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第 2期 2 0 0 6年 6月 水力采煤与管道运输 HY D R AU LI C C OAL MI NI NG P I P E L I NE T R ANS P OR T ATI ON No ． 2 J u n ． 2 0 0 6 厚耘散层薄基岩埋箍条件煤层的 防础岩柱安呈尺 寸论证 王永申姜升王乐杰 煤炭科学研究总院唐山分院 河北 唐山 0 6 3 0 1 2 [ 摘要] 杨村煤矿 T 3 0 1 工作面的基岩柱厚度仅有 1 1 ． 7 4 2 0 ． 1 7 m， 其上冲积层为弱含水层。在 这样的地质条件下进行开采、 防砂岩柱高度是否安全， 须经过科学论证 ， 并要有相应的安全技术措 施保证 ， 才能 实现 高效 、 安全生产。 [ 关键词] 厚松散层薄基岩 防砂岩柱工作面 [ 中图分类号] T D 8 2 2 ． 3 [ 文献标识码] A[ 文章编号3 1 0 0 6 0 8 9 8 2 O O 6 o 2 一。 0 o 6 一o 3 l前言 杨村煤矿位于兖州煤田的西北缘， 3煤采区 1 9 9 6年 开始 进行 开拓 。1 9 9 8年 7月 至 1 9 9 9年 3 月 ， 3 0 1首采面开展 了在厚松散含水层 其底部为弱 含水层 条件下的防砂煤柱试验。在基岩柱最小为 4 0 I n 条件下， 取得了用综放开采 8 I n 厚煤层的成功 经验。以后， 又相继在 3 0 7工作面 最小岩柱垂高 5 2 m 、 3 0 2 工作面 最小岩柱垂高 4 5 m 进行全厚 综放开采， 都取得了成功。但是， 该矿在岩柱厚度为 1 0 - 4 0 m地段也有大量压煤， 而且岩柱的岩性为各 类砂岩 ， 隔水性差 ， 显 然对 3煤不 能进行全厚开采 。 杨村煤矿于 2 0 0 3 年 1 1 ～1 2 月在 T D 3 0 4 工作面 基 岩厚 2 3 ． 5 ～4 8 ． 6 m 进行了 3煤 限厚开采试验 ， 煤 层采厚 2 ． 3 In 采后施工了两个导水裂缝带和冒落 带高度观测孔 以下简称” 两带” 孔 ， 取得了” 两带” 高度的观测结果。并在工作面上方泗河西堤设置了 地表移动观测站， 掌握了窄工作面开采地表移动与 变形规律 T 3 0 1 工作面的开采方案， 主要是根据杨 村煤矿各工作面留设防砂煤柱的成功开采和” 两带” 高度、 地表移动规律观测结果作出的。 2 T 3 0 1 工作面地质和水文地质条件 2 ． 1 河流与第四系松散层 泗河由北向南穿过井田， 河床宽 5 4 0 5 5 0 IT I ， 最高洪水位4 5 ． 3 0 IT I ， 最大流量 3 3 8 0 IT I ／ s 1 9 3 9 年 ， 流域面积 3 3 8 0 k m ， 向南流经济宁三号井田汇 入南 阳湖。 T 3 0 1 工作面第 四系松散层厚 1 8 7 ． 5 ～1 9 6 ． 8 6 m， 大体可分为 3 组 根据附近第四系水文地质剖面 资料 1 上组厚 5 2 I l l ， 由棕黄色粘土 、 砂质粘 土层与 粘土质砂 、 砂砾层等相问沉积组成。粘土类 占 5 O 9 ， 6 左右， 含稳定的含水砂层 3 ～5 层 ， 受地表大气降雨 和地表径流垂直渗透补给 本组含水丰富， 补、 排条 件好 ， 最主要供水 水源， q 0 ． 0 9 3 4 ～ 1 ． 6 2 8 I ／ s I n o 2 中组厚约 7 8 I n ， 主要 由灰绿 和棕黄色粘土 层、 砂质粘土与粘土质砂层等相问组成。