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摘 要：随着国内外对第四系、第三系松散含水层水体下安全采煤技术的广泛深入研究，已经在许多矿区实践并取得了重大进展。本文着重介绍了多伦协鑫煤矿分布在第三系砂砾岩含水层为弱富水性区域内的7煤下分层工作面，根据砂砾岩含水层边界将1704-2工作面划分为“底粘区”和“底砾区”两个区域，并针对不同区域分别留设防塌安全煤（岩）柱和防砂安全煤（岩）柱。对含水层下综放开采提供了指导和借鉴意义。
关键词：底粘区；底砾区；防塌安全煤（岩）柱；防砂安全煤（岩）柱
中图分类号：TD823 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）14-0188-01
前 言
1704-2工作面位于一采区上山北翼，为7号煤下分层的第二个工作面，北部切眼处靠近矿井边界。该工作面位于1702-1和1704-1工作面采空区下方，1704-2走向长度963m，倾向宽度130m，由于切眼处顶板压力大，发生冒落，新切眼向南移100m。
1 工作面主要含水层
第三系上新统底部砂砾岩孔隙承压水含水层，水压约1.60MPa，其影响半径为609～778m。该含水层距7号煤顶板距离近，局部没有粘土层存在，采动裂隙可使工作面与该含水层导通，因此是矿井主要防范的含水层，也是本论文探讨的重点。
2 多伦协鑫矿一采区北翼7煤上分层综放回采经验
矿方将一采区北翼各工作面均划分为“底粘区”和“底砾区”，“底砾区”砂砾层厚度薄，留设防砂安全煤（岩）柱；“底粘区”留设防塌安全煤（岩）柱。北翼上分层各工作面已成功安全回采，表明“底砾区”留设防砂安全煤岩柱和“底粘区”留设防塌安全煤岩柱的安全可行性。对于1704-2工作面的回采均有可直接借鉴的价值。
3 1704-2工作面安全煤岩柱留设类型
根据水文补勘成果及2017版《“三下”采煤规范》第六十六条规定，工作面上方的“底砾区”砂砾层可按防砂安全煤（岩）柱留设，工作面上方的“底粘区”可留设防塌安全煤（岩）柱。
4 一采区7煤分层综放开采覆岩破坏特征总结
通过“两带”高度实测与UDEC数值模拟，总结统计得出协鑫煤矿一采区7煤下分层的垮采比4.74，裂采比8.62，作为一采区7煤分层综放开采条件下合理留设安全煤岩柱的依据。
5 1704-2工作面安全煤岩柱留设
5.1 综放开采“两带”高度预计
采用“两带”实测值对1704-2工作面覆岩破坏高度进行预计，工作面内09-D1和ZK321孔位置垮落带和导水裂缝带高度均大于基岩厚度，因此需采取限厚开采措施。
5.2 安全回采厚度计算
为确保在开采过程中满足安全煤岩柱厚度，对于煤厚较大的区段需进行限厚开采。1704-2工作面靠近开切眼区域内第三系底部地层为厚粘土层，“底粘区”留设防塌安全煤岩柱；靠近停采线区域第三系底部地层为砂砾岩含水层的区域，“底砾区”留设防砂安全煤岩柱。根据1704-2工作面基岩厚度等值线图，基岩厚度为55～74.9m，按照基岩厚度和煤岩柱留设类型，将工作面划分为I区、II区和III区3个区域，即“底粘区”（I区）基岩厚度70～74.9m；“底砾区”II区基岩厚度60～70m和“底砾区”III区基岩厚度55～65m，并根据安全煤岩柱的留设要求及基岩厚度，反算工作面安全回采厚度。
5.2.1 开切眼附近“底粘区”（I区）留设防塌安全煤岩柱
防塌安全煤岩柱垂高（Ht）应等于或接近于垮落带的最大高度（Hm），即：Ht≈Hm。
反算公式：
Ht≤煤层上覆基岩厚度
Ht≈4.74A
由基岩厚度等值线图可知，“底粘区”中，基岩厚度的范围为70～74.9m，按照最小值70m反算。即：4.74A≤70m。
得：A≤14.77m，则安全回采的最大厚度为14.77m。由于上分层已回采8.1m，认为“底粘区”回采厚度小于6.67m时是安全的。
5.2.2 “底砾区”（II区）留设防砂安全煤岩柱
（1）防砂安全煤岩柱垂高（Hs）应大于或等于垮落带的最大高度（Hm）加上保護层厚度（Hb），即：Hs≥Hm+Hb。
