梅河煤矿三井0305区砂层下残煤复采综放的实践

摘 要：对于资源枯竭性矿井，尝试安全开采复杂区域煤炭资源，是保持老矿井持续稳定发展的一种有效途径。所介绍的梅河矿三井0305区砂层下残煤复采经验，是在充分析论证的基础上，采用先进的瞬变电磁探测技术，在对应地面区域施工勘测钻孔，探清砂层水位变化规律及采区上方水患情况。合理布置钻孔疏降水，使水位降到安全标高，回采期间采取了针对性防治水措施，实现了安全回采，多回收了煤炭资源，延长了矿井服务年限。

关键词：砂层下；残煤；抽水钻孔；瞬变电磁探测；复采

1 矿井概况

梅河煤矿三井井田煤系地层为下第三纪古新世地层，井田走向呈北东-南西向延展，走向长约4km，宽约035km，井田面积1.4km2，主采煤层为第三系古新统梅河组12号煤，为特厚煤层，全井可采煤层倾角变化较大，一般40～60°之间。现核定生产能力115万吨，开拓方式为片盘斜井，采煤方法曾采用水沙充填、巷柱式、金属网假顶等采煤方法，目前采用水平分层或斜切分层综放采煤方法，顶板管理为全部陷落法。

1.1 水文地质条件

1.1.1 含水层

（1）第四系底部含水砂砾层。砂砾层由粗、中、细砂及砾石组成。含水砂砾层水是矿井充水的主要水源。

（2）顶板砂岩含水层。岩性为砂岩、粉砂岩互层，属富水性中等含水层。

（3）底板砾岩夹砂岩含水层。最大厚度达150m左右，该含水层富水性较强。

1.1.2 隔水层

12号煤层直接顶底板均为30~50m厚的泥岩，为隔水性良好的隔水岩层。其中顶板泥岩遇水易泥化，具有较大的流动性。

本区地表土层（黄土）厚度为10~20m，粘性、隔水性强，对塌陷区积水和大气降水等地表水的垂直渗补给起到阻隔作用。

1.2 采区地质概况

0305采区位于三井+240水平的东异，采空区上方煤层底板标高在+327~+334m之间，沙层厚度15~20m之间，砂层上方为黄土，厚度15~20m之间。由于多年的开采，地表曾多次出现塌坑，地表平均下沉20m，砂底均造成破坏。采区北侧由于F3断层的作用，形成1个断层沟（含水沙盆），含水比较丰富，西部2103区综采放顶煤共计回采了16层，东部0507区综采放顶煤共计回采了17层，开采时间（1990年~2002年）

2 地表及井下疏放水分析

0305-3残采区在其上部和南侧为0305-2残采区、0103-1-2综采区和05071-2水砂充填区等采空区。从前面的分析可知，第四系砂砾层水是矿井充水的主要水源，砂砾层水可通过煤层露头区进入采空区，采空区会成为砂砾层水的汇集空间。因此，该区主要受到采空区可能存在积水和第四系底部砂砾含水层的充水威胁。

3 井下瞬变电磁探测

为了查清0305-3上部采空区积水情况，在梅河煤矿三井0305-3区采区回风道和入风道采用瞬变电磁技术对上部采空区进行了探测，探测获得3个异常区，探测异常区位置如图1所示。

4 地面第四系含水砂砾层疏降水

4.1 科学合理设计疏放钻孔

地面疏放水抽水钻孔共设计施工49个钻孔，因钻孔循环水漏失无法成井13个。实际抽水孔为30个，观测孔为6个。其中抽27~抽32孔、观7、观8孔位于煤层顶板一侧，观5、观6、废观3和废观4孔均位于12号煤采空区内，其余钻孔位于12号煤底板一侧。

4.2 疏放钻孔的水位变化特征

通过对地表疏放钻孔进行抽放水，截止到2010年1月26日，各疏放钻孔水位均不同程度的下降到含水砂层顶界标高以下，水位标高大体一致，基本在334m。除了抽20孔残余水柱高度大于10m外，其他抽水钻孔内水柱高度均下降至了10m以下，其中有9个孔降到了5m以下。虽然钻孔水位有所降低，但是，各疏放钻孔水位下降趋势缓慢，表明钻孔排水量小。

通过地面疏放水结果分析，本区含水砂砾层富水性具有条带状分布特征。底板一侧总体上呈现以抽水孔为东西向中心线，基本平行于采空区轴线的条带状相对富水带，对本区开采有一定程度的影响，但其相对富水带主要是沿煤层走向赋存，富水带均在底板裂缝角的影响范围以外，受采动影响后只能通过沿底板裂隙向井下渗水，通过地面抽水疏放，钻孔残余水头都有明显下降，故本区在正常条件下不会发生灾害性突水。

5 0305-3残采区安全煤岩柱留设

5.1 覆岩结构特征

0305-3区为12号煤层顶、底板为第三系泥岩，砂岩固结程度低，遇水易软化、泥化，经多种采煤方法反复高强度开采扰动，以及断层构造带和局部抽冒塌陷等因素影响，导致煤层覆岩及其采空区破坏严重，采空区积存大量的泥化物、石块和煤屑等，结构松散、复杂，呈泥质胶结状态。

上述顶板及采空区介质性态和结构特征对降低覆岩破坏高度较为有利，但对防止顶板局部抽冒非常不利。

5.2 防砂安全煤岩柱高度确定

根据上述分析，0305-3工作面12层煤直接顶为褐红色泥岩~灰白色粉砂岩，以泥岩为主。泥岩厚度24~56m，层理不发育，风化或遇水后成泥状，具有膨胀性，属软弱岩层。

综采放顶煤是将设计煤厚一次采放出来的安全高效采煤方法。与分层开采相比，其开采强度大大增加，生产成本明显降低。但其采动影响的剧烈程度、覆岩破坏高度以及

覆岩破坏的发育规律也与分层开采情况有明显不同。在《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中，没有对综放覆岩破坏规律进行总结、归纳，没有给出综放覆岩破坏高度计算公式，因此，对综放覆岩破坏高度的预计，主要是根据本矿试采实测资料或与类似条件矿井进行工程类比获得。

根据多个矿井的开采经验，综放开采条件下，垮采比一般为4倍左右。因此，煤河三井选取4倍采厚作为垮落带的预计高度。

保护层厚度是安全煤岩柱的重要组成部分，它的厚度选取关系到安全煤岩柱的防水、防砂性能的可靠性。由于综放开采采放高度大，如果按照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中分层开采条件下的保护层厚度的选取方法，实践中证实偏于保守，实际综放开采条件下一般选取2倍采厚较合理。