风氧化带煤层安全回采的认识

摘要：通过对济宁何岗煤矿一采区影响3煤开采水文地质条件、特别是第四系下段含水层的分析研究， 提出了该采区3煤开采具备提高开采上限的条件，其防水防砂技术研究的基本思路是：观测四含下组水，确保安全；控制采高，加强顶板管理，控制顶板在工作面斜长方向上的不均匀冒落；确保安全开采。

关键词：开采上限 防水防砂技术 防砂煤柱 第四系下段含水层

1 概况

1.1 根据井田内所有的钻孔资料分析，第四系分上下两组，上组厚70m，以黄-棕黄色粘土及灰白色砂层为主，富水性强。下组厚120余米，主要由灰白-灰绿色粘土组成，粘土具有可塑性，半固结，含水性弱。底部普遍沉积有粘土层，组成第四系底部隔水层。根据主副井的实测剖面，第四系底界面为钙质粘土，厚10-15m，红褐色-灰白色，有滑感，具可塑性，含少量姜结石及锰脱石，偶含粘土质粉、细砂层。相关钻孔参数数据见表1。

表1 附近相关钻孔参数数据一览表

1.2 风氧化带的位置：在矿井的精查报告和初步开采设计中，均将开采上限确定为20m，精查报告中也确定了风氧化带的位置，但在实际施工过程中，3上101工作面下顺槽在施工到下16#导线点（下16#导线点标高为-177.178）处，即已揭露煤层氧化带，此处尚距精查报告所圈定位置95m，出保护煤柱仅有88m。该处3上煤层分为上下两层，原上层煤厚1.4m左右，在氧化带内变薄为0.4m，且煤层中含有多层砂质泥岩，中间夹矸为厚0.2m的泥岩，下层煤厚为2.2m，已有0.4m发生氧化，煤层硬度及强度变弱，裂隙增多、增大，结构变松，甚至完全破碎成粉末，粘结性降低，颜色为深黑及湿度较大。为此，2005年6月5日在何岗煤矿针对3101工作面召开了3上煤层开采上限专家论证会，并形成会议纪要，根据专家意见，对3101工作面两条顺槽做停头处理，迎头进行了加固，防止片帮冒顶，并进行充填至-210m水平。

2 防隔水煤柱的留设

2.1 计算公式的采用

2005年6月5号，在何岗煤矿召开了首采面3上101工作面3上煤层开采上限专家论证会，因为当时地质补探工作尚未展开，勘探程度不够，第四系下组段砂层的含水性及粘土层的隔水性不详，3煤顶板岩石的风氧化带厚度没有详实的资料，专家组出于安全考虑，增加了安全系数，从而形成以下会议纪要，将3上101工作面开采上限确定为-210m，其计算公式采用导水裂隙带最大高度的经验公式：

H防=H裂+H保=100M÷（3.3n+3.8）±5.1+4M

M=2.0m n=1

H裂=33m（取最大值） H保=8m（取最大值） 从而确定3上101工作面保护煤岩柱的高度为44m。

2.2 截止目前，为提高开采上限，何岗煤矿做了大量的地质补勘工作，其中施工水文长观孔四个，地质勘探孔一个，并与井下施工补勘孔二个，配合3上103工作面周围原有的A1-9、X-10、X-13及4号孔资料，基本摸清了本区域内第四系下组段的含富水性及风氧化带情况，具体如下：

第四系底部含、隔水层：

第四系底部主要由浅灰绿色、褐黄色及灰白色粘土、砂质粘土及中、细砂组成；砂层主要由石英、长石组成，含少量粘土，透水性差，富水性弱至中等。一般可分为三个含水层和三个隔水层。

①第四系底部隔水层（第一隔水层）：底部全区发育一稳定的厚层粘土，厚10.90-19.60m，平均15.43m，质纯，塑性较强，为第四系底部稳定隔水层，阻隔了第四系底含水层与煤系之间的水力联系。

