白智勇

摘要：根據(jù)上海大屯龍東井田及東二采區(qū)煤層賦存狀況、地質(zhì)構造及水文地質(zhì)條件，結合龍東煤礦以往防治水工作經(jīng)驗，對東二采區(qū)開采充水因素、突水系數(shù)、斷層與鉆孔的導水性等進行了分析與研究，認為東二采區(qū)7號煤通過采取綜合防治水措施后可以實現(xiàn)安全開采。

關鍵詞：防治水;安全開采

Abstract: According to a Shanghai Datun East Mine and two east mining area coal seam situation, geological structure and hydrogeological conditions, combined with the mine water prevention and control work experience before, to the east of the two mining water filling factors, water inrush coefficient, fault and borehole water guiding undertook analysis and research, think east the two District No. 7 coal by means of comprehensive water prevention and control measures can realize safe mining.

Key words: water prevention; safety mining

中圖分類號：TD82 獻標識碼： A 文章編號：2095-2104（2012）12-0020-02

1、采區(qū)概況

龍東煤礦東二采區(qū)位于井田最東部，以孫氏店及其派生斷層與東一采區(qū)相鄰。東～東南以F1′斷層與姚橋井田相隔，西南以采礦證登記邊界與三河尖礦相鄰，西北至孫氏店斷層，北至7煤層露頭。采區(qū)最大走向長度為4800m，最大傾向長度為580m，面積2.35km2。

采區(qū)地面村莊密集，有舊姚橋、劉官屯新村、大山灣、后屯、北丁官屯，壓占采區(qū)可采儲量約4.60Mt。這些村莊分別屬于山東和江蘇兩個省，搬遷工作難度很大，對采區(qū)接替及工作面布置影響較大。

采區(qū)內(nèi)F孫大斷層（落差200m）與奧灰強含水層對接，受奧灰水嚴重威脅，煤層埋藏較深，傾角大，斷裂構造極為發(fā)育，同時，由于村莊搬遷難度較大，需要進行建下開采，至今未進行開采。

鑒于礦井資源/儲量所剩不多，為保證礦井生產(chǎn)能力，延長礦井服務年限，必須盡快對東二采區(qū)進行開拓準備，以便接替即將開采完畢的東一采區(qū)。

2、采區(qū)地質(zhì)及水文地質(zhì)特征

東二采區(qū)位于井田最東部，該采區(qū)整體為一單斜構造，傾向南西，傾角8°~12°，但局部發(fā)育有次一級小褶曲。該采區(qū)介于F孫~F1′兩大斷層之間，為一狹長地帶，受其應力影響，其內(nèi)部小構造相當發(fā)育，斷層共計35條，其中，落差5m以上斷層26條，每平公里15條，最大斷層F1′延展長度4017m，落差240~493m。

采區(qū)可采煤層為7煤和21煤兩層，局部可采煤層為17煤層、18煤層和22煤層。煤層傾角8°～22°，平均15°。煤層頂板為粉、細砂巖互層、砂質(zhì)泥巖，底板為為泥巖、砂質(zhì)泥巖及粉砂巖。該煤層位于山西組中下部，頂板距分界砂巖30.12～72.75m，平均51.87m，底板距太原組分界面28.43～42.52m，平均38.73m，距強含水體L4灰?guī)r60.54～79.0m，平均76.59m。煤層結構局部較為復雜。

本區(qū)煤層頂?shù)装鍘r石力學性質(zhì)未作測試，其相鄰的東一采區(qū)9105孔也僅對7煤層直接底板進行了試驗，其中底板泥巖的平均抗壓強度為7.8MPa，砂質(zhì)泥巖平均抗壓強度為64.1MPa。

主要含水層為第四系砂層及下部粘土夾砂礫層，侏羅白堊系礫巖，山西組7號煤頂、底板砂巖，太原組薄層灰?guī)r，本溪組灰?guī)r，奧陶系灰?guī)r含水層（組）。

基巖強風化帶含水層，一般厚度約16m左右，最大厚度25～30m；山西組頂?shù)装迳皫r含水組，是礦井近期生產(chǎn)中的主要充水含水層，但從多年揭露情況分析，其最大出水量在48m3/h，為富水性一般的含水層組；太原組L4灰含水層為巖溶溶隙含水層，該含水層水在7號煤開采過程中，具有補給采場的可能，但其地下水補給途徑較遠，主要是以靜儲量為主，是可疏干的灰?guī)r含水層，而深部21號煤直接頂板L12灰及奧灰含水層在今后的21號煤開采中，將會對生產(chǎn)形成一定影響。

東二采區(qū)界于F1′和F孫兩條大斷層之間，因受其構造應力影響，其區(qū)內(nèi)小型構造及巖層裂隙相當發(fā)育。因此，使得區(qū)內(nèi)各含水層（組）發(fā)生位移，造成含水層（組）之間相互補給、串通。特別是5勘探線以上，F(xiàn)孫斷層處，不但7煤層多處與太原組L10、L12灰及奧灰含水層發(fā)生對接，且F孫斷層下盤灰?guī)r形成隱伏露頭，為灰?guī)r含水層接受上部水的補給創(chuàng)造了條件。從整體分析認為F孫斷層下盤高壓含水層水具有補給東二采區(qū)7煤層頂?shù)装迳皫r含水層（組）的可能，從而形成了東二采區(qū)7煤開采時地下水自然補給邊界，造成東二采區(qū)內(nèi)的水文地質(zhì)條件較為復雜，并且，該區(qū)煤層埋藏較深（最深處達-700m左右），因此，區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件為復雜型。