（2）安全煤岩柱保护层留设方式
根据最小安全厚度法的规定，覆岩类型为软弱型，选2.8A为保护层厚度。
（3）反算公式。
1704-2工作面停采线“底砾区”（II区）基岩柱厚度为60～70m左右，按照最小值60m计算安全回采厚度。即：4.74×（8.1+A）+2.8A≤60m。
经计算A≤2.86m，则安全回采的最大厚度为2.86m。认为该“底砾区”回采厚度小于2.86m时是安全的。工作面内ZK321钻孔和上下顺槽探测7号煤下分层厚度大于9m，因此本区域需限制采厚为2.80m。
5.2.3 “底砾区”（III区）留设防砂安全煤岩柱
1704-2工作面停采线“底砾区”（III区）基岩柱厚度为55～65m左右，其中ZK321钻孔揭露基岩厚度为61.24m，按照最小值55m计算安全回采厚度。即：4.74×（8.1+A）+2.8A≤55m
则A≤2.20m，则安全回采的最大厚度为2.20m。而321钻孔揭露煤层（含夹矸）厚度为19.02m，其中下分层9.54m。1704-2工作面探测下分层煤层厚度为9m。考虑限厚开采后剩余煤层厚度可作为防砂安全煤（岩）柱的一部分，即增大了基岩厚度。根据II区的计算结果，基岩厚度为60m时可限厚开采2.8m，III区采厚为2.8m时剩余煤层厚度为6.2m，则该区最小煤岩柱厚度将大于60m，满足防砂安全煤（岩）柱留设厚度要求。因此，“底砾区”（III区）可限厚开采2.8m。
通过以上计算分析，将1704-2工作面的开采厚度分为2个区域：开切眼附近“底粘区”采放厚度6.67m；停采线附近“底砾区”综采厚度2.80m。
6 结 论
该工作面主要受第三系上新统底部砂砾岩孔隙承压水含水层水影响，通过“两带”高度实测与UDEC数值模拟，总结统计得出协鑫煤矿一采区7煤分层综放开采后覆岩破坏垮落带及导水裂缝带高度，结合地质及水文地质条件划分出“底砾区”和“底粘区”，并根据不同情况分别留设防砂安全煤（岩）柱和防塌安全煤（岩）柱。目前该工作面安全回采并接近收尾。对含水层下综放开采提供了指导和借鉴意义。
参考文献
[1]多伦协鑫煤矿《矿井地质报告》.
[2]多伦协鑫煤矿《初步设计说明书》.
[3]《多伦协鑫煤矿1704-2工作面含水层下综放开采可行性研究报告》.
收稿日期：2018-4-15
作者简介：刘 鑫（1978-），地质助理工程师。
关键词：底粘区；底砾区；防塌安全煤（岩）柱；防砂安全煤（岩）柱
中图分类号：TD823 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）14-0188-01
前 言
1704-2工作面位于一采区上山北翼，为7号煤下分层的第二个工作面，北部切眼处靠近矿井边界。该工作面位于1702-1和1704-1工作面采空区下方，1704-2走向长度963m，倾向宽度130m，由于切眼处顶板压力大，发生冒落，新切眼向南移100m。
1 工作面主要含水层
第三系上新统底部砂砾岩孔隙承压水含水层，水压约1.60MPa，其影响半径为609～778m。该含水层距7号煤顶板距离近，局部没有粘土层存在，采动裂隙可使工作面与该含水层导通，因此是矿井主要防范的含水层，也是本论文探讨的重点。
2 多伦协鑫矿一采区北翼7煤上分层综放回采经验
矿方将一采区北翼各工作面均划分为“底粘区”和“底砾区”，“底砾区”砂砾层厚度薄，留设防砂安全煤（岩）柱；“底粘区”留设防塌安全煤（岩）柱。北翼上分层各工作面已成功安全回采，表明“底砾区”留设防砂安全煤岩柱和“底粘区”留设防塌安全煤岩柱的安全可行性。对于1704-2工作面的回采均有可直接借鉴的价值。
3 1704-2工作面安全煤岩柱留设类型
根据水文补勘成果及2017版《“三下”采煤规范》第六十六条规定，工作面上方的“底砾区”砂砾层可按防砂安全煤（岩）柱留设，工作面上方的“底粘区”可留设防塌安全煤（岩）柱。
4 一采区7煤分层综放开采覆岩破坏特征总结
通过“两带”高度实测与UDEC数值模拟，总结统计得出协鑫煤矿一采区7煤下分层的垮采比4.74，裂采比8.62，作为一采区7煤分层综放开采条件下合理留设安全煤岩柱的依据。
