宋忠應(yīng)

(中煤集團(tuán)大屯公司安全監(jiān)察部，江蘇 沛縣 221611)

1 井田水文地質(zhì)概況

龍東煤礦是以厚黏土為主的第四系地層不整合于基巖之上，隔絕了地表水體與基巖之間的水力聯(lián)系，且第四系底部還發(fā)育有底隔(雖然不是全區(qū)發(fā)育)，使第四系底含水和基巖水進(jìn)行交換非常緩慢，從而使該區(qū)成為一個(gè)補(bǔ)給不良、排泄不暢的封閉或半封閉水文地質(zhì)單元。

該礦井存在的主要含水層有：第四系侏羅白堊系礫石、上下石盒子組砂巖、山西組煤層頂?shù)咨皫r、石炭系太原組灰?guī)r、奧陶系灰?guī)r，其中對礦井開采影響較大的有：第四系底部砂礫層、山西組7煤層頂、底板砂巖、太原組灰?guī)r和奧陶系灰?guī)r。

第四系自上而下分為六個(gè)含水層、五個(gè)隔水層，含水層以砂為主，二含和四含水量豐富，分布穩(wěn)定，五含和底含富水性較弱，在露頭附近開采時(shí)對回采有一定的影響。

侏羅白堊地層主要分布在井田西北部和東部斷層附近，其底部有一層礫巖，厚度0～8.8m，溶洞裂隙發(fā)育，富水性較強(qiáng)，但距可采煤層較遠(yuǎn)，對煤層開采影響不大。

山西組地層中，山西組砂巖裂隙對7煤層開采較為直接，其砂巖裂隙率一般為4～6% ，涌水量一般，屬于封閉或半封閉的水文地質(zhì)環(huán)境，為承壓裂隙、孔隙含水層。

太原組共發(fā)育有14層灰?guī)r，灰?guī)r裂隙發(fā)育不均一，其富水性呈明顯的非均性，其中四灰、十二灰厚度較大，分布穩(wěn)定，巖溶裂隙發(fā)育，含水量較豐富，對礦井開采影響較大，其中十二灰是該區(qū)主采21煤層的直接頂板。

2 兩帶高度觀測試驗(yàn)研究

為了研究中央采區(qū)提高開采上限的技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性、安全可靠性，并為后續(xù)采區(qū)大面積開采提供數(shù)據(jù)和開采依據(jù)，分別在7111和7126工作面開展了兩帶高度觀測工作，并用兩種方法觀測，獲得了風(fēng)化覆巖與未風(fēng)化覆巖的兩帶發(fā)育高度，揭示了不同性質(zhì)煤層覆巖破壞與冒落、裂隙的發(fā)展規(guī)律[1-3]。

2.1 鉆孔沖洗液法觀測兩帶高度

在7111工作面采用鉆孔沖洗液法觀測兩帶高度，共布置5個(gè)觀測鉆孔，觀測方法為采后地面鉆孔觀測法，即利用鉆進(jìn)過程中鉆孔沖洗液消耗量、鉆孔水位下降速度、巖心特征及鉆進(jìn)異常等指標(biāo)綜合判斷冒落帶和導(dǎo)水裂隙帶高度[2-4]。

此次觀測得出，冒高為9.5～10.9m，為采厚的3.67～4.29倍，裂高為34.5～40.48m，為采厚的13.51～15.93倍。

2.2 井下仰斜鉆孔雙端堵水器導(dǎo)高觀測

在7126輕型放頂煤工作面采用先進(jìn)的井下仰斜鉆孔雙端堵水器導(dǎo)高觀測新技術(shù)，即在工作面周邊，向采空區(qū)上方的覆巖導(dǎo)水裂隙帶內(nèi)打仰斜鉆孔，采用雙端堵水器觀測導(dǎo)高，與傳統(tǒng)的地面打鉆孔，采用鉆孔沖洗液消耗量觀測法相比，該方法工程量小，成本低，精度高，簡單易行[3]，如圖1所示。整個(gè)觀測儀器由三部分組成：雙端堵水器、連接管路、控制臺，如圖2所示。

