工作面不拆減支架安全開采技術研究

胡偉 劉小軍

（皖北煤電集團五溝煤礦生產技術部，安徽 淮北 235131）

1 概況

斷層是礦井中最常見的地質構造之一，是煤礦生產過程中必須面對和解決的問題，由于我國的地質構造復雜，勘探程度較低，對于一些大的斷裂構造探查不清，從而留設了大量的防水煤巖柱，經濟技術合理性受到質疑。目前，國內外對斷層帶煤柱留設并沒有統一的規定，一般都是根據傳統的經驗公式留設，致使煤柱有時過大，積壓大量的煤炭資源。如皖北煤電集團公司五溝煤礦F6、F14斷層由于留設斷層防水煤柱致使煤柱壓煤量達數十萬噸；有時過小，加之水文地質條件不清，從而引發了較嚴重的水害事故，造成巨大的經濟損失和不良后果。因此，如何安全留設斷層防水煤巖柱，使煤炭資源，能夠盡可能地開發利用是礦業工程領域中亟待解決的重要問題之一。

2 五溝煤礦1017工作面開采技術條件簡況

2.11017工作面簡介

1017 工作面是位于五溝煤礦南一采區東翼第四區段，南部以F6斷層及其延長線和南二采區相鄰。工作面走向長1300m，傾向寬180m。主采10煤厚度為1.4-5.6m，平均厚度為3.5m，為中厚-厚煤層，局部含1-2層泥巖夾矸，煤層賦存較為穩定，傾角5～10°，平均8°。

工作面地質構造較為復雜。太原組一至二灰，厚度不大，難以構成大的地下水儲導體系。三至四灰為中厚層灰巖，巖溶裂隙發育，儲導水能力強，構成太灰主要地下水儲導體系，是工作面外段開采水害防治的重點。

圖1 1017工作面布置平面圖

2.2 底板砂巖賦水性分析

10煤層底板砂巖對1017工作面充水有直接影響。10煤層底板砂巖比較發育，砂巖、粉砂巖多呈互層狀，成分以石英、長石為主，泥質膠結，裂隙發育不均。鉆孔施工時，q=0.006414～0.008287L/s.m，K=0.05963～0.027978m/d，水質類型為HCO3～K+Na.Mg.Ca或HCO3～K+Na型，總硬度11.58～10.16德國度，礦化度0.428～0.496g/l，PH值7.7～8.6。富水性微弱。1017工作面底板砂巖，主要接受“四含”水的滲透補給，但補給范圍和補給量有限，以靜儲水量為主。砂巖裂隙不夠發育，也不均勻，大部受構造控制，以構造裂隙為主，連通性不強。有明顯疏干趨勢，實屬弱含水、弱透水的含水層。

2.3 底板灰巖賦、導水性分析

南一采區開拓期間為了探查測區內含水陷落柱分布位置及其導含水性，相關斷層的含導水性，太原組1～4灰巖溶分布發育情況及10煤底板富水性及其相互間的水力聯系，采用瞬變電磁法測深技術在南一采區范圍內的水文地質條件進行了探測。根據瞬變電磁法測深結果分析，1017工作面10煤層太原組灰巖無論是在剖面上還是在平面上其富水性都是不均勻的。根據視電阻率值等值線圖(縱、橫向剖面圖)的低阻異常區分布，太原組灰巖存在富水異常區，但對1017工作面外段開采影響較小。

3 F6斷層水文地質特征

F6斷層位于五溝井田中部，1017工作面東南翼（即外段）。走向近NE，傾向NW，傾角小于700，落差0～45m，延展長度大于2000m，平面上稍呈弧形彎曲，傾斜切割較深。

3.1 F6斷層三維地震控制

三維地震勘探由安徽煤田地質局物探測量隊施工，2008年3月提交《安徽省皖北煤電公司五溝煤礦南一采區三維地震精細勘探報告》。對F6斷層進行了地震勘探，地震控制程度可靠。

