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[摘 要]新集一矿150801工作面位于阜凤下夹片断层下，8#煤顶板距离上覆下夹片断层46～88m，在局部地段，采动后的导水裂隙带有可能波及下夹片断层带，导致夹片断层带水及夹片灰岩水涌人矿坑，严重危及150801工作面的安全回采，因此需要合理留设导水断层边界防水煤柱。根据淮南矿区经验，留设防水煤柱一般取经验值80～100m，这个取值会在一定程度上造成压煤，本文通过计算，得出防水煤柱宽度应取值为70m，这样既能提供矿井安全回采的科学依据，又能减少压煤量，提高回采量。并可为今后其他采煤工作面留设防水煤柱提供参考。
[关键词]新集一矿；导水断层；防水煤柱；150801工作面
中图分类号：TD32 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）31-0357-01
防水煤柱留设是矿井防治水工作的重要内容之一，对较大断层留设合理的防水煤岩柱是我国各矿区最普遍应用的方法，亦是防止断层突水最有效的方法之一。对与强含水层连通的导水断层，必须按规定留设合理防隔水煤柱。在同一矿区内，一般采用一个既定的经验值。但由于个别矿井地质条件的特殊性，导致矿井防水煤柱留设宽度过大，造成严重的压煤。本文根据新集一矿的构造特征及富水性分析，探讨了以阜凤逆冲断层面为边界的150801工作面的防水煤柱宽度的留设情况。
1 150801工作面构造条件分析
新集一矿150801工作面位于井田南东翼采区的南部，设计走向长2080m，倾斜宽108m。150801工作面主采8#煤层，该煤层稳定，结构简单，倾角3°～8°，煤厚1.90～4.73m，平均厚度为3.34m。8#煤顶板距离上覆阜凤下夹片断层46～8m，阜凤逆冲断层面走向近东西～北西西，倾向北，倾角浅部缓（5°～10°），深部较陡（20°～30°），总体为一单斜构造，次一级的褶曲比较发育。该断层面是一个宽缓圆滑的曲面，在本区总的趋势向南倾，沿倾向倾角变化大，北部倾角缓，一般5°左右，局部近水平或倾向北，向南倾角逐渐增大，一般为20°左右。沿走向方向也呈现出波状起伏的曲面特征，由5线向东，推覆面逐渐下凹。阜凤逆冲断层上、下均存在分支断层，上分支为主动分支，以叠瓦式出现，，下分支为被动分支，以透镜状夹片出现。F02逆冲断层为阜凤逆冲断层之上的叠瓦式分支之一， 位于311、201、102孔附近。在井田南部发育阜凤下夹片断层（逆冲），在倾向剖面上呈透镜状或勺状，夹片有部分奥陶系及石炭一二叠系地层组成，地层倒转、层位紊乱，岩层产状变化大岩石破碎，煤岩层对比困难。
2 150801工作面上覆夹片地层富水性分析
2.1 夹片灰岩分布规律
从整个矿区来看，夹片灰岩约占20%，主要为石炭系太原组薄层灰岩， 仅在1线见奥灰。灰岩厚度为0.54～154.15m，平均26.13m。其厚度和埋深变化较大，总的特征是：倾向方向南厚北薄，与夹片地层厚度的倾向方向变化趋势一致。灰岩分布在夹片地层的上部， 至夹片底界面的垂距为23.82～150.85m，1线和5灰岩自夹片顶部分布至底面，8线灰岩分布在夹片底部。
2.2 夹片富水性分析
灰岩为夹片中的主要含水岩体， 含承压岩溶裂隙水。但从揭露钻孔资料分析， 灰岩岩溶不发育， 夹片地层富水性弱， 这可从以下几个方面得到证实：
第一，揭露夹片的钻孔中，仅0103、103、106 、313等少数几个钻孔漏水，而且漏水量较小。其中103孔耗漏水量0.2～0.24m3/h，漏水深度为232～272m。106孔耗漏水量1.06～3.2 m3/h， 漏水深度为348～387.6m。
第二，新集矿区曾在313孔做过抽水实验，计算得q =0.00593L/（s.m），K= 00034m/d。新集二矿主井探水注浆孔揭露时单孔最大涌水量20 .06m3/h.