粘土类厚 度 占 6 O 9 ／ 6 以上， 其稳定粘土层有 5 ～6层 。本 组隔 水性好 ， 能阻隔第四系上组水下渗补给。 3 下组含水层厚 6 0 m， 由浅灰 、 白色、 灰绿色 粘土层， 砂质粘土与砂砾层等相问组成， 本组粘土类 占 5 O 9 ／ 6 左右 。该组可分为上下两含水层 ， 上层厚 1 O m左右 。 2 0 0 4 年 2 月 2 1日第四系松散层各层组的水位 观测资料显示， 唯一可以向3 煤上、 下采动岩层充水 的含水层， 为第四系底部的弱含水层， 其补给水量有 限。在 T 3 0 1工作丽底部赋存有 O ～2 ， 0 7 I n厚粘土 隔水层。 2 ． 2 3煤顶底板 煤层直接顶为浅灰色粉砂岩， 厚 o ～3 ． 5 1 I n ， 致 密块状， 垂直裂隙发育； 老顶为灰黄色中砂岩， 泥质 胶结 ， 成份 以石英 、 长石 为主， 上部 已风化 ， 颗粒均 匀， 厚 2 ． 6 o ～4 ． 5 0 zn 。煤层直接底为铝质泥岩， 厚 0 ． 0 5 ～1 ． 1 5 m， 老底粉 细砂 岩互 层 ， 厚 5 ． 2 ～ 1 1 ． 0 m。 T 3 0 1 工作面上、 下顺槽 6 个探孔资料显示， 该 维普资讯 2 0 0 6 年 6 月 王永中等 厚松散层薄基岩埋藏奈件煤层的防砂岩柱安全尺寸论证 第 2 期 工作面基岩厚为 1 1 ． 7 4 ～1 8 ． 4 5 m， 第四系底部粘土 层厚 O ～2 ． 0 7 m， 基岩强风化带厚 0 ． 6 1 ～5 ． 3 1 m。 3 T3 0 1工作面的开采条件 工作面走向长 2 4 0 m， 倾斜长 1 2 8 m 含两巷 。 煤层底板标高一l 6 O ～一1 7 6 m， 相应煤层底板采深 为 2 0 7 m和 2 2 3 m。煤层厚7 ． 1 0 ～8 ． 4 0 m， 平均 7 ． 8 0n 。经该工作面井下探孔探测， 相应基岩厚为 1 l _ 7 4 ～1 8 ． 4 5 m， 相应位置的第四系含水松散层厚 1 8 7 ． 5 --1 9 6 ． 8 m， 平均为 1 9 0 H l 左右。第四系底部 含水层厚 l O ～ 1 5 m。煤层倾角平缓， 为 2 。 ～7 。 ， 平 均 5 。 。 3 煤层采煤工艺 由于工作面各位置上覆基岩 厚度不一， 且只有 l 1 ． 7 4 ～1 8 ． 4 5 m， 岩柱和部分 3 煤 顶煤厚度， 只能采用沿底板推进限厚长壁综采采煤 工艺 。 4 防砂安全煤岩柱尺寸确定 防砂煤岩柱尺寸 Hs HmHb 1 式中 I_I m～煤层采后所形成的冒落带高度 m ； Hb 一保护层厚度按” 三下规程” 意见应取 3 倍 煤层采厚。 根据” 三下规程” Hm在中硬覆岩条件下， 建议 用下式计算 。 Hm1 0 0 ∑M／ 4 ． 7 ∑M】 9 2 ． 2 2 式中 ∑M一煤层采厚分别取 2 ． 0 、 2 ． 1 ⋯⋯3 ． 0 m。 另外根据该矿 T I 3 0 4工作面” 两带高度” 的观 测研究结果， 在长壁开采条件下其冒落带高度可取 6 倍煤层采厚， 即 Hm一6 ∑M 3 按 2 式和 3 式及相应 的 Hb ， 不 同采厚 所需 的防砂安全煤岩柱尺寸如附表所列 。考虑本区最小 基岩厚度为 l 1 ． 7 4 m 和／ f 同采厚时所残留顶煤厚 3 煤上覆岩层基 本上为各类砂 岩层 ， 且靠近风 度， 以及第四系底部粘土隔水层 的赋存情况 ， 按” 曼 化带， 强度与深部相应岩层强度相比有所降低， 所 下规程” 公式计算的结果， 在距切眼 6 O n 1 左右范围 以， 其覆岩按中硬覆岩考虑， 根据” 三下规程” ， 计算 采 2 ． 