孔，大口徑鉆孔兼作探水疏干孔。補(bǔ)堪共布置鉆孔18個(gè)，其中大口徑抽水孔7個(gè)，編號(hào)為水1～水6和中觀；小口徑抽水觀測(cè)孔7個(gè)，編號(hào)為觀1～觀7；探水疏干孔4個(gè)，編號(hào)為水7～水9和疏9，見(jiàn)圖1。

4.2 水文地質(zhì)分區(qū)

根據(jù)水文地質(zhì)勘查資料，根據(jù)突水危險(xiǎn)性大小及水力聯(lián)系，將6＃煤頂板砂巖裂隙水劃分為4個(gè)區(qū)，如圖1所示。

Ⅰ區(qū)突水危險(xiǎn)性較小，該區(qū)富水性較強(qiáng)，補(bǔ)給量較大，但煤層頂板砂巖裂隙含水層動(dòng)水位已接近含水層底板，因此，只要在采掘生產(chǎn)中提前疏放頂板水，就不會(huì)誘發(fā)大的突水災(zāi)害；Ⅱ區(qū)突水危險(xiǎn)性小，該區(qū)富水性較差，且煤層頂板砂巖裂隙含水層動(dòng)水位已接近含水層底板，因此，不會(huì)誘發(fā)大的突水災(zāi)害；Ⅲ區(qū)突水危險(xiǎn)性較大，該區(qū)富水性較強(qiáng)，且煤層頂板砂巖裂隙含水層動(dòng)水位高于含水層底板；Ⅳ區(qū)遠(yuǎn)離罐子溝，群孔抽水試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該區(qū)與Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)沒(méi)有水力聯(lián)系，突水危險(xiǎn)性小。突水危險(xiǎn)性為：Ⅳ區(qū)＜Ⅱ區(qū)＜Ⅰ區(qū)＜Ⅲ區(qū)。

圖1 6＃煤層開(kāi)采頂板涌 （突）水條件綜合分區(qū)及地面疏排水鉆孔布置圖

4.3 地面疏排水

（1）地面水防治。礦井四周修排水溝渠、清理河道、取消堤壩，防止地面水補(bǔ)給砂巖裂隙含水層。

（2）地面預(yù)抽頂板砂巖裂隙含水層水。根據(jù)前面分析，Ⅲ區(qū)距離罐子溝近，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，突水危險(xiǎn)性大，必須將工作面砂巖裂隙含水層水位降至含水層底板。因此，設(shè)計(jì)采取地面鉆孔預(yù)抽水的方法降低水位。在Ⅲ區(qū)6103工作面附近，沿裂隙發(fā)育帶、富水地段結(jié)合地形等施工條件布置8口疏排水井，編號(hào)為疏10～疏17，見(jiàn)圖1，孔深105～150 m，每孔排水量100 m3／h，加上井下探放水孔130 m3／h、水3孔280 m3／h和疏9孔 180 m3／h，Ⅲ區(qū)附近總排水量為1390 m3／h，294 d可疏干該區(qū)靜儲(chǔ)量。

4.4 井下探放水

單純依靠地面疏排水或井下排水很難解決礦井水患問(wèn)題，井下探放水鉆探工程彌補(bǔ)了地面鉆探工程量的不足，采取地面預(yù)抽與井下排水相結(jié)合。

掘進(jìn)工作面采取超前物探和鉆探，確保施工安全。在掘進(jìn)工作面后方的巷道內(nèi)每隔50 m布設(shè)兩組鉆場(chǎng)，分布在巷道兩側(cè)。每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)按不同角度布置5個(gè)鉆孔，穿透頂板含水層，使工作面頂部形成35 m×50 m的鉆孔密度，安設(shè)壓力表或控制閥門。

5 綜放開(kāi)采的實(shí)踐

采取上述的防治水措施后，礦井疏干井在疏干前涌水量68～106 m3／h，疏干后涌水量8.1～9.8 m3／h。目前，井下正常涌水量90 m3／h左右。經(jīng)過(guò)地質(zhì)公司重新評(píng)價(jià)，水文地質(zhì)條件為中等類型，可采用綜放開(kāi)采。

