五沟煤矿1021工作面防砂煤柱留设、3

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1、五沟煤矿1021工作面“四含”防砂煤岩柱合理留设李建（皖北煤电集团公司五沟煤矿，安徽淮北235131）摘要：结合南一采区缩小防水煤柱开采工程实践，重点研究了第四含水层的成分、结构、水理性质、厚度变化规律、富水性特征；对基岩风化带的阻隔水特性、上覆岩层的结构特征建立了数学模型和物理模型，通过计算机数值计算、物理模拟、对比分析等对含水层下1021综采工作面开采覆岩破坏移动演化特征和安全开采可行性开展了全面分析研究。通过计算，提高回采上限50米，安全回采原四含防水煤柱85.2万吨。创经济效益18914.4万元。关键词：防砂煤柱开采上限冒落带1矿井概况五沟煤矿隶属于皖

2、北煤电集团公司，位于安徽省淮北市濉溪县境内，属临涣矿区，设计生产能力60万吨/年，井田面积21.6km2。目前回采二叠系山西组10煤层，平均煤厚3.86m。由于主采煤层上方覆盖273m左右的厚松散含水层，特别是其底部20.1～30.15m，平均22.1m厚的第四系砂、砾石含水层，覆盖在煤层露头之上，对煤系地层进行间接渗透补给，给浅部煤层的安全开采构成了一定的威胁。矿井初步设计时，设计开采上限为-330m水平，留设80～100m的防水煤岩柱，压煤3664.4万t。为进一步积累10煤“三下采煤”经验，采出大量呆滞煤量，延长矿井服务年限⑴。需对1021工作面薄基岩区

3、提高开采上限进行试验研究，合理确定防砂煤柱高度，提高安全开采上限。2工作面地质及水文地质2.1工作面地质情况1021工作面位于南二采区的东翼，为南二采区首采面，原设计上限标高为-330m，现设计上限标高为-280m，工作面走向长1260m，倾斜宽171m，面积215460m2，机巷标高为-280m～-315.7m，风巷标高为-280m～-341.8m，煤厚2.49～4.20m，平均3.60m，平均倾角10°，工作面工业储量128.5万吨，可采储量109.3万吨。采用走向长壁，顶板自然垮落法大采高综合机械化开采。1021工作面直接顶为泥岩，厚0～10.05m，老

4、顶为细、粉砂岩厚6.85～11.9m，直接底为细、粉砂岩。工作面位于孙瓦房背斜北翼，孙瓦房背斜为五沟向斜次一级褶曲。巷道在掘进过程中实际揭露断层11条，其中机巷6条，风巷4条，切眼1条；逆断层2条，正断层9条，落差在0.8m～5m。2.2水文地质条件工作面主要充水水源为10煤层上覆的新生界松散第四含水层、顶板砂岩裂隙含水层和底板灰岩含水层，具体特征如下：2.2.1第四含水层特征南二采区1021工作面浅部第四含水砂层厚度为9.95～21.30m，详见表1；根据邻近的1021-1孔揭露，“四含”含水砂层，岩性复杂，由砾石、砂砾、粘土砾石、粗砂为主、长石云母次之的细

5、砂、中细砂、粉沙和粘土质砂组成，中夹0～4层粘土及亚粘土；局部地段钙质富集，砂粒呈胶结岩状。表1南二采区1021工作面浅部钻孔资料统计一览表钻孔四含厚度（m）三隔厚度（m)基岩面标高（m）强风化厚度（m）煤层底板标高（m）28-1410.6073.90-242.708.35-298.20J3-414.3570.20-245.7422.87-317.99J3-29.9571.00-244.0113.46-287.641021-121.3061.63-245.938.28-280.90四含中夹有的薄层粘性土层，分布不稳定，常呈透镜状犬牙交错地穿插在砂层中。单位涌水

6、量q=0.004～0.022L/s.m，k=0.003～0.31m/d。按照水文地质参数、四含砂层的结构特征及“四含”颗粒组成情况，比照《煤矿防治水规定》⑵，南二采区四含砂层应为弱含水层，且其迳流、补给、排泄条件不畅。2.2.2顶板砂岩裂隙含水层南二采区浅部煤层顶板岩性，主要由砂质泥岩、泥岩和粉砂岩、细砂岩、中粗砂岩组成，该含水层在南一采区赋存厚度0～4m。由于接近新生界底界面，风化裂隙多被充填，富水性较弱，补给来源有限，对南二采区浅部1021工作面的安全开采影响较小。2.2.3断层的富水性特征工作面内构造较简单，外段靠近风巷有F6正断层，走向北东，倾向北西,

7、倾角70°，H=0～20m，属于压扭性断层。从地面钻孔资料以及井下巷道揭露情况来看，F6断层为不导水断层，对1021工作面开采影响较小。2.2.4水体采动等级根据南一采区工作面浅部开采区域三隔、四含的分布规律、含、隔水特性，按照水体的类型、流态、规模、赋存条件，依照“三下”采煤《规程》，水体采动等级的划分⑶，确定南二采区东翼的1021工作面上覆松散含水层中的第四含水层应属Ⅱ类水体，可以进行留设防砂煤岩柱设计，允许导水裂隙带顶点波及第四含水层，但不允许冒落带顶点波及第四含水层。3工程地质特征根据《五沟煤矿建井地质报告》和《五沟煤矿南一采区含水层下开采可行性研究》

8、的研究结果：10煤层顶板强风化基岩层中