2 m， 在距切1 6 o m左右范围采 2 ． 3 r n I 附表 防砂安全煤 岩柱 计算 煤层采厚 m 按” 三下规程” 公式计算 按T D 3 0 4 实测结粜计算 9 ． 2 9 ． 5 9 ．7 9 ． 9 l 0 ．1 1 0． 3 l 0． 5 1 0 ．7 1 0． 9 l 1 ． 3 残馅燥r贞 厚度 m 在采 2 ． 2 m区域， 其第四系底部有粘土层， 且 厚度l m。最小 防砂煤岩尺寸为 l 1 ． 7 4 5 ． 6 1 7 ． 3 4 m。其中5 ． 6 m为顶煤厚度 按平均煤厚 7 ． 8 m计算出的 。该区第四系底部粘土层厚经探测 为 1 ． 1 7 ～2 ． 0 7 m， 最小防砂煤岩柱与采厚的比值为 7 ． 8 8 倍。 在采 2 ． 3 m 区域 ， 其第四系底部粘土层厚- Q] m 或不赋存粘土层。该区域的最小防砂煤岩柱尺寸 为 】 2 ． 2 O 5 ． 5 一l 7 ． 7 m。其中， 有煤顶厚 5 ． 5 m。 最小防砂煤岩柱尺寸与采厚的比值为 7 ． 7 o 倍， 在这 个最小防砂煤岩柱 1 7 ． 7 m位置附近， 底粘厚度为 1 m左右， 其余位置煤岩柱尺寸2 o m。 综上所述， 采 2 ． 2 m和采 2 ． 3 m 区域 的最小防 砂煤岩柱为 ] 7 ． 3 4和 1 7 ． 7 0 m， 均大于 ” 三下采煤” 规程公式相应的计算结果 1 6 ． 3 m 和 l 6 ． 8 mj 可 满足规程的要求。同时， 也大于 T I 3 0 4 工作面冒落 带高度为 6 倍煤层采厚的计算结果 1 3 ． 2 m和 l 3 ． 8 m ， 相应保护层厚仍有 4 ． 1 4 m和 3 ． 9 m， 即冒落带 没有直接波及第四系底部弱水层。只要在开采中严 格贯彻有关的安全技术措施 ， 本开采方案是安全可 行的。 5 主要技术安全措施 1 T 3 0 1工作面开采 F v 一9 下转第 1 5 页 7 O 9 8 7 6 5 4 3 2 0 丝 船 0 6 2 8 4 O 6 2 8 0 他 2 8 3 8 3 8 3 8 3 3 “ “ 0 3 6 9 2 5 8 l 4 0 6 6 6 6 7 7 7 8 8 9 0 l 2 3 4 5 6 7 8 O 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 维普资讯 2 0 0 6年6月 管恩太 郑州矿区滑动构造度其水害治理技术 第 2 期 至一百多米不等的断层。其上盘砂岩裂隙十分发 育， 含水丰富； 下盘石灰岩断裂较为发育， 富含喀斯 特水。 由于受滑动构造带影响， 除局部留有部分原生 顶板外， 大部分为滑动构造带直接压煤， 顶板极其破 碎， 采掘时很容易发生冒顶而诱发顶板突水， 致使告 成矿生产中多次发生顶板突水事故。而且， 由于二 煤层呈粉末状 、 碎粒状 ， 受顶板 水影 响， 极易 产生大 量水煤， 使得大巷水沟、 井底水仓淤积严重， 大大降 低矿井抗灾能力， 严重威胁矿井安全。 为彻底解除 1 3 采区北部顶板水和底板水对矿 井安全的威胁， 告成矿施工了一 1 1 0 m水平 I、 Ⅱ 号顶板和底板疏水巷， 并与中国矿业大学和煤炭科 学研究总院西安分院合作， 利用直流电法和瞬变电 磁法等物探技术， 加强对 1 3 采区北部顶底板水水文 地质条件研究， 确定出科学的防治水方案， 对 1 3 采 区北部顶底板水进行有效治理 ， 效果显著。 