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鲍店煤矿松散含水层下综放开采的研究与实践 第六图书馆 根据鲍店煤矿的地质采矿条件,结合松散含水层的赋存特征,总结了一采区1316综放工作面在第四系松散含水层下开采的成功 经验。根据鲍店煤矿的地质采矿条件,结合松散含水层的赋存特征,总结了一采区1316综放工作面在第四系松散含水层下开采 的成功经验。松散含水层 综放 防水煤柱煤矿开采康永华 唐子滋 王宗胜 [1]煤炭科学研究总院开采设计 研分究院,北京100013 [2]兖州煤业股份有限公司鲍店煤矿,山东邹城2735132008第六图书馆 第六图书馆 第 l 3卷 第 l 期 总第 8 0期 2 0 0 8年 2月 煤 矿 开 采 Co a l Mi ni ng Te c hn o l o g y V o 1 ． 1 3 N o ． 1 S e r i e s N o ． 8 0 F e b r u a r y 2 0 0 8 鲍店煤矿 松散含 水层 下综放 开 采的研 究与实 践 康永华 ，唐子波 ，王宗胜 1 ．煤炭科学研 究总院 开采设计研 分究 院，北京 1 0 0 01 3 ；2 ．充 州煤业股份有限公司 鲍店煤矿 ，山东 邹城 2 7 3 5 1 3 [ 摘要] 根据鲍店煤矿的地质采矿条件，结合松散含水层的赋存特征，总结了一采区1 3 1 6综 放 工作 面在 第四系松散含水层下开采 的成功经验。 [ 关键词] 松散含水层；综放；防水煤柱 [ 中图分类号]T D 8 2 3 ． 8 3 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 6 6 2 2 5 2 0 0 8 0 l - 0 0 3 4 - 0 3 Re s e a r c h a nd Pr a c t i c e o f Ful l - me c h a ni z e d Ca v i n g M i ni ng u nd e r Lo o s e Aq ui f e r i n Ba o d i a n Co l l i e r y KANG Yo n g h u a ， TANG Zi b o ， WANG Zo n g s h e n g 1 ．C o a l Mi n i n g B r a n c h ，C C R I ，B e ij i n g 1 0 0 0 1 3， C h i n a ； 2 ．B a o d i a n C o l l i e r y ，Y m l z h o u C o a l C o ．L t d ． ，Z o u c h e n g 2 7 3 5 1 3， C h i n a Abs t r a c t Ba s e d o n g e o l og i c a l a n d mi n i ng c o n d i t i o ns o f Ba o d i a n Co l l i e r y a nd o c c u e n c e c h a r a c t e r i s t i c o f l o o s e a q ui f e r，a s e t o f S UC - c e s s f u l mi n i ng e x pe r i e n c e o f 1 31 6 F ul l - me c h a n i z e d Ca v i ng Mi n i ng Fa c e o f l s t Mi n i n g Ar e a u n de r l o o s e a q ui f e r o f q u at e r n a ry s y s t e m wa s c o n c l u d e d h e r e ． Ke y wor ds l o o s e a q ui f e r ；f ul l - me c h a ni z e d c a v i n g mi n i n g；wa t e r - p r o o f c o a l p i l l a r 鲍店煤矿设计生产能力为 3 ． 0 M t 。井 田内煤 系 地层普遍为第四系巨厚松散含水层覆盖。煤系地层 为石炭二迭系 ，含可采煤层 7层 。