第三，阜凤下夹片断层带宽度0～8.45m，主要为破碎的砂泥岩等隔水岩性组成，仅在709孔灰岩段漏水（但距工作面较远），而在北部的108孔（工作面设计切眼附近）未见灰岩且不漏水。因而，可以认为阜凤下夹片断层带导水性和含水性较弱且不均匀。
3 F02断层上盘防水煤柱的计算
3.1 防水煤柱宽度的确定
煤柱宽度的留设受煤层埋藏深度、煤层厚度、煤层倾角、巷道断面面积、支护阻力等众多因素的影响，煤柱留设需要满足两个条件：（1）防水煤柱有足够宽度的弹性核区抵抗老空水侧向静水压力。煤柱两侧塑性变形区域称为屈服区，中部未发生塑性变形的区域成为弹性核区。屈服区内煤体采动裂隙充分发育，煤层渗透能力剧增，基本丧失隔水能力。煤柱真正发挥隔水作用的是未发生塑性破坏的中部弹性核区，该区域煤体因受采动影响较小，仍有较强隔水能力。（2）防水煤柱宽度要保证覆岩最大导水裂隙带不贯通。在矿山压力作用下，煤柱两侧采动将引起上覆岩层的运动，两侧采空区导水裂隙带各自发育，导水裂隙带一旦贯通将可能发生透水危险。
3.2 考虑断层水在顺煤层方向上压力煤柱留设计算
计算公式如下：
式中：L为煤柱留设的宽度（m），L≥20m为安全系数，一般取2～5；M为煤层厚度或采高（m）；P为水头压力（kg/cm2）；Kp为煤的抗张强度（kg/cm2）。
新集一矿150801工作面开采主煤层为8#煤层，煤厚1.90～4.73m，平均厚度为3.34m，采高为4.0m，m，故取M=3.5m。计算防水煤柱宽度时取高水头值，P约为9MPa（90kg /cm2 ）。Kp为煤的抗张强度，根据实验数据取0.65MPa；K值取5。带入式中得L=56.4m。考虑断层破碎带宽度为8～15m，故在回采F02断层上盘煤层时，留设70m宽的防水煤柱。
3.3 考虑煤层底部隔水层能否抗住下部含水层时煤柱留设计算
计算公式如下：
式中：a为断层倾角（°），取值20°；L为为断层防水煤柱宽度（m），L≥20m。
+10
式中：P为防水煤柱所承受的静水压力（MPa），取值3MPa；V为突水系数，取0.08MPa/m；
保护带厚度一般取10m。
求得=47.5m，L=67.8m
根据以上两种方法计算的结果，综合考虑F02断层的构造特征和水文地质特性，断层上盘150801工作面防水煤柱应留设70m。
4 结论
（1）新集一矿150801工作面靠近F02断层需留设防水煤柱，经计算的防水煤柱为70m，实际生产中留设的100m煤柱，虽能确保矿井安全，但是严重压煤。
（2）采用计算的70m断层边界防水煤柱，既能确保了安全生产，又可取得较好的经济效益，并为以后的工作面开采提供参考。
（3）以其他大型导水断层为边界的采煤工作面，可采用相同的计算方法计算防水煤柱宽度，但其公式中参数应当根据具体情况而定。
参考文献
[1] 袁中帮.巷道过断层及断层防水煤柱留设方法初探[J].中国煤炭，2009（03）.
[2] 刘洋，柴学周，李竞生.巷道过断层及断层防水煤柱留设方法初探[J]. 煤炭学报，2009（03）.
[3] 刘衍高. 深部开采区导水断层防水煤柱合理留设探析[J]. 煤矿开采，2008（01）.