圖1 井下仰斜鉆孔導(dǎo)水裂隙帶高度觀測示意圖

雙端堵水器由兩個(gè)起脹膠囊和注水探管組成。連接管路有兩條：起脹管路和注水管路。控制臺也是對應(yīng)兩個(gè)：起脹控制臺和注水控制臺。起脹控制臺、起脹管路和雙端堵水器的兩個(gè)膠囊相連通，構(gòu)成控制膠囊膨脹和收縮的控制系統(tǒng)。注水控制臺，注水管路和雙端堵水器的注水探管相連通，構(gòu)成一個(gè)控制和觀測巖層導(dǎo)水性的注水觀測系統(tǒng)[4]。

圖2 井下斜鉆孔雙端堵水器導(dǎo)高觀測原理系統(tǒng)圖

在停采線一側(cè)以不同的仰角施工了3個(gè)仰斜鉆孔，根據(jù)觀測孔的觀測，并綜合分析觀測成果，得出冒高值為16.7m，為采厚的3.8倍；導(dǎo)高值為35m，為采厚的8倍。導(dǎo)高上界接近基巖風(fēng)化帶。

3 露頭煤柱設(shè)計(jì)與開采上限的確定

3.1 提高開采上限的分析

以首采主煤層7層煤回采面分析為基礎(chǔ)，其賦存淺，松散層厚，底隔較穩(wěn)定。尤其是中部隆起的寬緩褶皺地段，7層煤頂部基巖殘厚較薄，風(fēng)化程度高，對開采上限提高的研究分析與確定，解放上限煤柱壓占煤量，是極為理想的場所。因此，自1988年起，龍東煤礦就開始對合理留設(shè)首采7層煤防水煤巖柱尺寸、提高開采上限的可能性，先后在中部隆起區(qū)的北輔塊段、西輔塊段及東部的東一采區(qū)淺部進(jìn)行了專門的論證工作，并取得了預(yù)期成果。

著名哲學(xué)家黃克劍先生提出教育的終極目標(biāo)——生命化教育：人的道德的自我完善，心靈的自我督責(zé)，人格的自我提升，境界的自我超越。大家知道，孩子的認(rèn)識是立體的、全面的，但是在傳統(tǒng)課堂中，學(xué)科是孤立、自成體系的。基于此，在中學(xué)語文教學(xué)中，抓住課堂主陣地，利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，充分利用校內(nèi)外資源，探索與實(shí)踐“一課雙師”語文教學(xué)模式，開闊學(xué)生視野、擴(kuò)散學(xué)生思維、發(fā)展學(xué)生能力，促進(jìn)教育資源的均衡發(fā)展，提高中學(xué)語文教學(xué)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)生命化教育。

(1)北輔塊段防水煤巖(土)柱的分析與留設(shè)

從北輔塊段各類取心鉆孔分析可知，第四系松散層底部五含巖性多為中砂、細(xì)砂及黏土質(zhì)砂。且泥質(zhì)含量較多，為弱或極弱含水層。根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤巖柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》中有關(guān)要求，在弱或極弱的含水層下開采時(shí)，可留設(shè)防水安全煤巖(土)柱，甚至有可能留設(shè)防砂安全煤巖(土)柱。

(2)西輔塊段防砂煤巖柱的分析與留設(shè)

