工作面不拆减支架安全开采技术研究

胡伟 刘小军

（皖北煤电集团五沟煤矿生产技术部，安徽 淮北 235131）

1 概况

断层是矿井中最常见的地质构造之一，是煤矿生产过程中必须面对和解决的问题，由于我国的地质构造复杂，勘探程度较低，对于一些大的断裂构造探查不清，从而留设了大量的防水煤岩柱，经济技术合理性受到质疑。目前，国内外对断层带煤柱留设并没有统一的规定，一般都是根据传统的经验公式留设，致使煤柱有时过大，积压大量的煤炭资源。如皖北煤电集团公司五沟煤矿F6、F14断层由于留设断层防水煤柱致使煤柱压煤量达数十万吨；有时过小，加之水文地质条件不清，从而引发了较严重的水害事故，造成巨大的经济损失和不良后果。因此，如何安全留设断层防水煤岩柱，使煤炭资源，能够尽可能地开发利用是矿业工程领域中亟待解决的重要问题之一。

2 五沟煤矿1017工作面开采技术条件简况

2.11017工作面简介

1017 工作面是位于五沟煤矿南一采区东翼第四区段，南部以F6断层及其延长线和南二采区相邻。工作面走向长1300m，倾向宽180m。主采10煤厚度为1.4-5.6m，平均厚度为3.5m，为中厚-厚煤层，局部含1-2层泥岩夹矸，煤层赋存较为稳定，倾角5～10°，平均8°。

工作面地质构造较为复杂。太原组一至二灰，厚度不大，难以构成大的地下水储导体系。三至四灰为中厚层灰岩，岩溶裂隙发育，储导水能力强，构成太灰主要地下水储导体系，是工作面外段开采水害防治的重点。

图1 1017工作面布置平面图

2.2 底板砂岩赋水性分析

10煤层底板砂岩对1017工作面充水有直接影响。10煤层底板砂岩比较发育，砂岩、粉砂岩多呈互层状，成分以石英、长石为主，泥质胶结，裂隙发育不均。钻孔施工时，q=0.006414～0.008287L/s.m，K=0.05963～0.027978m/d，水质类型为HCO3～K+Na.Mg.Ca或HCO3～K+Na型，总硬度11.58～10.16德国度，矿化度0.428～0.496g/l，PH值7.7～8.6。富水性微弱。1017工作面底板砂岩，主要接受“四含”水的渗透补给，但补给范围和补给量有限，以静储水量为主。砂岩裂隙不够发育，也不均匀，大部受构造控制，以构造裂隙为主，连通性不强。有明显疏干趋势，实属弱含水、弱透水的含水层。

2.3 底板灰岩赋、导水性分析

南一采区开拓期间为了探查测区内含水陷落柱分布位置及其导含水性，相关断层的含导水性，太原组1～4灰岩溶分布发育情况及10煤底板富水性及其相互间的水力联系，采用瞬变电磁法测深技术在南一采区范围内的水文地质条件进行了探测。根据瞬变电磁法测深结果分析，1017工作面10煤层太原组灰岩无论是在剖面上还是在平面上其富水性都是不均匀的。根据视电阻率值等值线图(纵、横向剖面图)的低阻异常区分布，太原组灰岩存在富水异常区，但对1017工作面外段开采影响较小。

3 F6断层水文地质特征

F6断层位于五沟井田中部，1017工作面东南翼（即外段）。走向近NE，倾向NW，倾角小于700，落差0～45m，延展长度大于2000m，平面上稍呈弧形弯曲，倾斜切割较深。

3.1 F6断层三维地震控制

三维地震勘探由安徽煤田地质局物探测量队施工，2008年3月提交《安徽省皖北煤电公司五沟煤矿南一采区三维地震精细勘探报告》。对F6断层进行了地震勘探，地震控制程度可靠。