[4] 李阳，刘春平，孙明聪，王景丽，陶威.朱集煤矿导水断层边界防水煤柱合理留设研究[J].地下水，2012（03）.
作者简介：凡鹏（1976—— ），安徽淮南人，助理工程师，1996年毕业于淮南工业学校煤矿开采技术专业，2009年毕业于安徽理工大学采矿工程专业，现供职于国投新集能源股份有限公司新集一矿地测科，
[关键词]新集一矿；导水断层；防水煤柱；150801工作面
中图分类号：TD32 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）31-0357-01
防水煤柱留设是矿井防治水工作的重要内容之一，对较大断层留设合理的防水煤岩柱是我国各矿区最普遍应用的方法，亦是防止断层突水最有效的方法之一。对与强含水层连通的导水断层，必须按规定留设合理防隔水煤柱。在同一矿区内，一般采用一个既定的经验值。但由于个别矿井地质条件的特殊性，导致矿井防水煤柱留设宽度过大，造成严重的压煤。本文根据新集一矿的构造特征及富水性分析，探讨了以阜凤逆冲断层面为边界的150801工作面的防水煤柱宽度的留设情况。
1 150801工作面构造条件分析
新集一矿150801工作面位于井田南东翼采区的南部，设计走向长2080m，倾斜宽108m。150801工作面主采8#煤层，该煤层稳定，结构简单，倾角3°～8°，煤厚1.90～4.73m，平均厚度为3.34m。8#煤顶板距离上覆阜凤下夹片断层46～8m，阜凤逆冲断层面走向近东西～北西西，倾向北，倾角浅部缓（5°～10°），深部较陡（20°～30°），总体为一单斜构造，次一级的褶曲比较发育。该断层面是一个宽缓圆滑的曲面，在本区总的趋势向南倾，沿倾向倾角变化大，北部倾角缓，一般5°左右，局部近水平或倾向北，向南倾角逐渐增大，一般为20°左右。沿走向方向也呈现出波状起伏的曲面特征，由5线向东，推覆面逐渐下凹。阜凤逆冲断层上、下均存在分支断层，上分支为主动分支，以叠瓦式出现，，下分支为被动分支，以透镜状夹片出现。F02逆冲断层为阜凤逆冲断层之上的叠瓦式分支之一， 位于311、201、102孔附近。在井田南部发育阜凤下夹片断层（逆冲），在倾向剖面上呈透镜状或勺状，夹片有部分奥陶系及石炭一二叠系地层组成，地层倒转、层位紊乱，岩层产状变化大岩石破碎，煤岩层对比困难。
2 150801工作面上覆夹片地层富水性分析
2.1 夹片灰岩分布规律
从整个矿区来看，夹片灰岩约占20%，主要为石炭系太原组薄层灰岩， 仅在1线见奥灰。灰岩厚度为0.54～154.15m，平均26.13m。其厚度和埋深变化较大，总的特征是：倾向方向南厚北薄，与夹片地层厚度的倾向方向变化趋势一致。灰岩分布在夹片地层的上部， 至夹片底界面的垂距为23.82～150.85m，1线和5灰岩自夹片顶部分布至底面，8线灰岩分布在夹片底部。
2.2 夹片富水性分析
灰岩为夹片中的主要含水岩体， 含承压岩溶裂隙水。但从揭露钻孔资料分析， 灰岩岩溶不发育， 夹片地层富水性弱， 这可从以下几个方面得到证实：
第一，揭露夹片的钻孔中，仅0103、103、106 、313等少数几个钻孔漏水，而且漏水量较小。其中103孔耗漏水量0.2～0.24m3/h，漏水深度为232～272m。106孔耗漏水量1.06～3.2 m3/h， 漏水深度为348～387.6m。
第二，新集矿区曾在313孔做过抽水实验，计算得q =0.00593L/（s.m），K= 00034m/d。新集二矿主井探水注浆孔揭露时单孔最大涌水量20 .06m3/h.