西輔塊段位于中央采區(qū)的西側(cè)，該區(qū)7層煤角度平緩，埋藏最淺，大部分煤量處于原設(shè)計(jì)開采上限而成為防水煤柱壓煤量，占該塊段工業(yè)儲量的60.7%。解放該區(qū)防水煤巖壓占量，經(jīng)濟(jì)效益極為顯著。根據(jù)西輔塊段的實(shí)際情況及具體地質(zhì)特征，分析認(rèn)為：該區(qū)松散層厚度為192.92～214.55m，下部五含巖性主要為中、細(xì)砂，少部分為粗砂，厚2.6～9.77m，該含水層的富(含)水性屬較弱；底部黏土層主要為黏土及砂層黏土，厚5～15m，西輔塊段大部分底部均有分布。從對該層位土樣測試結(jié)果看，其塑性極好，其隔水性和抗裂性好，有利于阻止上覆砂層水下滲及采后裂隙的向上發(fā)展，可作為防水的組成部分。在這種水文地質(zhì)條件下，根據(jù)《“三下”開采規(guī)程》中有關(guān)要求，可允許一部分裂隙帶進(jìn)入松散層的弱含水層，可以實(shí)施留設(shè)防砂煤巖柱開采。

(3)東一采區(qū)上部防水煤巖柱的分析與留設(shè)

在北輔塊段、西輔塊段合理確定防水煤巖(土)柱尺寸及提高開采上限研究與實(shí)踐取得成功的基礎(chǔ)上，龍東礦再次展開對東一采區(qū)上部的提高上限的研究。但該區(qū)具有獨(dú)特的地質(zhì)、水文地質(zhì)特征：呈透鏡狀無規(guī)律分布發(fā)育不均一的第四系底含直接覆蓋于基巖之上。從井下2個(gè)專門探放水鉆孔資料表明，第四系底含為黏土、粗中砂及粉砂互層，稍含砂礫，單孔最大出水量0.2m3/h，徑流條件差，為富含水性弱的含水層，且7層煤頂板砂巖含水性弱。因此，對該區(qū)不作土柱分析，只適合于防砂巖分析與留設(shè)。

3.2 不同塊段開采上限的確定

(1)兩帶高度的計(jì)算

根據(jù)對各塊段7煤層上覆巖層的分析，對頂板巖石均按軟弱巖層考慮[5-6]，依據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》，對各塊段兩帶進(jìn)行預(yù)計(jì)：

式中：Hm、HL、M分別為冒落帶高度、裂隙帶高度和工作面采高。

因此可知當(dāng)采高為2～2.5m時(shí)，兩帶高度下限為16.4～18.1m，上限為19.4～21.1m；當(dāng)采高為5m時(shí)，兩帶高度為20.4～28.4m為宜。因此可以看出，在研究范圍內(nèi)大部分地段巖柱高度能達(dá)到理論計(jì)算值，僅局部小范圍內(nèi)有所不同。

(2)開采上限的確定

根據(jù)上述理論計(jì)算及分析，上限提高范圍內(nèi)的塊段西輔、北輔塊段的開采上限應(yīng)為-180m，東一采區(qū)上部開采上限為-185m，可以滿足防水煤巖(土)柱的安全高度。

4 松散覆巖下開采防水、防砂技術(shù)研究及實(shí)踐

4.1 研究技術(shù)路線

為了確保提高開采上限的安全生產(chǎn)，現(xiàn)場實(shí)踐過程中采用的技術(shù)路線為：底部含水層的探放→頂板管理技術(shù)研究→強(qiáng)風(fēng)化圍巖巷道支護(hù)研究→強(qiáng)化監(jiān)測及防范→掘進(jìn)工作進(jìn)入提高上限區(qū)的原則措施→試采的原則的確定。

4.2 提高開采上限技術(shù)實(shí)踐

為了保證安全生產(chǎn)，取得龍東礦首個(gè)提高上限工作面的成功經(jīng)驗(yàn)及資料，確定首先試采北輔塊段7121工作面，該面最小巖柱厚度僅為13.1m，土柱厚3.1m，工作面開采上限設(shè)計(jì)為-180m，較原設(shè)計(jì)上限提高20m。