3、掘進巷道安全水頭壓力及防水安全煤巖柱

3.1 掘進巷道安全水頭壓力

根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》，可以計算出掘進巷道安全水頭壓力。

P=2Kp+γt

式中：

P——底板隔水層能夠承受的安全水壓，MPa，

t——隔水層厚度，m ，取最小值；

L——巷道寬度，m取4.5m

γ——底板隔水層的平均重度，MN/m3 取2.6×9.8×10-3=0.025

Kp——底板隔水層的平均抗拉強度，MPa取1.624

表1 掘進巷道安全水頭壓力

3.2奧灰水體上采煤防水安全煤巖柱

根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》，本采區(qū)不同突水系數(shù)情況下煤層的安全開采標高如表2所示。

表2安全開采標高計算

7號煤層底板隔水層厚度（過斷層進行注漿加固，奧陶系灰?guī)r水體上防水煤巖柱厚度）為233m，根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》，如果按照突水系數(shù)0.06MPa/m計算，則7號煤層的安全開采標高為-1293m以上；如果按照突水系數(shù)0.1MPa/m計算，則7號煤層安全開采深度為-2119m以上。因此，考慮構造影響，取突水系數(shù)0.060MPa/m，本采區(qū)7號煤層均可安全開采。

4、開采方案的確定

根據(jù)龍東煤礦現(xiàn)有資料及經(jīng)驗，在東二采區(qū)西部-270m水平沿近東西方向布置二條采區(qū)巷道，分別為東二采區(qū)帶式輸送機巷和東二采區(qū)回風巷，其中，帶式輸送機巷為機軌合一，與本礦井中段運輸石門搭接，為保證安全，在掘進過程中，加強探放水工作，堅持“有掘必探、先探后掘”，同時，需對采區(qū)巷道底板采取注漿加固措施。

采區(qū)內(nèi)斷層主要集中在三個部分，即邊界斷層附近、第5勘探線~第6勘探線之間及東北部第3勘探線以上淺部區(qū)域。從地質(zhì)構造上看，比較有利于工作面布置的區(qū)域分別是：第3勘探線與第5勘探線之間、LF8斷層與LF11斷層之間、第6勘探線與第28勘探線之間，根據(jù)地面村莊分別情況，只有第3勘探線與第5勘探線之間不受村莊影響。

因此，分別在第3勘探線及第6勘探線附近沿7號煤底板各布置一組下山，分別為東二采區(qū)上段帶式輸送機下山和回風下山及東二采區(qū)下段帶式輸送機下山和回風下山，下山間距為30m。

鑒于東二采區(qū)水文地質(zhì)條件比較復雜，各含水層淺部水壓較小，從安全和經(jīng)濟角度考慮，首采工作面布置在不受村莊影響的第3勘探線與第5勘探線之間。

首采工作面距西風井5700m，距主副井達7000m，為降低通風阻力和布置安全出口的需要，在東二采區(qū)西部邊界第3勘探線附近新開鑿一個回風立井，擔負東二采區(qū)的回風任務兼安全出口，實現(xiàn)礦井分區(qū)通風。

回風井井口標高+38m，井底標高-270m，井筒凈直徑4.0m，井筒深度308m。

同時，為保證采區(qū)下山順利穿過斷層，防止巷道底板突水，對采區(qū)下山巷道底板采取注漿加固措施。

為保證東二采區(qū)發(fā)生突水災害時，可以切斷其與現(xiàn)生產(chǎn)采區(qū)之間的聯(lián)系，在東二采區(qū)與東一采區(qū)中段運輸石門之間設置防水閘墻硐室。

采區(qū)范圍內(nèi)有舊姚橋、大山灣、后屯、北丁官屯，壓占采區(qū)資源/儲量約4.66Mt，占采區(qū)設計資源/儲量的77.54%，對采區(qū)接替及工作面布置影響較大。如果全部留設保護煤柱，則采區(qū)剩余可采儲量只有1.35Mt。如果遷村，四個村莊人口總數(shù)10500人，按人均4.5萬元考慮，村莊搬遷費高達47250萬元，同時，這些村莊分別屬于山東和江蘇兩個省，搬遷工作難度很大，因此必須考慮進行建筑物下采煤，以盡可能回收資源，提高礦井經(jīng)濟效益。

經(jīng)過調(diào)研分析，東二采區(qū)村莊下開采設計采用超高水材料充填開采等成熟經(jīng)驗進行村莊、煤礦生活區(qū)等建筑物下采煤。

5、結語

從東二采區(qū)存在的防治水、巷道維護、村莊下采煤等技術難點上考慮，盡管主采的7號煤層為帶壓開采，且大部分資源量位于村莊下，但在借鑒國內(nèi)防治水及村莊下開采經(jīng)驗的基礎上，通過科學試驗，采取由淺入深、循序漸進的戰(zhàn)略，本采區(qū)開發(fā)是可以實現(xiàn)的。

本采區(qū)7號煤層厚度大、賦存穩(wěn)定，盡管存在地質(zhì)構造及水文地質(zhì)條件復雜、煤層自燃、煤塵具有爆炸危險，但根據(jù)目前的技術水平，通過采取綜合防治措施后可實現(xiàn)安全開采。

經(jīng)濟評價顯示，在考慮到采區(qū)各種不利因素和復雜條件的情況下，礦井財務評價指標比較先進，項目建設在經(jīng)濟上是可行的。

參考資料：

1、上海大屯能源股份有限公司龍東煤礦礦井地質(zhì)報告。

2、采煤工作面帶壓開采分析及綜合防治水措施，《煤炭技術》2009年6月，婁彥輝、姜玉梅。