第三，阜凤下夹片断层带宽度0～8.45m，主要为破碎的砂泥岩等隔水岩性组成，仅在709孔灰岩段漏水（但距工作面较远），而在北部的108孔（工作面设计切眼附近）未见灰岩且不漏水。因而，可以认为阜凤下夹片断层带导水性和含水性较弱且不均匀。
3 F02断层上盘防水煤柱的计算
3.1 防水煤柱宽度的确定
煤柱宽度的留设受煤层埋藏深度、煤层厚度、煤层倾角、巷道断面面积、支护阻力等众多因素的影响，煤柱留设需要满足两个条件：（1）防水煤柱有足够宽度的弹性核区抵抗老空水侧向静水压力。煤柱两侧塑性变形区域称为屈服区，中部未发生塑性变形的区域成为弹性核区。屈服区内煤体采动裂隙充分发育，煤层渗透能力剧增，基本丧失隔水能力。煤柱真正发挥隔水作用的是未发生塑性破坏的中部弹性核区，该区域煤体因受采动影响较小，仍有较强隔水能力。（2）防水煤柱宽度要保证覆岩最大导水裂隙带不贯通。在矿山压力作用下，煤柱两侧采动将引起上覆岩层的运动，两侧采空区导水裂隙带各自发育，导水裂隙带一旦贯通将可能发生透水危险。
3.2 考虑断层水在顺煤层方向上压力煤柱留设计算
计算公式如下：
式中：L为煤柱留设的宽度（m），L≥20m为安全系数，一般取2～5；M为煤层厚度或采高（m）；P为水头压力（kg/cm2）；Kp为煤的抗张强度（kg/cm2）。
新集一矿150801工作面开采主煤层为8#煤层，煤厚1.90～4.73m，平均厚度为3.34m，采高为4.0m，m，故取M=3.5m。计算防水煤柱宽度时取高水头值，P约为9MPa（90kg /cm2 ）。Kp为煤的抗张强度，根据实验数据取0.65MPa；K值取5。带入式中得L=56.4m。考虑断层破碎带宽度为8～15m，故在回采F02断层上盘煤层时，留设70m宽的防水煤柱。
3.3 考虑煤层底部隔水层能否抗住下部含水层时煤柱留设计算
计算公式如下：
式中：a为断层倾角（°），取值20°；L为为断层防水煤柱宽度（m），L≥20m。
+10
式中：P为防水煤柱所承受的静水压力（MPa），取值3MPa；V为突水系数，取0.08MPa/m；
保护带厚度一般取10m。
求得=47.5m，L=67.8m
根据以上两种方法计算的结果，综合考虑F02断层的构造特征和水文地质特性，断层上盘150801工作面防水煤柱应留设70m。
4 结论
（1）新集一矿150801工作面靠近F02断层需留设防水煤柱，经计算的防水煤柱为70m，实际生产中留设的100m煤柱，虽能确保矿井安全，但是严重压煤。
（2）采用计算的70m断层边界防水煤柱，既能确保了安全生产，又可取得较好的经济效益，并为以后的工作面开采提供参考。
（3）以其他大型导水断层为边界的采煤工作面，可采用相同的计算方法计算防水煤柱宽度，但其公式中参数应当根据具体情况而定。
参考文献
[1] 袁中帮.巷道过断层及断层防水煤柱留设方法初探[J].中国煤炭，2009（03）.
[2] 刘洋，柴学周，李竞生.巷道过断层及断层防水煤柱留设方法初探[J]. 煤炭学报，2009（03）.
[3] 刘衍高. 深部开采区导水断层防水煤柱合理留设探析[J]. 煤矿开采，2008（01）.
[4] 李阳，刘春平，孙明聪，王景丽，陶威.朱集煤矿导水断层边界防水煤柱合理留设研究[J].地下水，2012（03）.
作者简介：凡鹏（1976—— ），安徽淮南人，助理工程师，1996年毕业于淮南工业学校煤矿开采技术专业，2009年毕业于安徽理工大学采矿工程专业，现供职于国投新集能源股份有限公司新集一矿地测科，