3.2 F6断层的巷道揭露情况

目前已有南翼总回风巷及南翼轨道大巷揭露了F6正断层。

南翼总回风巷H26#点前34m、H26#点前48m分别揭露F6正断层和F6次生正断层。F6正断层：311°∠67°H=20m，断层面平整、光滑，断层破碎带宽度1.3m，破碎带内充填深灰色断层泥夹灰白色细砂岩、破碎、揉皱牵引现象明显，断层上盘：灰白色厚层状中细砂岩，泥质胶结，遇水易松软，断层下盘：深灰色块状泥岩、裂隙极为发育、岩性破碎。F6次生正断层：330°∠33°H=9m，断层下盘巷道左肩窝淋水较大，淋水段3米，水质混浊，水量0.3m3/h，水源经化验为10煤老顶细砂岩裂隙水。

南翼轨道大巷S11#点前4m揭露F6正断层。F6正断层：20°∠50°H=30m，断层面平整、光滑，断层破碎带宽度0.3m，破碎带内岩石裂隙发育、破碎、挤压揉皱、滑面发育，岩层牵引拉薄现象明显，断层带煤层粉末状、颜色暗淡无光泽，无淋、滴水等水文异常。

3.3 F6断层带岩石特征

在南一采区－360南翼总回风、轨道巷所揭露的F6断层带岩石成分复杂，构造破坏严重，断面附近岩石呈粉末状 假块状 揉皱现象 椭球状且镜面发育等，这些特征反应了断层形成时的压剪性质。

3.4 F6断层赋、导水性评价

1017 工作面外段F6断层，井下－360南翼回风、轨道等数条巷道也相继揭露了F6断层，除个别揭露点有少量渗水以外，均未发现水文异常。1017工作面原风巷探查孔无漏水和涌水现象。F6断层的地面物探勘探资料亦表明该断层不具备导水性。因此，从地面钻孔资料以及井下巷道揭露情况来看，F6断层为不导水断层。F6断层是在早期近南北向应力场作用下产生的张剪性正断层，晚期又受到近东西向应力场的挤压作用，而且目前仍处于NEE向的压应力作用，使得断层带裂隙处于闭合状态，这是F6断层不赋水、不导水的主要原因之一。

根据三维地震资料，结合井下巷道揭露和钻探情况，综合分析：靠近1017风巷外段，F6正断层在风巷F8#点拐弯处钻孔终孔附近尖灭，10煤上盘断煤交线距1017风巷最近处47.6m，该段断层落差0—20m，根据巷道揭露断层面及断层带情况，该断层为压性正断层，该断层赋水性弱、导水性差。

所以，对F6断层保护煤柱留设只需考虑在开采过程中，断层对盘太灰水不通过采动裂隙导入采空区即可。

4 1017工作面外段开采对底板破坏深度的计算

4.1 根据三下开采规程计算

根据《三下采煤规程》规定，考虑采深、倾角和工作面斜长，可以采用如下公式进行1017工作面外段开采引起的底板导水破坏带深度预计 ：h=0.0085H+0.1665α+0.1079L-4.3579。 其中:H－开采深度，350m；α－煤层倾角，8°；L－工作面斜长，取180m；

经计算，五沟煤矿1017工作面外段开采底板破裂带最大深度为19.4m。

4.2 1017工作面外段开采安全性评价

太灰水能否给1017工作面外段开采造成突水危害，根据《煤矿防治水规定》，采用以下公式计算突水系数：

Ts=P/（M-CP）

式中：Ts——突水系数；

P——灰岩水头压力（MPa），取1.9MPa；M——10煤底至太原组一灰间距，取47.6（m）；Cp——煤层底板破坏厚度（m），取 19.4m。Ts=1.9/（47.6-19.7）=0.068。满足淮北矿区临界突水系数0.7的要求，开采是安全的。应当指出，上述计算是留有较大安全系数的。因此，只要采取相应的安全措施，可以实现安全回采。

结语：综上所述，1017工作面留设14.3m的防护煤岩柱，是能够实现绿色安全开采，不会发生突水溃砂安全事故。

[1]徐永沂.煤矿开采学[M].徐州:中国矿业大学出版社，1999.

[2]陈炎光，徐永沂.中国采煤方法[M].徐州:中国矿业大学出版社，1991.

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