水体下中厚煤层分层快速综采的水环境效应研究

摘 要 以潞安集团的王庄煤矿后备区所处绛河水体下的一中厚煤层实践情况作为本文研究案例。文章主要结合王庄煤矿后备区绛河实例，对其河床复合水体下压煤现实情况与开采水文地质条件进行了分析。即主要通过对绛河开采水文地质条件及中硬与坚硬的覆岩综采破坏规律进行了分析探讨，得出了绛河下中厚煤层结合厚度的差异运用针对性的不同技术工艺，并配套运用科学合理的防水措施，可以实现水体下厚煤层快速综放开采的结论。

关键词 水体；综采；综放；采煤；中厚煤层；覆岩破坏

中图分类号：TD823 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）17-0193-01

王庄煤矿属于潞安集团的一大型煤矿生产矿井，当前矿采年产量能够达到800 Mt/a，主采下二叠系山西组三号厚煤层。基于近些年产量颇丰，井下可采资源近乎枯竭，为保障主采产量实现接续的持续化生产效益，井田生产基地逐渐向后备区转移。而后备区处于绛河水体环境覆盖范畴内，同时绛河由西向东终将流入漳泽水库，水体最大流量处于58 m3/s，且旱季来临时水体流量也能达到0.5 m3/s。因此，结合实践调查及计算数据可得出，绛河所处河床压覆可采煤矿资源多达2700万吨。基于此，为保障绛河所处河床下压覆资源得以有效合理开采，避免资源限制，解决主采资源接续问题，延长矿井生产年限，研究绛河水体下中厚煤层压煤的技术开采问题则显得具有重要社会实践意义。

1 地质水文环境分析

王庄煤矿后备区所处地势环境平坦，周围地质为黄土覆盖层，经勘察并无基岩。绛河所在河床标高自西向东大概为+901～+897 m。而所开采的三号厚煤层上至K8砂岩约为35 m，下至K7砂岩约为15 m；整体煤层构造相对简单，主要以夹矸层为主，层数为0～3层，厚度处在0.2 m左右。

绛河下主要开采山西组三号厚煤层，上距K8砂岩约35 m，下距K7砂岩约15 m，煤层厚度5.737～7.78 m，平均厚6.73 m，煤层倾角6～7°，煤层结构简单，夹研层数为0～3层，一般为一层，夹研厚度一般为0.2 m。

至于区内结构主要以向斜或背斜为主，在南北边界处尚存在断裂结构。而绛河下所处的水文地质结构也并不复杂，即与破碎带距离相隔较远，但仍需要在建设生产阶段对隐伏结构加以防治；三号中厚煤层的充水水源主要以顶板砂岩裂隙、基岩风化带裂隙、及部分砂岩裂隙等含水层为主。

2 中厚（中硬或坚硬）覆岩快速综采覆岩破坏规律分析

依据已有学者的研究成果显示，对于单一薄或厚煤层初分开采，其导水裂缝带的裂高会和作业煤层开采厚度成正相关的线性增长关系。同时，除却初分层之外，对厚煤层予以分层开采，其对应的裂高增加也和幂函数关系相一致，即等效于和累计采厚的0.5次方成正相关的正比关系。由此可得出结论，如果在水体实现中厚煤层的快速综采宜选用分层开采方式，以有效控制导水裂缝带的裂高发生变化，使裂高达到降低与控制的双重效果。此外，结合潞安集团的五阳煤矿所处漳河下7303及7305分层综放开采对导水裂缝带的实践实测研究资料表明，利用最小二乘法理论可计算预测出其裂隙发育高度，具体公式为：

Hh

其中，M指的是煤层累计采厚（有效采厚）；n指的是所开采的煤层分层细目。如此一来，则能大致预测出本次研究实例的三号煤层分层综放开采的最大裂高。值得说明的是，如果完全一次综放全采测算裂高，该公式也可以适用。

3 水体下中厚煤层水环境采煤的分层综采可行性方案

研究

1）水体底界面与覆岩结构分析。由于主采转移至后备区对绛河水体河床进行分层综采，因此首先需要充分研究河床的松散含水层富水情况。其次，由于河床下松散层中存在的风化带相对较深，含水情况又较弱或处于中等状态，同时也因为松散层并未有较为稳定的连续粘土隔水带，因此采用了粘土天窗作为补排方式。再者，在三号煤层顶板覆岩结构中，优良隔水性能泥岩层所占比例为45%左右，而各类细砂结构岩占据20%左右，且处于一种相互交织的沉积状态，故而其岩性组合属于良好的软硬交融格局，对水体下完成分层综采是极为有利的。最后，由于三号煤层顶板结构中的松散层具有多层厚度充分的泥岩存在，所以也能进一步抑制水体下煤层综采以后的裂高向上发育，并有效控制了河水下渗，即地表水并不和矿井充水发生关系，不受其影响。

2）煤岩柱尺寸及开采技术方案。结合以上数据分析，绛河河床开采煤岩柱的尺寸需要顾及到基岩风化带深度，所以此次关于煤岩柱尺寸及开采方案则参照了《水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》，故而确立了后备区三号煤层平均厚度为6.75 m，主要划分为两层，予以分层开采，每分层采厚为3 m，累计采厚为6 m。同时，结合后备区绛河有关河床的基岩厚度实践分布状况，以及三号井田对煤岩柱的尺寸需求，定下如下方案：①当顶板围岩厚度在140 m之内，则将采取保护方案对煤柱暂时不予开采；②当顶板围岩厚度大于140 m时，则是分层综采，并采厚为3 m，且针对的是初分层综采；③当顶板围岩厚度大于170 m时，则予以分层综采两层；④如果顶板围岩厚度超过200 m，则全厚予以一次综采。因此，由于三号煤层结构的上覆围岩厚度处在170 m之内，所以完全一次综采并不满足要求。故而，在绛河下开采河床要结合不同煤柱厚度采取不同的执行方案予以开采是可行的。

3）涌水量预计。结合该地区以往生产实践经验，王庄煤矿在井下完成开掘作业一般不会发生涌水，但煤岩巷经过含水层一带或者断层时则会出现涌水。此外，结合其集团下所开采出的40多个作业面来分析，矿井具有的充水水源主要以煤层基岩水为主，涌水量最大指标为40 m3/h左右，最小值有2～5 m3/h，故而涌水量问题并不会影响到作业生产。此外，后备区基岩整体较为薄弱，松散层和基岩风化带一般都以弱水或中等富水为主，两者间相互水力关联密切，即连贯性的隔水层并不会对其补给造成困扰，补水来源通过地表水也能及时补充，所以如果涌水量不会超过2倍富余系数，即不超过2×40 m3/h=80 m3/h就不会对作业面造成不利影响。

4 结束语

总体而言，在绛河及其河床下涵盖的压覆煤层储量约为2700万吨，所以绝多数的煤层资源造成了闲置和荒废。而通过此次绛河水体对中厚煤层的开采，配套相应的技术方案及作业进度开采，则会保障开采出1800万吨左右的煤层资源。因此，结合对河床松散含水层、基岩风化带、煤岩柱尺寸、涌水量预计等的方案研究，制定有效合理的水体安全综采方案是可行的。

参考文献

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