5 1704-2工作面安全煤岩柱留设
5.1 综放开采“两带”高度预计
采用“两带”实测值对1704-2工作面覆岩破坏高度进行预计，工作面内09-D1和ZK321孔位置垮落带和导水裂缝带高度均大于基岩厚度，因此需采取限厚开采措施。
5.2 安全回采厚度计算
为确保在开采过程中满足安全煤岩柱厚度，对于煤厚较大的区段需进行限厚开采。1704-2工作面靠近开切眼区域内第三系底部地层为厚粘土层，“底粘区”留设防塌安全煤岩柱；靠近停采线区域第三系底部地层为砂砾岩含水层的区域，“底砾区”留设防砂安全煤岩柱。根据1704-2工作面基岩厚度等值线图，基岩厚度为55～74.9m，按照基岩厚度和煤岩柱留设类型，将工作面划分为I区、II区和III区3个区域，即“底粘区”（I区）基岩厚度70～74.9m；“底砾区”II区基岩厚度60～70m和“底砾区”III区基岩厚度55～65m，并根据安全煤岩柱的留设要求及基岩厚度，反算工作面安全回采厚度。
5.2.1 开切眼附近“底粘区”（I区）留设防塌安全煤岩柱
防塌安全煤岩柱垂高（Ht）应等于或接近于垮落带的最大高度（Hm），即：Ht≈Hm。
反算公式：
Ht≤煤层上覆基岩厚度
Ht≈4.74A
由基岩厚度等值线图可知，“底粘区”中，基岩厚度的范围为70～74.9m，按照最小值70m反算。即：4.74A≤70m。
得：A≤14.77m，则安全回采的最大厚度为14.77m。由于上分层已回采8.1m，认为“底粘区”回采厚度小于6.67m时是安全的。
5.2.2 “底砾区”（II区）留设防砂安全煤岩柱
（1）防砂安全煤岩柱垂高（Hs）应大于或等于垮落带的最大高度（Hm）加上保護层厚度（Hb），即：Hs≥Hm+Hb。
（2）安全煤岩柱保护层留设方式
根据最小安全厚度法的规定，覆岩类型为软弱型，选2.8A为保护层厚度。
（3）反算公式。
1704-2工作面停采线“底砾区”（II区）基岩柱厚度为60～70m左右，按照最小值60m计算安全回采厚度。即：4.74×（8.1+A）+2.8A≤60m。
经计算A≤2.86m，则安全回采的最大厚度为2.86m。认为该“底砾区”回采厚度小于2.86m时是安全的。工作面内ZK321钻孔和上下顺槽探测7号煤下分层厚度大于9m，因此本区域需限制采厚为2.80m。
5.2.3 “底砾区”（III区）留设防砂安全煤岩柱
1704-2工作面停采线“底砾区”（III区）基岩柱厚度为55～65m左右，其中ZK321钻孔揭露基岩厚度为61.24m，按照最小值55m计算安全回采厚度。即：4.74×（8.1+A）+2.8A≤55m
则A≤2.20m，则安全回采的最大厚度为2.20m。而321钻孔揭露煤层（含夹矸）厚度为19.02m，其中下分层9.54m。1704-2工作面探测下分层煤层厚度为9m。考虑限厚开采后剩余煤层厚度可作为防砂安全煤（岩）柱的一部分，即增大了基岩厚度。根据II区的计算结果，基岩厚度为60m时可限厚开采2.8m，III区采厚为2.8m时剩余煤层厚度为6.2m，则该区最小煤岩柱厚度将大于60m，满足防砂安全煤（岩）柱留设厚度要求。因此，“底砾区”（III区）可限厚开采2.8m。
通过以上计算分析，将1704-2工作面的开采厚度分为2个区域：开切眼附近“底粘区”采放厚度6.67m；停采线附近“底砾区”综采厚度2.80m。
6 结 论
该工作面主要受第三系上新统底部砂砾岩孔隙承压水含水层水影响，通过“两带”高度实测与UDEC数值模拟，总结统计得出协鑫煤矿一采区7煤分层综放开采后覆岩破坏垮落带及导水裂缝带高度，结合地质及水文地质条件划分出“底砾区”和“底粘区”，并根据不同情况分别留设防砂安全煤（岩）柱和防塌安全煤（岩）柱。目前该工作面安全回采并接近收尾。对含水层下综放开采提供了指导和借鉴意义。
参考文献
[1]多伦协鑫煤矿《矿井地质报告》.
[2]多伦协鑫煤矿《初步设计说明书》.
[3]《多伦协鑫煤矿1704-2工作面含水层下综放开采可行性研究报告》.
收稿日期：2018-4-15
作者简介：刘 鑫（1978-），地质助理工程师。