韩 涛 ，张振鸾，孙庆彬

（山东鲁泰控股集团有限公司，山东 济宁 272000）

1 概 况

太平煤矿6南区域3煤整体厚度为2.10～9.97m，上覆岩层厚度为0～31.3m，煤层较稳定，分布范围大体南北向，西侧为3煤层露头，东侧留设大堤保护煤柱，北侧临近6309工作面。共布置6南01、6南02、6南03与6南04等4个工作面，采用分层开采，第一分层回采过程中各工作面涌水量普遍小于10m3/h，二分层及6南02、6南03工作面三分层膏体充填开采过程中，工作面顶板仅有少量淋水，水量1～5m3/h，回采中没有发生冒顶、溃水溃砂事故，充填质量良好，实现了安全回采，为相同地质条件下的其他煤层开采提供了基础资料和借鉴依据。为充分回收该部分煤炭资源，拟开采6南04（3）工作面，为保证安全回踩，需合理确定安全煤柱。

2 三分层膏体充填开采覆岩破坏高度计算

2.1 规程公式计算

对于煤层膏体充填开采引起的覆岩破坏规律，《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中没有直接适合膏体充填开采条件下导水裂缝带高度的计算公式（单层厚度1～3m），以下以等效开采厚度法采用“三下”规程计算公式对六南04（3）回采后对上覆岩层的变化影响情况进行分析，重点对导水裂缝带的发育高度进行计算。

膏体充填为完全充填采空区的开采方法，实际采厚不能直接用于计算，为此引入等效采厚的概念：实际采厚与膏体充填体的有效厚度之差。开采后的等效采厚主要由3部分组成：膏体充填前及充填过程中的顶板下沉量、膏体充填接顶不实量和膏体凝固过程中的压缩量；等效采厚采用法即：M等=M-M膏。

六南采区各工作面一分层垮落法开采1.8m；二分层充填开采，采厚2.2m，等效采厚0.58m。开采六南02三分层工作面,采厚2.2m时，经过长时间（6个月后）固结后，打钻探测及实际揭露数据显示，顺槽膏体的稳定后厚度为1.75m～2m，平均1.97m；工作面内膏体稳定后厚度为1.6m～2m，平均1.86m；由于顺槽位置充填施工条件较好，效果较好，保守考虑，膏体的有效厚度取为1.86m，据此估算膏体充填开采，控制采高2.2m时，等效采高为0.34m。二、三分层等效采厚差别加大，主要是一分层未充填、二分层沿采空区回采，顶板控制难度大，三分层在充填体下回采，顶板平整。

表1 厚煤层分层开采的导水裂缝带高度计算公式

表2 规程公式计算的覆岩破坏高度

2.2 本矿实测结果预计

太平煤矿8311工作面3煤层基岩厚度厚度5.1～33.3 m，底部黏土厚度 0～6 m，基岩面标高 -107.7～-120.5 m，底分层采用膏体充填开采，采高2.2 m，实测导水裂缝带最大高度为6.93 m，裂采比为3.15。实测表明采用充填开采工艺，导水裂缝带发育高度明显减小。此外8309工作面在覆岩厚度最薄11.4 m情况下，实现8.8 m采厚按照四个分层膏体充填安全开采。

根据上述分析，六南04工作面三分层膏体充填开采导水裂缝带高度计算，可采用裂采比数值为3.15。

表3 本矿实测结果预计的覆岩破坏高度（叠加区）

2.3 相似模型试验结果预计

开采前进行三分层膏体充填开采覆岩变化情况的的相似模拟研究。选取几何相似常数Cl=100:1、时间相似常数Ct=10:1、密度相似常数Cρ=1.67:1进行模拟，生产过程中覆岩裂隙逐渐压实，在开切眼和停采线等地方裂隙向上发育，垮落带基本不变化，转换后导水裂缝带高度21.33～22.8m。

表4 相似模型试验预计的覆岩破坏高度

2.4 覆岩破坏高度综合确定

从上面计算的覆岩破坏高度来看，从工作面实际开采情况考虑以及六采区其他分层的成功开采经验，为保证安全开采，六南04（3）工作面覆岩破坏高度选用预测结果中的最大值，即覆岩破坏高度选择规程公式（一）的计算结果。

表5 综合分析覆岩破坏高度

3 防水煤岩柱尺寸留设

根据以往地质资料，六南采区范围内第四系下组属中等富水性含水层，但总体中等偏弱，顶板砂岩、煤系风化带，含水性微弱，顶板砂岩水会逐渐随开采而被疏干，第四系底部黏土普遍分布，且具有较好的隔水保护层作用，工程地质类型以中细砂岩和泥岩为主，基本为软弱～中硬偏软弱类型，采动的水体等级为Ⅰ-Ⅱ之间，保守设计，全部按照Ⅰ级留设即顶板安全防水煤岩柱。

顶板防水安全煤岩柱计算方法为：

式中：Hsh为防水安全煤岩柱厚度，m；Hli为导水裂缝带高度，m；Hb为保护层厚度，m。

表6 保护层厚度计算方法（不适用于综放开采） 单位：m

表7 防水煤岩柱尺寸设计

经一、二分层的开采扰动，三分层开采时顶板岩性考虑为软弱，安全起见保护层厚度考虑为3A厚度。

4 结论和建议

1）采取“三下”采煤规程经验公式、本矿实测的分层开采和邻近工作面模型试验预计，并结合六南044 结论和建议

2）采取“三下”采煤规程经验公式、本矿实测的分层开采和邻近工作面模型试验预计，并结合六南04（3）工作面上方已经开采的一分层、二分层开采范围、采厚等工程地质条件以及邻近工作面的开采经验，计算六南04第三分层开采的垮落带、导水裂缝带高度，即垮落带未进一步发育，采厚分别为2.2m和1.8m，导水裂缝带高度分别为24.25m和24.08m；

3）由于开采上限的限制，第一分层工作面和二三分层工作面在采准巷道上位置不同；不同开采方法叠加的部位，有可能是导水裂缝带高度发育较大的部位。

4）煤层回采过程中要注意断层的影响，做好超前探测工作。

5）设计的防水煤柱，比本矿已采工作面实测值偏大，开采过程中要做好相关数据的观测，进一步改进。