一、項目背景
某煤礦井田東部區(qū)主要含煤地層為侏羅系中統(tǒng)延安組，其中主采2-2煤層厚5.01～6.59m，平均5.70m，埋深46.64～152.66m，平均86.90m。根據東部區(qū)水文補勘資料，該區(qū)2-2 號煤層上覆正?；鶐r厚度14.38～97.55m，平均厚度45.78m，上部風化基巖厚度3.20～41.44m，按照2-2 煤層205工作面“兩帶”孔分析成果，冒落帶最大高度為煤層采厚的 7倍，導水裂縫帶發(fā)育最大高度為煤層采厚的20倍，導水裂縫帶發(fā)育最大高度為94.00m，部分地段冒落帶高度直接發(fā)育至松散沙層，導水裂縫帶全部發(fā)育至松散沙層，有效隔水層厚度H≤0，而且東部區(qū)由于存在常年性河流以及水泉較多，導水裂縫帶可能溝通地表水、松散沙層水、基巖裂隙水，易發(fā)生突水潰沙事故。此外，本井田東部區(qū)存在 110kV 輸電線路和礦井進場道路下安全開采的問題，同時井田東部某煤礦開采多年，可能存在越界開采行為。
為此東部區(qū)需要對該區(qū)薄基巖富水區(qū)域開采水文地質條件進行評價，對采后涌水量進行預測并針對不同安全開采問題，提出相應的安全技術措施和合理化建議。以期實現薄基巖富水區(qū)域工作面安全回采。
二、研究內容
1.重點針對該煤礦東部區(qū)薄基巖富水區(qū)域、井田東部區(qū)及河流流經區(qū)域、井田東部邊界可能存在采空區(qū)區(qū)域、礦井地面110kV 輸電線路路經區(qū)域、井田東部區(qū)進場道路經過區(qū)域，以上六大重點區(qū)域采煤的可行性、可靠性、安全性及其對地面建筑物的影響程度進行系統(tǒng)性評價，并分析各區(qū)域煤層開采的水害問題及其威脅程度，針對不同安全開采問題，提出相應的安全技術措施和合理化建議。
2.通過水文地質條件研究，綜合評價相鄰煤礦水、第四系薩拉烏蘇組含水層水、基巖風化裂隙水和基巖承壓含水層水等復合水體對井田東部區(qū)域開采的充水強度，對東部薄基巖區(qū)涌水量進行預測計算，為采區(qū)及礦井防排水系統(tǒng)設置與改造提供依據。
三、研究結果
1.分析認為與2-2 煤頂板突水潰沙關系密切的主要充水含水層為：第四系上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組及全新統(tǒng)沙層含水層(Q3s+Q4eol)、侏羅系碎屑巖類風化帶孔隙裂隙潛水含水層(J2z)。基巖風化裂隙地下水與上覆的薩拉烏蘇組含水層有一定的水力聯(lián)系，構成統(tǒng)一的含水體。
2.通過對含隔水層分析，得出東部區(qū)含隔水層水文地質和富水性特征以及東部區(qū)基巖、松散砂層展布規(guī)律。東部區(qū) 2 -2 煤開采時整個區(qū)域導水裂隙帶全部發(fā)育至松散層，部分區(qū)域冒落帶發(fā)育至松散層。大氣降水、地表水、薩拉烏蘇組孔隙潛水、風化基巖裂隙承壓水及煤層頂板基巖孔隙裂隙承壓水屬直接充水水源。其中各煤層頂板基巖裂隙承壓水涌水量甚微，富水性弱，易于疏干，對礦井開采危害不大。
3.針對突水潰沙問題，首次提出突水潰沙危險性多源信息分區(qū)評價方法，本礦井東部區(qū)整個區(qū)域存在突水可能性，部分薄基巖富水區(qū)域存在突水潰沙的可能性。對東部區(qū)危險性進行劃分，危險性等級共分為三級：即突水潰沙危險區(qū)(一級)、過渡區(qū)(二級)、突水危險區(qū)(三級)。
4.降低地下水位和減輕覆巖破壞程度是預防突水潰沙重要手段，據此提出了注漿加固方案和井下充填方案，得出人工注漿噸煤成本為92.6元/t，并對井下充填方式進行了對比分析，綜采原矸充填方案為最優(yōu)方案，其次為巷式矸石膏體充填方案，再次為巷式原矸充填方案。
5.東部區(qū)域及其支溝附近回采后，冒落帶、導水裂隙帶可發(fā)育至松散層，這對該煤礦東部區(qū)安全開采產生了極大威脅。本次報告建議該區(qū)域及其支溝保護煤柱留設寬度為128m，經計算壓煤量為8.01Mt。
6.東部區(qū)采空區(qū)積水威脅主要來自兩個方面：一方面是該煤礦自身正常開采形成采空區(qū)內的積水，其對整體威脅較小。另一方面，相鄰煤礦越界開采所形成的采空區(qū)，其對東部2-2 煤層的安全開采影響較大。本次報告建議自身開采所形成的采空區(qū)需留設保護煤柱寬度20m，鄰礦越界開采所形成的采空區(qū)需留設保護煤柱寬度22m。
7.東部區(qū)2-2 煤層開采后，開采損害等級均達到或超過建（構）筑物Ⅳ級破壞等級限值。本次報告建議村莊留設煤柱寬度為53m，公路煤柱寬度135m，110kV高壓線留設190m 的保安煤柱，進場公路預計壓煤量為2.63Mt，110kV 高壓線及村莊預計壓煤量為7.62Mt。
8.分別通過原煤產量和采空區(qū)面積比擬對該煤礦未來三年涌水量進行了預測，最終選取采空區(qū)面積計算該煤礦礦井涌水量，即正常涌水量為 548m3/h，礦井最大涌水量為703m3/h。
9.根據現有資料和松動圈計算結果得出，巷道掘進后產生的松動圈厚度小于2 -2號煤層上覆正常基巖厚度，理論上東部區(qū)薄基巖段具備巷道掘進施工條件。但是值得注意的是：考慮到基巖展布的不均一性、含導水構造、局部地段強富水等因素的可能影響，不排除巷道掘進期間可能出現頂板淋水、離層以致開裂、破碎情況，以及由此誘發(fā)的冒頂、突水可能。
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