東一采區(qū)及西輔塊段的上限提高是在北輔塊段開采成功的基礎(chǔ)上開展的。東一采區(qū)原設(shè)計(jì)上限為-210m，雖然煤巖(土)柱厚度較大，但該處地質(zhì)、水文地質(zhì)條件相對復(fù)雜，因此設(shè)計(jì)開采上限為-185m。而西輔塊段的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件同北輔塊段更較為一致，因此確定將上限提高20m為-180m，進(jìn)行了由小王莊向斜兩翼先布設(shè)了工作面，再向軸部擴(kuò)采的開采方式，從而形成了以點(diǎn)代面、以面顧全區(qū)的試探式開采理念。有目的地將其地質(zhì)、水文地質(zhì)條件由簡單到復(fù)雜逐漸過渡，逐步把自然環(huán)境人為優(yōu)化達(dá)到安全開采的目的，確保資源全面回收。

龍東煤礦經(jīng)過十余年提高開采上限的分析研究與實(shí)踐工作，先后在北輔塊段、西輔塊段及東一上部塊段，在分析與研究的基礎(chǔ)上取得了縮減松散層防水煤柱均將開采上限提高20m的可行性研究成果，共解放松散層防水煤柱壓占量達(dá)530多萬噸。并在北輔塊段7121分層綜采工作面試采獲得成功，近年來在西輔塊段的7141上、7132上以及東一上部的7317輕放、7321上各工作面，均實(shí)現(xiàn)了安全回采。

5 結(jié) 論

通過龍東礦中央采區(qū)北輔、西輔塊段和東一采區(qū)的水文地質(zhì)條件研究、水文補(bǔ)充勘探、試驗(yàn)資料的分析和煤巖(土)柱質(zhì)量評價(jià)，以及北輔工作面提高開采上限的成功，可得以下結(jié)論：

(1)中央采區(qū)的北輔、西輔塊段煤系地層的上

覆第四系水體采動等級為Ⅱ級，允許一部分裂隙帶波及松散層的弱含水層，可留設(shè)防砂煤巖柱開采。煤層上部巖柱為下硬上軟型，第四系底部有一層黏土隔水層，均有隔水性和抗裂性，有利于提高開采上限?；鶐r風(fēng)化帶為極弱-弱透水軟巖，能與第四系底部隔水層結(jié)合在一起，阻止以上水向下部直接補(bǔ)給與抑制裂隙帶發(fā)育高度的雙重作用。

(2)東翼采區(qū)兩帶高度實(shí)測結(jié)果是：冒高帶為采高的3.67～4.29倍，導(dǎo)水裂隙帶為采高的13.51～15.93倍，該實(shí)測結(jié)果為中硬覆巖兩帶高度。7126工作面兩帶高度實(shí)測結(jié)果為：冒高帶為采高的3.8倍，導(dǎo)水裂隙帶為采高的8倍，覆巖為中硬偏軟型。

(3)確定了龍東煤礦中央采區(qū)及東一采區(qū)留設(shè)煤柱類型為防砂煤巖柱，開采上限確定為-180m。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，已安全回采煤炭380.6萬t，創(chuàng)產(chǎn)值11億元，獲得直接經(jīng)濟(jì)效益為4.2億元。

[1] 楊春華．7144工作面近松散層開采上限研究與實(shí)踐[J]. 煤礦開采，2008，13(2)：57-59.

[2] 馮星宇，孫方方．承壓水下臨界開采提高回采上限技術(shù)實(shí)踐[J]. 中州煤炭，2010(5)：52-53.

[3] 孫?？?，馬光軍．第四系底界粘土巖性對提高開采上限的影響分析[J]. 煤礦安全， 2004,35(6)：31-33.

[4] 于永幸，肖華強(qiáng)．巨厚松散含水層壓煤開采上限研究[J]. 煤礦開采，2008,13(2)：52-55.

[5] 朱巖，曹思華．潘三礦1412(3)工作面提高上限開采可行性分析[J]. 煤礦開采， 2008,13(4)：40-43.

[6] 楊永秀，趙道輝.提高礦井開采上限的關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 煤炭工程，2003(6)：9-11.