5 主要结论 郑州矿区滑动构造形成的外因是来自经向地应 力集中， 内因是盖层和基底的岩性不同， 在地应力的 作用下， 不能保持同步变形。滑体产生在盖层， 一个 发育完全的滑动构造要经过褶皱变形， 伸展滑动到 收缩滑动的过程。滑动构造多造成地层缺失， 由滑 体系统、 主滑脱面和原地系统组成。 告成矿 通过 施工 顶底 板疏 水 巷 ， 疏放 顶 板水 6 5 0万 m。 ， 底板水 8 0 0万 m。 。目前， 顶板 涌水量为 5 5 m 。 ／ h ， 底板水为零。解放受水威胁的煤炭地质 储量 8 0 万 t 。郑煤集团所属的裴沟矿、 芦沟矿和大 平矿等， 都不同程度地发育滑动构造。告成矿是典 型的滑动构造矿井， 在水害治理方面作一有益的探 索， 对其他矿井和矿区具有重要的参考价值。 [ 作者简介] 管恩太 1 9 6 4 一 ， 男， 郑州煤炭工业 集团 高级工程师， 博士。 [ 收稿 日期 ] 2 0 O 6 一O 1 -0 2 上接 第 7 页 断层下盘煤， 按” 水文地质规范” 和本矿经验留设断 层防水煤柱， 其宽度不2 O m。 2 如果掘采期间或只掘未采期 间， 发现煤岩破 碎有风化痕迹或黄水渗出， 应停止生产， 进行维修加 固或采取重开切眼 ， 避开危险段 。有关破碎部位可 采取预先注浆， 加 固后再通过 。 3 在工作面初期和周期来压期 间， 亦应加强工 作面顶板管理， 防止切 冒事故的发生 。在薄基岩区， 由于工作面在来压期间切顶时， 厚松散层荷载的突 然转移， 有可能把综采支架压死， 甚至导致透泥砂事 故的发生 ， 应高度重视 。 4 要求工作面严格沿 3 煤底板布置， 按设计采 厚进行开采， 严禁出架上顶煤和架后冒的松散煤， 决 不允许超限出煤。 s 建立健全排水系统， 配备足够的排水设备， 电源 、 水泵、 管线 、 水仓 、 水沟等及时维修和清理 ， 确 保工作面排水能力不低于 4 5 m 。 ／ h 。 6 结论 1 杨村煤矿从 1 9 9 8年 3月对 3煤采 区 3 0 1 、 3 0 7 、 3 0 2 、 TD 3 0 4 等工作 面 的长期成 功大 面积开 采 实践与观测表明， 在厚松散含水层厚 1 8 0 ～1 9 0 m 条件下 ， 其第 四系底部为复合结构的弱含水层 ， 完全 可以采用留设顶板防砂煤岩柱进行全厚或限厚开采 3煤厚煤层 。 2 T 3 O l 工作面 ， 沿底分 区限厚 2 ． 2 m 和 2 ． 3 m 开采的最小煤岩柱垂高为 1 7 ． 3 4 m和 1 7 ． 7 0 m， 分区最大煤岩柱垂高相应为 2 1 ． 3 0 m和 2 3 ． 9 5 m， 大于在本矿 TD 3 0 4工作面所观测到 的冒落带高度 6 倍煤层采厚 ， 而 T 3 0 1 工作面分区最小煤岩柱高 与采厚的比值为 7 ． 8 8和 7 ． 7 0 倍， 具有一定的安全 度。 3 3 “ 3 0 1工作 面早 已安 全 开采 结束 ， 说 明在 T3 0 1 工作面的地质水文和开采条件下， 本开采方案 是可行的。 [ 参考文献] [ 1 建筑物、 水体 、 铁路及 主要 井巷煤柱留设 与压煤开采规 程， 国家 煤炭工业局 2 0 0 0年 5月 2 6日 [ 作者简介] 王永 申 1 9 6 5 一 ， 男 ， 1 9 8 7牟毕业于阜新矿业 学院采矿 工程 系． 同年分配到煤炭科学研究总院唐山分院， 主要从事煤矿设备、 矿井安 全、 矿业工程及” 三下” 采煤等科研工作， 发表论文 2 6 篇。 [ 收稿 日 期3 2 o o 5 -1 2 1 6 】 5 维普资讯