目前矿井北翼主 要开采 3煤 ，平均厚度 约 8 ． 7 6 m；南 翼主要 开采 3 ． 、3 下煤 ，平均厚度约分别为 5 ． 8 m和 3 ． 5 m。原 设计按照分层开采分 4个分层条件 留没防水煤柱垂 高 8 0 m，压煤储量达 8 7 ． 5 5 Mt ，约 占矿井总地质储 量的 1 2 ． 8 ％。采用综放 开采方法后 如何 确定合理 回采上限等问题急待解决 ，为此 ，对矿井北翼一采 区靠近 3煤露头开采的 1 3 1 6综放工作面进行 了开 采可行性研究 ，并完成 工业性试验开采 ，取得了 有关技术数据和生产实践经验。 1 第四系松散含水层的赋存状况及其富水性 鲍店井 田内第 四系松散 层厚度一般 为 1 1 0～ 2 2 8 m，自上而 下可划 分为 上 、中、下 3个 层组 ， 其 中上 、下组为含水层组 ，中组为隔水层组。其中 中组平均厚度约 6 7 m，隔水性能良好 ，阻隔了上组 与下组之间的水力联系。整个松散层的富水特点是 “ 上部、下部较强 ，中间阻隔” 。第 四系下组 又进 一 步分为上 、下两段 ，下段简称为底含。 底含直接覆盖于煤系地层之上 ，厚度约为 0～ 3 5 m，岩性 以细砂及 砂砾层 为主 ，中夹黏 土透镜 体。一采区底含 的单位涌水量为 0 ． 3 0～ 0 ． 6 0 L ／ s m，渗透系数为 2 ． 5 2～ 5 ． 3 9 m ／ d ，为孔隙承压水， 属 中等至强富水含水层。对浅部煤层的安全开采构 成了直接威胁 。 2 1 3 1 6综放工作面的地质采矿条件 1 3 1 6工作面位 于鲍店煤矿一水平 一采区 ，采 用倾斜长壁综合机械化放顶煤开采方法，沿俯斜推 进，顶板处理为全部垮落法。开采3煤，工作面长 度为 1 6 9 m，沿走 向推进长度约 5 4 5 m。煤层倾角 4 ～ 1 1 。 ，平均 6 ． 5 。 ，煤层厚度平均 8 ． 6 1 m。煤层伪 顶不发育；直接顶为粉砂岩 ，厚度 0～ 2 ． 9 m；基本 顶为中砂岩 ，厚度约 1 2 ． 7 61 7 ． 0 7 m；直接底为粉 砂岩。工作面回采上限标高为 一 2 6 9 m，最小基岩 柱垂高约 1 0 0 m。基岩风化带厚度为 1 5～2 0 m，岩 性主要为砂岩 、泥岩及砂质泥岩 。 1 3 1 6工作面 的开采范围位于小南湖 向斜的北 翼，总体呈单斜构造。受小南湖向斜的影响，区内 煤层呈西高东低、北高南低趋势，最高点位于设计 开切眼的运输巷端，最低点位于设计停采线的轨道 巷端。 对 1 3 1 6综放工作面开采有影 响的含水层主要 为3 煤顶板砂岩含水层和松散层底部的底含。3 煤 顶板砂岩含水层为孔隙裂隙承压含水层，以静储量 为主 ，富水性弱 ；底含为孔隙承压含水层 ，富水性 [ 收稿 日期 ]2 0 0 70 82 9 [ 作者简介]康永华 1 9 5 9 一 ， 男， 内蒙古赤峰人， 研究员， 中国煤炭学会煤矿开采损害技术鉴定委员会委员， 全国煤矿水害损失技术鉴定委 员会常委， 从事“ 三下” 采煤技术研究及煤矿开采损害技术鉴定等工作。联系电话 1 3 7 0 1 0 5 5 4 6 1 ， E m a i l k a n g y o n g h u a 2 6 3 ． n e t 。 3 4 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 康永华等鲍店煤矿松散含水层下综放开采的研究与实践 2 0 0 8年第 1期 中等 ，是 1 3 1 6综放工作 面顶水安全开采 的主要防 范对象。 3覆岩结构特征分析 3 ． 1 覆岩岩性构成特征统计分析 在 1 3 1 6工作面开采范 围内，3煤 以上煤系基 岩主要由砂岩和泥岩两大类构成。据不完全统计 ， 3煤顶板 以上 全 基 岩柱 的泥 岩 类 岩层 厚 度 平 均 4 3 ． 5 7 m，占全基岩柱厚度的 比例平均 3 7 ． 5 ％ ；砂 岩类岩层厚度平均约 7 2 ． 9 6 m，占全基岩柱厚度 的 比例平均约 6 2 ． 5 ％。统计 结果表明 ，其 泥岩类岩 层所占比例相对较低 ，覆岩类型应属中硬类型，覆 岩构成特征为上软下硬型 ，对于抑制导水裂缝带的 发育高度较为有利 。 3 ． 