3.2 F6斷層的巷道揭露情況

目前已有南翼總回風巷及南翼軌道大巷揭露了F6正斷層。

南翼總回風巷H26#點前34m、H26#點前48m分別揭露F6正斷層和F6次生正斷層。F6正斷層：311°∠67°H=20m，斷層面平整、光滑，斷層破碎帶寬度1.3m，破碎帶內充填深灰色斷層泥夾灰白色細砂巖、破碎、揉皺牽引現象明顯，斷層上盤：灰白色厚層狀中細砂巖，泥質膠結，遇水易松軟，斷層下盤：深灰色塊狀泥巖、裂隙極為發育、巖性破碎。F6次生正斷層：330°∠33°H=9m，斷層下盤巷道左肩窩淋水較大，淋水段3米，水質混濁，水量0.3m3/h，水源經化驗為10煤老頂細砂巖裂隙水。

南翼軌道大巷S11#點前4m揭露F6正斷層。F6正斷層：20°∠50°H=30m，斷層面平整、光滑，斷層破碎帶寬度0.3m，破碎帶內巖石裂隙發育、破碎、擠壓揉皺、滑面發育，巖層牽引拉薄現象明顯，斷層帶煤層粉末狀、顏色暗淡無光澤，無淋、滴水等水文異常。

3.3 F6斷層帶巖石特征

在南一采區－360南翼總回風、軌道巷所揭露的F6斷層帶巖石成分復雜，構造破壞嚴重，斷面附近巖石呈粉末狀 假塊狀 揉皺現象 橢球狀且鏡面發育等，這些特征反應了斷層形成時的壓剪性質。

3.4 F6斷層賦、導水性評價

1017 工作面外段F6斷層，井下－360南翼回風、軌道等數條巷道也相繼揭露了F6斷層，除個別揭露點有少量滲水以外，均未發現水文異常。1017工作面原風巷探查孔無漏水和涌水現象。F6斷層的地面物探勘探資料亦表明該斷層不具備導水性。因此，從地面鉆孔資料以及井下巷道揭露情況來看，F6斷層為不導水斷層。F6斷層是在早期近南北向應力場作用下產生的張剪性正斷層，晚期又受到近東西向應力場的擠壓作用，而且目前仍處于NEE向的壓應力作用，使得斷層帶裂隙處于閉合狀態，這是F6斷層不賦水、不導水的主要原因之一。

根據三維地震資料，結合井下巷道揭露和鉆探情況，綜合分析：靠近1017風巷外段，F6正斷層在風巷F8#點拐彎處鉆孔終孔附近尖滅，10煤上盤斷煤交線距1017風巷最近處47.6m，該段斷層落差0—20m，根據巷道揭露斷層面及斷層帶情況，該斷層為壓性正斷層，該斷層賦水性弱、導水性差。

所以，對F6斷層保護煤柱留設只需考慮在開采過程中，斷層對盤太灰水不通過采動裂隙導入采空區即可。

4 1017工作面外段開采對底板破壞深度的計算

4.1 根據三下開采規程計算

根據《三下采煤規程》規定，考慮采深、傾角和工作面斜長，可以采用如下公式進行1017工作面外段開采引起的底板導水破壞帶深度預計 ：h=0.0085H+0.1665α+0.1079L-4.3579。 其中:H－開采深度，350m；α－煤層傾角，8°；L－工作面斜長，取180m；

經計算，五溝煤礦1017工作面外段開采底板破裂帶最大深度為19.4m。

4.2 1017工作面外段開采安全性評價

太灰水能否給1017工作面外段開采造成突水危害，根據《煤礦防治水規定》，采用以下公式計算突水系數：

Ts=P/（M-CP）

式中：Ts——突水系數；

P——灰巖水頭壓力（MPa），取1.9MPa；M——10煤底至太原組一灰間距，取47.6（m）；Cp——煤層底板破壞厚度（m），取 19.4m。Ts=1.9/（47.6-19.7）=0.068。滿足淮北礦區臨界突水系數0.7的要求，開采是安全的。應當指出，上述計算是留有較大安全系數的。因此，只要采取相應的安全措施，可以實現安全回采。

結語：綜上所述，1017工作面留設14.3m的防護煤巖柱，是能夠實現綠色安全開采，不會發生突水潰砂安全事故。

[1]徐永沂.煤礦開采學[M].徐州:中國礦業大學出版社，1999.

[2]陳炎光，徐永沂.中國采煤方法[M].徐州:中國礦業大學出版社，1991.

[3]成新龍，唐永志.采礦工程技術[M].淮南:淮南礦業集團，2005.