南区已采区域地质因素分析
发布时间:
2019-04-12
引言 杨庄煤矿南区3煤位于煤层露头处，1997年至2005年按防砂煤岩柱留设可行性研究论证报告及批复要求安全开采12个工作面，累计采出389.91万吨煤炭资源。为延长矿井寿命，2011年-2012年，杨庄煤矿与中国矿业大学合作，进行3煤残留分层留设防砂煤柱复采可行性研究，按照分层开采方法进行了复采工作面安全开采论证，2012年底通过了专家论证批复。为最大限度的回收资源，2016年-2017年杨庄
杨庄煤矿南区3煤位于煤层露头处，1997年至2005年按防砂煤岩柱留设可行性研究论证报告及批复要求安全开采12个工作面，累计采出389.91万吨煤炭资源。为延长矿井寿命，2011年-2012年，杨庄煤矿与中国矿业大学合作，进行3煤残留分层留设防砂煤柱复采可行性研究，按照分层开采方法进行了复采工作面安全开采论证，2012年底通过了专家论证批复。为最大限度的回收资源，2016年-2017年杨庄煤矿再次与中国矿业大学合作，提出采用高水充填法开发剩余分层和浅部煤炭资源。由于充填开采能极大的控制覆岩变形破坏的范围，原开采残留分层和未开发区域的大量残煤都具备了再一次开发的潜力。为满足充填开采的需要，重新整理和分析了已采区域地质资料。
1 煤层开采情况
3煤层位于山西组下部，南区3煤层分布在井田的南部，走向变化较大，北部、西部为一向斜构造，中部为一背斜构造，南部为一走向北东向单斜构造。采区平均煤厚8.2m左右，因原煤层开采了一分层，经钻探3煤层开采区剩余最小厚度为4.65m，剩余平均厚度5.7m左右，为结构简单稳定可采煤层。原开采区开采深度-157.37～-236.94m，剩余煤体及顶板岩石遭到采动垮落破坏，呈破碎压实状态。分区介绍如下：
（1）N3100-N3105工作面开采情况
N3100-N3105工作面沿煤层底板布置，局部留有底煤，采高2.2m，工作面间留有16.2-18.2m保护煤柱。经2011年施工钻孔勘探，剩余煤厚约4.65-7.15m，平均5.5m。
（2）N3110工作面开采情况
N3110原工作面沿煤层顶板布置，使用悬移支架支护顶板，回采97m时因顶板冒顶严重停采，在工作面内侧沿煤层底板重新布置工作面，原煤厚6.92-9.19m，平均煤厚8.1m，采高2.2m，局部由于顶煤冒落，总采厚达到3m左右，剩余煤厚平均5.4m。
（3）N3111工作面开采情况
N3111工作面沿煤层底板布置，原煤厚平均约9m，采高为2.2m，1999年6、7月，2000年2、3月由于顶煤冒落总采厚达到3m左右，剩余煤厚平均6.2m。由两顺槽剖面图分析，工作面南部及靠近F65断层附近回采期间留有底煤，最厚处达4m。
（4）N3112工作面开采情况
N3111工作面煤厚平均8.2m，采高为2.2m，2000年9月18日至10月26日因冒顶严重，降低采高至1.8m左右，两顺槽局部有底煤，工作面内大部分有底煤，回采期间进行了底煤探测，底煤厚度集中在1.0-2.8m之间，剩余煤厚平均5.7m。
（5）N3118工作面开采情况
N9118工作面原煤层厚约8.05m，采高为2.2m，局部由于顶煤冒落，总采厚可能达到3m，其中N3118西面发生大面积严重的冒顶，冒顶高度约5m，防砂岩柱变小，支护冒顶时使用了大量木料。为防止溃水沙异常情况的发生，回采时使用双抗网。
2 防砂岩柱与水文地质情况
该区域含水层为第四系含水层组，根据地面钻孔揭露基岩面以上有一定厚度的黏土层覆盖，第四系底粘土和以粘粒为主的隔水层普遍存在，第四系底部黏土层是阻隔第四系下部含水层与基岩风化带、采动破坏带水力联系的重要屏障之一。从初次开采前至今，第四系底含水有明显下降，这与区域性大面积地下水位下降的趋势是一致的，可能是开采导致第四系底含水补给采空区造成水位下降所致。各分区情况如下：
（1）N3100-N3105工作面
井下工作面共揭露3个钻孔,钻孔无水，封孔质量良好。2011年在地面施工了4个钻孔，根据地面钻孔及井下探测情况分析，最南部的N3105面防砂岩柱为7.5-21.1m，充填开采按采厚4m计算，防砂煤岩柱为9.6-23.8m。N3100-N3103面防砂岩柱为10-34.7m，防砂煤岩柱为12-35.7m。
N3101工作面为南区首采面，初次放顶时出现顶板砂岩40m3/h涌水，但很快无水，其它工作面再无出水，说明3煤顶板砂岩水是以静储量为主，目前正在进行探放该区域老空积水。
（2）N3110工作面
该面位于F63、F64断层之间，采面经过Y4、C14钻孔和F64分支断层，揭露钻孔和断层无水。由钻孔资料分析该区域基岩厚度为55-98m。
（3）N3111工作面
该面位于F64、F66断层之间，采面经过F65断层，揭露断层无水，下顺槽导11至导13点间面内有断层，采面经过时留设了断层保护煤柱。
N3111上顺槽有探第四系底界的探孔4个，其中导5点前探孔漏沙，其余探孔有少量涌水，经探测和分析防砂岩柱厚度约7.5-52.9m，如充填开采4m采厚时工作面防砂煤岩柱为10.2-55.9m。
（4）N3112工作面
该面位于F66、F67断层之间，采面经过49号孔，揭露钻孔无水。由钻孔情况分析防砂岩柱厚度约14.9-31.4m。