礦井先期開(kāi)采突水危險(xiǎn)較小的Ⅱ區(qū)6101、6102工作面。6101工作面煤層厚度12 m，采高3 m，放煤高度9 m，于2008年6月開(kāi)始試采，至2008年11月開(kāi)采結(jié)束，最大日產(chǎn)量1.5萬(wàn)t。6102工作面煤層厚度12 m，采高3 m，放煤高度9 m，于2009年2月初采，至2009年12月開(kāi)采結(jié)束，最大日產(chǎn)量1.6萬(wàn)t。平均月產(chǎn)量25萬(wàn)t；6105工作面層厚度15 m，采高4 m，放煤高度11 m，于2009年12月初采，至2010年12月開(kāi)采結(jié)束，最大日產(chǎn)量2.5萬(wàn)t。平均月產(chǎn)量35萬(wàn)t。上述3個(gè)回采工作面涌水量在3～10 m3／h。

6 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，對(duì)于水文地質(zhì)條件復(fù)雜、開(kāi)采特厚煤層的礦井，在采取補(bǔ)充水文地質(zhì)勘探、水文地質(zhì)分區(qū)、地面疏排水與井下探放水相結(jié)合的措施后，重新評(píng)價(jià)水文地質(zhì)條件，在滿足規(guī)程規(guī)范要求的情況下，采用大采高綜放開(kāi)采是能夠取得成功的，對(duì)類似條件的礦井，有一定的指導(dǎo)意義。

［1］李志軍，趙宏亮，徐春榮.罐子溝煤礦突水分析及防治措施 ［J］.科技信息，2015（15）

［2］中國(guó)煤炭地質(zhì)總局華盛水文地質(zhì)勘察工程公司第二分公司.內(nèi)蒙古滿世煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司罐子溝煤礦水文地質(zhì)勘查及防治水工程總結(jié) ［R］.北京：中國(guó)煤炭地質(zhì)局，2008

［3］吳永平.特厚復(fù)雜煤層綜放開(kāi)采技術(shù)研究 ［J］.煤礦開(kāi)采，2008（1）

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［5］馮曉棟，任永強(qiáng)，范志忠.淺埋深中硬厚煤層大采高綜放開(kāi)采實(shí)踐 ［J］.煤炭工程，2011（6）

［6］吳永平.大同礦區(qū)特厚煤層綜采放頂煤技術(shù) ［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2010（11）

［7］楊寶忠.放頂煤開(kāi)采技術(shù)存在的問(wèn)題 ［J］.礦業(yè)快報(bào)，2004（8）

［8］呂霽，孫世國(guó).特厚煤層綜放開(kāi)采上覆巖層導(dǎo)水裂隙帶高度研究 ［J］.中國(guó)煤炭，2010（1）

［9］許延春，楊峰，李文寶.罐子溝煤礦河床區(qū)強(qiáng)含水層下安全采煤技術(shù)探討 ［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2009（11）

［10］內(nèi)蒙古龍旺地質(zhì)勘探有限責(zé)任公司.內(nèi)蒙古自治區(qū)準(zhǔn)格爾煤田南部詳查區(qū)罐子溝一礦煤炭生產(chǎn)勘探報(bào)告 ［R］.內(nèi)蒙古：內(nèi)蒙古龍旺地質(zhì)勘探有限責(zé)任公司，2009

Practice of fully-mechanized cavingwith large mining height in complex hydro-geological condition

Jin Xiangyang1，2
（1.Faculty of Resourcesand Safety Engineering，China University of Mining＆Technology，Beijing，Haidian，Beijing 100083，China；2.Domestic Equipment Department，Tiandi Science and Technology Co.，Ltd.，Chaoyang，Beijing 100013，China）

The hydro-geological condition of Guanzigou Mine is very complex，and the average thickness of main mining No.6 coal seam is 15.85m，which is a nearly horizontal seam.Through the combined method of hydro-geological partition，ground drainage，and water detection ＆drainage in mining face，the fully-mechanized caving with large mining height has been achieved.

large mining height，fully-mechanized caving face，complex hydro-geology，hydrological partition，ground pre-drainage，water detection and drainage

TD 823.97

A

金向陽(yáng) （1980-），男，吉林榆樹(shù)人，高級(jí)工程師，中國(guó)礦業(yè)大學(xué) （北京）在讀工程碩士，在天地科技股份有限公司國(guó)內(nèi)成套裝備部從事技術(shù)工作。

（責(zé)任編輯 張毅玲）