②第一含水层：为粘土质砂，位于底部隔水层之上，厚4.30-10.50m，平均厚7.60m，主要成份为石英、长石及粘土，其已具备塑性，透水性差，富水性弱，为一弱含水层。

③第二隔水层：为粘土层，位于第一含水层之上，厚1.40-

5.40m，平均2.60m，质较纯，塑性较强，正常情况下能阻隔一含与二含之间的水力联系。

④第二含水层：为粘土质砂，位于第二隔水层之上，厚3.40-19.45m，平均9.69m，主要由石英、长石及少量粘土组成，透水性差，富水性中等，为一弱至中等含水层。

⑤第三隔水层：为粘土层，位于二含之上，厚3.30-

5.50m平均4.67m，质较纯，具塑性，为一稳定隔水层。

⑥第三含水层：为砂、粘土质砂含水层，位于第三隔水层之上，厚17.80-28.90m，平均23.35m，本层厚度大，砂层透水性好，富水性强，为中等至强含水层。

风氧化带：本区域内风氧化带一般厚18m左右，主要由中砂岩、泥岩组成，发育少量斜交裂隙，被泥质充填，为风化裂隙含水层，富水性弱，易于疏干，为弱含水层，且由于泥质的充填，基本构成一隔水层。

2.3 第四系下段含水层的抽水情况

第四系下段含水层厚13.80m，主要成份为石英、长石及粘土，砂层已具塑性，透水性差，富水性弱；据Q底-1水文孔抽水试验资料：静止水位13.91m，单位涌水量为0.000195 l/s.m。

根据以上取得的地质资料，本区域内导水裂隙带的经验公式应采用岩石抗压强度

H防=H裂=100M÷（5.1n+5.2）±5.1

2.4 在本区域内，第四系底界面由西向东逐渐抬高，沿4号孔至X-10号孔（根据4号孔和X-10号孔的第四系界面标高）的方位至3上103上探巷位置，推断此处第四系界面标高为-164.02m；沿X-10号孔至补勘孔（根据X-10号孔和补勘孔的第四系界面标高）的方位至3上103上探巷位置，推断此处第四系界面标高为-150.91m。

同一位置第四系底界面标高根据三个不同位置钻孔的推算，取其角度最平稳，对安全最有保障的一个，即-164.02m，因此此处的开采上限初步确定为-188.54m，增加2.0m的保护系数，最后取-190.54m。（其中，M取2.0m，但根据实际揭露的情况，煤层厚度由3上103上轨顺向面外逐渐变薄，当达到-196.0m，煤层厚度已变薄为1.4m，根据此煤厚推算，采用H防=H裂 =100M÷（5.1n+5.2）±5.1=24.52m ）

3 开采时采取的措施

3.1 控制采高，将采高控制为2.0m。

3.2 强化顶板管理，通过铺设双抗网再生假顶，控制顶板不均匀冒落，煤帮用大笆背实靠严，做到采空区、顶板、煤壁“三封闭”，杜绝漏冒顶事故发生。

3.3 漏冒顶处，必须用木料接实背严；若煤壁有片帮现象，应采取切实有效的措施将煤壁背严。

3.4 加强水情、砂情监测，发现水、砂涌入工作面时，除采用有效措施堵、截外，还要同时观测水、砂量，并取样化验，通过水文观测孔对第四系下段砂层水进行观测。

3.5 增大矿井排水能力，并且要保证疏排水路畅通。

4 结论

根据以上资料的分析及经验公式的计算，在采取以上各项措施的前提下，本区域内开采上限确定为-190.54m能够保障安全，并且仍具备提高开采上限的潜力。

参考文献：

[1]《何岗井田精查地质报告》.山东泰安：山东省煤田地质局.

[2]《何岗煤矿储量核实报告》.山东泰安：山东省物探测量总公司.

[3]专门水文地质学[M].武汉地质大学出版社.