（5）N3118工作面
N3118面位于向斜部位，N3118西面西部、N3118南面东部临近煤层露头，故进行了大量的井下钻探工作。通过钻探准确地掌握了防砂煤岩柱的厚度、粘土层厚度，疏放了第四系的底含水。
N3118北面：N3118北面探第四系富水性的钻孔9个，揭露基岩厚度集中在8.4-18.6m之间，钻探至第四系中粗砂层有少量水，水量0.3-3m3/h，3煤顶板砂岩、风化带，有少量涌水，小于0.5m3/h。回采至进风顺槽导5点前117.3m、回风顺槽导8点前69.4m处，出现顶板滴水。其他位置无滴水、涌水现象。
N3118南面：在N3118南面掘进过程中，施工探放水钻孔4处，疏放水钻孔3处，共21个钻孔，揭露基岩厚度集中在7.2-18.8m之间。回采至进风顺槽导2点前36.2m、进风顺槽导1点前12m处，溜头底板渗水，水量不大于0.3m3/h，老塘内有水流出，总水量最大3m3/h。该面回采结束后，进风顺槽涌水量1m3/h，回风顺槽涌水量3m3/h，一个月后无涌水。经分析，涌水来源主要为第四系底含水、3煤顶板岩石水渗入到工作面的。
N3118西面：施工探测第四系底界标高及含水性钻孔13个，其中取芯钻孔7个，3煤顶板砂岩、风氧化带有少量涌水。基岩厚度集中在9.6-23m之间。
3 采空区积水情况
采空区积水划分为3个区域：N3100-N3105面采空区、N3110面至N3112面采空区、N3118工作面采空区。N3118面采空区积水上限标高-157m，N3100-N3105面采空区积水上限标高-178.3m，其余采空区积水上限标高按地面钻孔探结果-181m为准。按空隙率10-15%计算积水区可储存水量，经计算南区采空区积水合计积水量约20.7万m3。这部分积水在复采巷道掘进前必须全部疏干，并打钻验证，确认无积水后方可掘进。
4 覆岩破坏高度
根据杨庄煤矿原N3102和N3103工作面第一次开采时实测初次垮落时垮落带高度为5.85-5.98m，正常推进过程中实测垮落高度4.5-5.2m。2011年进行了补充勘探，采用钻孔成像观测揭露垮落带高度为5.81-7.13m，导水裂隙带发育高度在10.05-20.64m之间。杨庄煤矿含煤地层被第四系冲积层覆盖，南区3煤层位于山西组下部，煤层顶板为泥岩、粉砂岩或中砂岩，厚0.80-15.18m，覆岩具有软弱型顶板的特性，根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》求算出垮落带最大高度为4.82±1.5m，导水裂隙带最大高度为18.61±4.0m，因此实测与钻孔成像观测结果较准确。
由于垮落带与导水裂缝带在空间过渡上分界并不明显，同时测试点位不多且而受钻孔平面位置、揭露岩体裂隙偶然因素影响，建议原N3102和N3103工作面开采2.2m时按5.85-5.98m界定垮落带高度。
5 储量计算分析
5.1 煤柱留设情况
（1）“三下”压煤煤柱
由于村庄进行了改扩建，3煤以村庄外轮廓为界，外推10m围护带，按第四系45°、岩层75°往下垂切至3煤层。泗河煤柱以河堤为界，外推15m围护带，然后按第四系45°、岩层75°往下垂切至3煤层。但由于充填开采的等效采高为0.45m，预计地表开采最大下沉0.38m，如果地表村庄建筑物下进行充填开采，对建筑物也会有一定影响，开采前要再进行论证和分析，制定相应措施。
（2）第四系底含防水岩柱
首期已回采一分层区域再进行充填开采时防砂岩柱不小于15m。后期根据情况论证，防砂岩柱可能缩小。
5.2 储量计算
已开采区域中，按照4m残留煤厚估算，防砂岩柱大于15m区域的可采储量326.4万吨，其中：234.1万吨不涉及村庄与泗河下，92.3万吨为村庄、泗河下；防砂岩柱10-15m可采储量36.2万吨。防砂岩柱大于15m不涉及村庄、泗河的区域优先开采，取得经验后再论证开采村庄及泗河下区域的资源，及防砂岩柱10-15m区域的资源。
结论
因南区已采区域大部分可采，再结合未开采区域合理进行工作面布置，但要加强覆岩厚度、富水异常区等地质情况的探测，建立完善排水系统，加强巷道顶板管理，并建设防溃砂系统。对于村庄下分层充填开采要进行充分的研究论证，在村庄、泗河以外实验成功后再进行村庄、泗河下充填开采。在充填开采过程中要不断总结优化，针对不同的区域采取不同措施，确保安全生产。
参考文献：
[1] 建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范.煤炭工业出版社,2017年
[2] 李增学.煤矿地质学.煤炭工业出版社,2013年
[3] 煤矿防治水规定.煤炭工业出版社,2009年
作者简介：李燕，女，毕业于山东科技大学泰山科技学院，测绘工程专业，现于山东省兖州市大统矿业有限公司从事地测工作，工程师。联系地址：山东省兖州市新兖镇牛楼村大统矿业有限公司，272100；联系电话：15153728783；E-mail：[email protected]。
李燕，席敦刚，代丽华
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