2 覆岩渗透 性及隔水性的测试 与研究 覆岩渗透性及隔水性是影响工作面涌水量 的重 要因素 。在 1 3 1 6综放工作面开采范 围内，回采 时 的直接水源为 3煤顶板砂岩水和底含水体 ，而底含 水进入工作面的充水通道是煤系砂岩 中的裂隙，包 括采动前就存在 的原生裂隙和采动后 新产生 的裂 缝，其中尤以采动前就存在的原生裂隙更加复杂和 难 以预测。本次试验在 1 3 1 6综放工作面回采前 ， 进 行 了对 比 1 号钻孔的现场测试 ， 取得了有关数据 。 钻孔冲洗液法观测结果 表明，在 1 3 1 6综放工 作面开采范围内采前施工的对比 1 号观测孔的原岩 存在着一定的渗透性，在3煤上覆基岩内钻进过程 中的冲洗液消耗量一般为 0～0 ． 0 6 L ／ s ，平均约 为 0 ． 0 3 L ／ s ，个 别 点 达 到 0 ． 3 3 L ／ s ，在 距 3煤 顶 板 6 4 ． 9 6～ 6 3 ． 1 1 m层段及距 3煤顶板 1 0 ． 7 8 m处还 出 现了钻孔冲洗液全部漏失现象 ；钻孔水位埋深则为 2 9～ 4 1 m 图 1 。说明3煤上覆基岩在局部层段内 存在着明显的原岩漏失现象 。 对 比 1号钻孔 的彩色钻孔 电视探测结果也表 明，3煤上覆基岩的完整性较好 ，如在距 3煤顶板 9 9 ． 4 2～9 7 ． O O m层段 内，基岩风 化带 的岩层较完 整 ，风化程度不 一，但未见渗水现象 图 2 ，反 映出基岩风化带的隔水性较好 ；但在局部层段也存 在明显 的原岩裂隙，尤其是在距 3煤顶板 以上 7 8 m 左右的层段 内存 在着 明显 的高角度 原生纵 向裂 隙 图3 ，在该局部层段有可能造成覆岩破坏异常 ， 使得导水裂缝带发育高度异常偏大 ，从而形成底含 下顶水安全采煤的不利 因素。 4 1 3 1 6综放工作面覆岩破坏高度观测研究 覆岩破坏规律的观测研究 ，是合理确定安全煤 钻孔水位深度／ 0 2 0 4 0 6 0 8 0 i ‘ a 钻孔冲洗液消耗量 与孔深关 系曲线 ； b 钻孔水位与孔深关系曲线 图 1 1 3 1 6综放 工作 面对比 1号观 测孔采前 冲洗液消耗量及钻孔水位观测 曲线 图2 对 比 1号孔距 3煤顶板 9 7 ． 6 4 m处的风化岩层 图3 对 比 1号孔距 3煤顶板 7 8 ． 1 9 m处的纵 向裂隙 岩柱尺寸的关键。综放开采条件下覆岩破坏规律的 观测研究一直没有间断。 为了获得综放开采条件下 的覆岩破坏高度 ，在 一 采区内进行了 1 3 1 6综放工作面的覆岩破坏高度 观测工作 ，施工了 2个地面观测钻孔。 观测结果表明 表 1 ，1 3 1 6综放工作面 采 3 5 罨 i 枷 珈 湖 瑚 Ⅻ 山， 毯赚1 圭 苯 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 总第8 0期 煤 矿 开 采 2 0 0 8年第 1期 空区上边界附近 的垮落带高度为 4 5 ． 2～3 4 ． 5 m， 垮高采厚 比为 5 ． 2～4 ． 0 ；导水裂缝 带高度 为 6 5 ． 5 ～ 6 4 ． 5 m，裂高采厚 比为 7 ． 5～ 7 ． 4 。 表 1 1 3 1 6面综放开采覆岩破坏高度实测结果 弩蓑 委 ／ m 嫠 垮 落 带 导 水 裂 缝 带 饕籼 基 岩 柱 垂 局 ／ m 上边界 8 ． 7 1 4 5 ． 2 5 ． 2 细砂岩 6 5 ． 5 7 ． 5 细砂 岩 1 1 7 1 4 上边界 8 ． 7 2 3 4 ． 5 4 ． 0 细砂岩 6 4 5 7 ． 4 粗砂 岩 1 1 7 5 l 3 l 6综放工作面的安全开采情况 l 3 l 6综放 工作 面支护 采用 Z F S 6 2 0 0 ／ 1 8 ／ 3 5型 低 位 放 顶 煤 液 压 支 架 1 0 7 架 ，上 端 头 配 置 Z T F 6 5 0 0 ／ 1 9 ／ 3 2型放顶煤排头支架 4架 ，下端头配 置 Z T F 6 5 0 0 ／ 1 9 ／ 3 2型放顶煤排头支架 3架。割煤选 用 MG T Y 9 3 0 ／ 4 0 0 3 ． 3 D型双滚筒电牵引采煤机。工 作面采用采煤机组割底煤和放顶煤的综合落煤方 式 ；割煤采用双向割煤 ，往返一次割两刀 ，端头斜 切进刀 ，截深 0 ． 