浅谈大平煤矿库下综放开采保护层厚度的选取

高国军 赵亮

（1.铁煤集团大平煤矿，辽宁 铁岭 112700；2.山西煤炭进出口集团公司，山西 太原030006）

大平煤矿是水库下综放开采，保护层厚度的选取直接影响了水库下开采的安全可靠性。大平煤矿近年来的开采实践和实测数据为保护层厚度的选取提供了充分的资料。

1 保护层厚度与隔水性

煤层采出后，上覆岩层的破坏由下至上逐渐发展，破坏程度也是由下至上逐渐减弱。依据岩层破坏形式、程度等不同，自下至上依次划分为垮落带、断裂带和弯曲带。其中，垮落带、断裂带岩层裂缝发育，具有导水透气性而称为“导水裂缝带”。

“三带”划分是相对的，各带间岩层破坏程度并没有明显的界限。位于导水裂缝带上方的岩层，同样既有一定的导水性。表1-1为N1S1综放开采工作面覆岩破坏观测钻孔冲洗液耗失量采动前后变化情况。

导水裂缝带上方保护层厚度越大，被保护水体得到保护的可靠性越高。大平煤矿库下已回采的5个工作面防水煤岩柱中保护层最小厚度为140.73m，为相应工作面煤层采出厚度的9.28倍，见表1-2。如此厚度的保护层大大提高了阻隔库水涌入的可靠性。

表1-1 采动前后钻孔冲洗液耗失量对比 （L/s.m）

表1-2 回采工作面防水煤岩柱厚度及保护层（单位：m）

2 保护层岩层岩性结构与隔水性

大平煤矿库下压煤安全回采，工作面上覆岩层中导水裂缝带上方保护层中泥岩等泥质类隔水岩层的良好隔水性起到了重要作用。

大平煤矿煤系地层及上覆白垩系地层均为陆相沉积，受沉积环境影响，地层显现为多沉积旋回特征。地层中泥岩等泥质类岩层较为发育，软岩地层结构性质特征明显。以S2S2工作面附近417孔分段岩性厚度统计结果为例，煤层上覆岩层中泥岩层总厚度179.64m，在上覆岩层中占30.4%。泥岩、油页岩等隔水岩层占比例为55.6%。砾岩、粗砂岩等含水岩层占43.2%，见表1-3。

表1-3 417钻孔各段岩性及厚度表 单位：m

3 保护层岩层的应力应变状态与隔水性

图1-1为以N1S1工作面为原形，根据覆岩破坏观测数据，采用RFPA2D数值模拟出的工作面上覆岩层应力分布图。其中：A区——岩层呈水平拉伸、垂直压缩状态，岩层破坏产生闭合的剪（压）裂缝。覆岩中上下岩层间岩层剪（压）裂缝不能相互连通，不导水。但在地表处，由于有自由面存在，可产生地裂缝。B区——岩层垂直与水平方向均呈压缩状态，不具备产生可导水的拉张裂缝的应力条件。C区——岩层呈垂直方向卸压、水平方向压缩的应力状态，是离层发育的有利空间。D区——岩层呈水平方向拉伸、垂直方向卸压应力状态，上下岩层间岩层拉张破坏裂缝相互连通，可形成导水裂缝带。

图1-1 工作面上覆岩层应力分布图

4 水库下综放开采保护层厚度选取

由于综放开采覆岩破坏观测数据有限，现行《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》关于保护层厚度的选取方法也明确规定不适宜综放开采，国内外也没有可借鉴的实例和经验。针对大平煤矿水库下综放开采条件，考虑到该矿井田煤系地层断裂发育，综放开采的采放高度难以精准控制，因此，大平煤矿库下综放开采保护层厚度不宜按煤岩柱绝对高度方法，而适宜沿用《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》以煤层采厚倍数的方法选取。建议大平煤矿水库下综放开采防水安全煤岩柱保护层厚按规程给出采厚倍数的1.5倍选取，即为开采煤层厚度的6倍。

[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，2000（6）.

[2]大平煤矿综放开采覆岩破坏规律研究报告，沈阳煤炭科学研究所，铁法煤业（集团）有限责任公司，铁法煤业（集团）有限责任公司大平煤矿，2003（5）.

[3]煤矿地表移动与覆岩破坏规律及其应用，煤炭科学研究院北京开采所，煤炭工业出版社, 1981.12.