某礦二采區(qū)田良河下開采的安全性分析與評(píng)價(jià)

程 功

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)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(chǎn)能力240萬噸/年。二采區(qū)位于井田中部，地面標(biāo)高在+939 m～+950 m之間，平均標(biāo)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?xùn)|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(biāo)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(zhǔn)面為+919.30 m。

2 覆巖導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度

下霍煤礦未進(jìn)行過導(dǎo)水裂縫帶高度實(shí)測(cè)相關(guān)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(yuǎn)，水文地質(zhì)條件相識(shí)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(shè)依據(jù)，其實(shí)測(cè)資料圖、表如下。

表1井田導(dǎo)水裂縫帶高度鉆探實(shí)測(cè)資料[1][3]

圖1潞安礦區(qū)導(dǎo)水裂縫帶高度實(shí)測(cè)分布圖

3 水體下安全開采可行性評(píng)價(jià)

3.1 覆巖結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)二采區(qū)南翼3801、3802、3803號(hào)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(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖、砂質(zhì)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(hào)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(hào)鉆孔煤層上覆巖層巖性統(tǒng)計(jì)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(xì)砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)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(zhì)泥巖比例占基巖柱厚度的57%，各類細(xì)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(fēng)化裂隙和構(gòu)造裂隙為主，以層間運(yùn)動(dòng)為主。另外巖相變化大，屬于弱含水裂隙巖組，補(bǔ)給條件差，3#煤層采動(dòng)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(duì)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(zhì)泥巖沉積，對(duì)抑制3#煤層采后導(dǎo)水裂縫帶向上位發(fā)育擴(kuò)展以及有效阻止松散含水層及基巖風(fēng)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(zhì)報(bào)告、生產(chǎn)地質(zhì)報(bào)告中描述的煤層頂?shù)装鍘r層巖石力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果及頂板厚度、巖性特征及力學(xué)性質(zhì)，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(píng)定3#煤層頂板為中硬型覆巖力學(xué)結(jié)構(gòu)。

3.2 河下開采可行性評(píng)價(jià)

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(fēng)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(fù)合水體下采煤。根據(jù)《“三下”采煤規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，水體下開采留設(shè)防水煤巖柱時(shí)，應(yīng)充分考慮基巖風(fēng)化帶深度情況，導(dǎo)水裂縫帶不允許波及復(fù)合水體。

二采區(qū)南翼區(qū)域3#煤層設(shè)計(jì)采厚為5.49 m，為保證安全，按采厚6 m計(jì)算，采用潞安礦區(qū)實(shí)測(cè)及“三下”采煤規(guī)范公式計(jì)算導(dǎo)水裂縫帶高度和防水安全煤巖柱高度，其計(jì)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(jì)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(shè)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(shè)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(fēng)化帶含水時(shí)防水安全煤巖柱設(shè)計(jì)圖

計(jì)算結(jié)果表明，二采區(qū)最大采厚取6 m時(shí)，導(dǎo)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(hù)層上、基巖風(fēng)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(huì)改變礦井充水條件，地表水體通過不會(huì)裂縫進(jìn)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(duì)水體下開采影響

根據(jù)本礦以往開采1303工作面實(shí)測(cè)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(jì)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(shí)測(cè)資料，結(jié)合二采區(qū)松散層結(jié)構(gòu)性質(zhì)，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(dá)50 mm～100 mm，可能會(huì)出現(xiàn)陷落臺(tái)階。

根據(jù)本礦以往開采情況及潞安礦區(qū)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分析，在二采區(qū)南翼地表裂縫不會(huì)成為地表水體下滲補(bǔ)給的水力聯(lián)系通道，不會(huì)對(duì)河下采煤造成安全影響。

4 結(jié)論與建議

本區(qū)松散含水層富水性弱～中等，基巖風(fēng)化帶發(fā)育較深，為弱富水性，屬于典型的復(fù)合水體下采煤。通過綜合分析二采區(qū)田良河和地質(zhì)及水文地質(zhì)條件及周邊礦區(qū)實(shí)測(cè)資料，認(rèn)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(diǎn)防范貫通性導(dǎo)水構(gòu)造及鉆孔導(dǎo)水，工作面遇導(dǎo)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(nèi)，必須按有關(guān)規(guī)范要求加強(qiáng)超前探測(cè)與防治。