7 m；放煤采用两刀一放 ，双轮顺 序多头放煤方式。采煤机割煤高度约 3 ． 0～3 ． 3 m， 放煤 高 度 约 5 ． 4 3～6 ． 8 2 m，采 放 高 度 8 ． 5 0 ～ 9 ． 9 3 m。采放 比约 1 2 ． 8 ，放煤步距 1 ． 4 m。工作面 上 、下巷均布置在煤层底部 ，沿 3煤底板掘进。 工作面于 2 0 0 6年 l 0月 2 1日开始 回采 ，2 0 0 7 年 3月 1 0日结束 ，历 时约 8个月。工作 面推进速 度一般为 9 0～1 8 9 m ／ 月 ，平均 1 3 6 m／ 月 ，共采出煤 炭约 0 ． 9 5 Mt 。实现了综放安全开采。 l 3 l 6工作面 回采期 间涌水量一般在 7 m ／ h左 右 ，最大 1 2 m ／ h ，以生产用水 为主。地下水 动态 观测结果表明，在 l 3 l 6综放工作面回采期间，底 含水位的下降幅度较 回采前明显减缓 ，且出现 了较 轻微的波动变化 ，说 明 l 3 l 6综放工作面的采动破 坏性影响没有波及到底含。 6 结论 鲍店煤矿一采 区 l 3 l 6综放工作面在底含属 中 等富水含水层及最小基岩柱垂高为 1 0 0 m条件下实 现了留设防水煤柱综放安全开采 ，采动破坏性影响 未波及到松散层底含 ，取得了松散层水体下综放安 全生产的实践经验和技术数据 。 [ 参考文献] [ 1 ]康永华，等 ． 兴隆庄煤矿提高回采上限的试验研究 [ J ]． 煤 炭学报 ，1 9 9 5 1 0 4 4 9 45 3 ． [ 2 ]康永华，等 ． 巨厚含水砂层下顶水综放开采试验 [ J ]． 煤炭 科学技术 ，1 9 9 8 9 3 5 ． 3 8 ． [ 3 ]康永华，等 ． 试论水体下采煤的综合研究技术体系 [ J ]． 煤 矿开采 ，2 0 0 1 1 9 - l 1 ． [ 4 ]康永华，等． 覆岩破坏规律的综合研究技术体系 [ J ]． 煤炭 科学技术 ，1 9 9 7 1 1 4 0 - 4 3 ． [ 5 ]康永华采煤方法变革对 导水裂缝带发育规律的影响 [ J ]． 煤炭学报 ，1 9 9 8 6 2 6 2 ． 2 6 6 ． [ 6 ]康永华，等． 覆岩性质对 “ 两带”高度的影响 [ J ]．煤矿开 采 ，1 9 9 8 1 5 2 ． 5 4 ． [ 7 ]建筑物 、水体 、铁 路 及 主要 井 巷煤 柱 留设 与 压煤 开 采规 程 [ s ]． 北京煤炭工业出版社 ， 2 0 0 2 ． [ 责任编辑邹正立] 上接 3 0页 梁头和支柱，调节面输送机的方向， 的工程质量影响较大 ； 对保持工作面 5 方案的效益评估 2 停 采段作 为 伪材料 道 ，长 时 间的搁 置 ， 单体液压支柱配合金属铰接顶梁的支护方式支撑的 围岩易产生应力积聚，对伪巷道的保持成形及物料 的回收有着不利的影响。 4 ． 3 比较 评估 比较而言 ，该调面方式是具备一定的价值和可 操作性的。首先是缩短了调面的时间，可利用调面 结束后的时间 ，在工作面结束前 ，充分地对因调面 引起的梁头不齐，支柱不正规等工程质量问题进行 整改 ，保证结束面后的工程质量 ；对于作为伪材料 道的停采段，则安排每班专人巡视检查，整改工 程 。延面式调面方法的优点实际上在某种程度上来 说是缓冲了调面给工作面收尾带来 的不利影响。 3 6 1 经济效益 调面使 7 l 9工作 面可多 回采 煤炭资源 5 1 0 3 t ，按煤炭市场的平均价 4 8 0元／ t 左 右计算，可得到 2 4 5 万元的直接经济效益。 2 安全效益 采用 延面式调面 ，解决 了工 作面收尾前用正常的方法调面极为不利的难题，使 收尾期间调面的工程质量得到了保证 ，为工作面提 供了安全保证 。 6 结束语 延面式调面回采是在工作面收尾阶段所采取的 一 种特殊 的调面方式。其最大的优点是在保证收尾 工作工程质量的同时，能最大程度地回收工作面的 资源 ，提高工作面的整体采出率。这对地质条件复 杂 ，资源枯竭 的衰老矿井无疑是十分有益的。 [ 责任编辑 崔 德仁 ] 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