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(gòu)造及水文地質(zhì)條件，結(jié)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(dǎo)水性等進(jìn)行了分析與研究，認(rèn)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(guān)鍵詞：防治水,安全開采

　　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(qiáng)含水層對接，受奧灰水嚴(yán)重威脅，煤層埋藏較深，傾角大，斷裂構(gòu)造極為發(fā)育，同時，由于村莊搬遷難度較大，需要進(jìn)行建下開采，至今未進(jìn)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(wù)年限，必須盡快對東二采區(qū)進(jìn)行開拓準(zhǔn)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(gòu)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(yīng)力影響，其內(nèi)部小構(gòu)造相當(dāng)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(xì)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(qiáng)含水體L4灰?guī)r60.54～79.0m，平均76.59m。煤層結(jié)構(gòu)局部較為復(fù)雜。

　　本區(qū)煤層頂?shù)装鍘r石力學(xué)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(jìn)行了試驗，其中底板泥巖的平均抗壓強(qiáng)度為7.8MPa，砂質(zhì)泥巖平均抗壓強(qiáng)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(qiáng)風(fēng)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(bǔ)給采場的可能，但其地下水補(bǔ)給途徑較遠(yuǎn)，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(gòu)造應(yīng)力影響，其區(qū)內(nèi)小型構(gòu)造及巖層裂隙相當(dāng)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(bǔ)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(bǔ)給創(chuàng)造了條件。從整體分析認(rèn)為F孫斷層下盤高壓含水層水具有補(bǔ)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(bǔ)給邊界，造成東二采區(qū)內(nèi)的水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，并且，該區(qū)煤層埋藏較深(最深處達(dá)-700m左右)，因此，區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件為復(fù)雜型。

　　3、掘進(jìn)巷道安全水頭壓力及防水安全煤巖柱

　　3.1 掘進(jìn)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(jìn)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(qiáng)度，MPa 取1.624

　　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(biāo)高如表2所示。

　　7號煤層底板隔水層厚度(過斷層進(jìn)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(biāo)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(gòu)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(jī)巷和東二采區(qū)回風(fēng)巷，其中，帶式輸送機(jī)巷為機(jī)軌合一，與本礦井中段運(yùn)輸石門搭接，為保證安全，在掘進(jìn)過程中，加強(qiáng)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(gòu)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(jī)下山和回風(fēng)下山及東二采區(qū)下段帶式輸送機(jī)下山和回風(fēng)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(fù)雜，各含水層淺部水壓較小，從安全和經(jīng)濟(jì)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(fēng)井5700m，距主副井達(dá)7000m，為降低通風(fēng)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(fēng)立井，擔(dān)負(fù)東二采區(qū)的回風(fēng)任務(wù)兼安全出口，實現(xiàn)礦井分區(qū)通風(fēng)。

　　回風(fēng)井井口標(biāo)高+38m，井底標(biāo)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(zāi)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(yùn)輸石門之間設(shè)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(shè)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(shè)保護(hù)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(dá)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(jìn)行建筑物下采煤，以盡可能回收資源，提高礦井經(jīng)濟(jì)效益。

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

　　5、結(jié)語

　　從東二采區(qū)存在的防治水、巷道維護(hù)、村莊下采煤等技術(shù)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(chǔ)上，通過科學(xué)試驗，采取由淺入深、循序漸進(jìn)的倡議，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(gòu)造及水文地質(zhì)條件復(fù)雜、煤層自燃、煤塵具有爆炸危險，但根據(jù)目前的技術(shù)水平，通過采取綜合防治措施后可實現(xiàn)安全開采。

　　經(jīng)濟(jì)評價顯示，在考慮到采區(qū)各種不利因素和復(fù)雜條件的情況下，礦井財務(wù)評價指標(biāo)比較先進(jìn)，項目建設(shè)在經(jīng)濟(jì)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(shù)》2009年6月，婁彥輝、姜玉梅。