王 剑，张彩翔

(1.潞安环能股份公司 生产办，山西 长治 046204；2.潞安环能股份公司 设备租赁站，山西 长治 046024)

潞安集团小南村煤业3306工作面位于矿井井田东南部，东部紧邻漳泽水库。由于该工作面距离水库较近且工作面的埋藏较浅，面临较大的突水危险。本文通过3306工作面近水体下安全开采可行性论证，制定合理的开采技术方案和防治水技术措施，保证工作面薄基岩区近水体下安全开采，并最大限度地提高煤炭资源回收率，促进矿井可持续发展。

1 工作面概况

3306工作面设计宽度约136 m，初始设计工作面长度约340 m，工作面距离水库最近距离310 m。工作面煤层厚度平均约7 m，倾角约3～10°，煤层底板标高+640～+660 m。3号煤层底板自工作面西向东逐渐走高，工作面自东向西俯斜推进。根据地质勘探资料，3306工作面开采区域附近未发现构造，地质条件简单。

2 3306工作面开采安全可行性分析

为了更好地分析3306工作面近水体开采的安全可行性，重点参考本矿邻近的王庄煤矿6206工作面近水体下采煤实践经验，对小南村3306工作面近水体下采煤安全可行性进行论证。王庄矿6206工作面与小南村3306工作面最短直线距离约500 m，该工作面2007年8月至2008年6月进行回采，开采煤层厚度6.9 m，设计工作面宽度230 m，切眼距离漳泽水库最近距离254 m，第四系表土层厚度为130～200 m，基岩厚度为100～120 m，回采前通过井下钻孔预先疏放基岩风化带及第四系底部含水层水体，降低含水层水位，该工作面回采过程中正常涌水量30 m3/h，最大涌水量80 m3/h,回采未受水害影响，实现了安全生产。

2.1 漳泽水库保护煤柱留设宽度可行性分析

由于3306工作面东部为漳泽水库，鉴于此水库对区域经济发展、生产生活及环境调节的重要作用，属于不可波及水体，3306开采过程中必须留设足够的水库保护煤柱。由于本矿井未开展地面沉陷观测，水库留设保护煤柱尺寸计算需要的基础参数如岩层移动角、表土层移动角等数据缺失。经收集邻近王庄矿6202工作面的沉陷观测成果资料，确定松散表土层移动角φ取45°，基岩移动角γ取70°，根据规范要求水库围护带宽度取20 m，确保工作面对水库水体的安全距离，同时保证工作面采后水库水体不能倒灌至塌陷区。同时根据地面物探资料及钻孔柱状图分析，该工作面上覆表土层厚度平均150 m，基岩厚度约85 m。根据以上各种参数，根据国家能源局下发的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》相关规定，水体下开采留设防水煤岩柱的宽度按公式计算如下：

L=l+h×cotφ+H×cotγ

=20+150×cot45°+85×cot70°

=200 m

式中：l为围护带宽度，m;h为表土层厚度，m；φ为表土层移动角，°；H为3号煤上覆岩层厚度，m；γ为基岩移动角，°。水库保护煤柱留设如图1所示。

图1 水库保护煤柱尺寸设计

经过计算，得到3306工作面水库保护煤柱尺寸约需200 m。3306工作面初步设计的切眼位置处于漳泽水库外侧约310 m，距离水库边界尚有约110 m安全隔离间距。可保障工作面安全可采。

2.2 工作面导通上覆表土层及基岩风化带富水区危险性评价

由于该工作面埋藏较浅，工作面开采过程中产生的导水裂隙有导通表土层富水区或者基岩风化带富水区的风险。因此需要对3306工作面导通上覆表土层及基岩风化带富水区危险性评价。首先对工作面开采产生的导水裂隙带高度进行分析，因本矿无实测资料，收集附近王庄煤综放开采导水裂缝带现场实测资料[1]，获取本区域导水裂缝带最大高度计算经验公式如下：

H=20.2M+1

式中：M为煤层有效采厚，m。

3306工作面采厚约7 m，计算3306工作面综放开采导水裂缝带高度约151.4 m，工作面东部开采区域基岩厚度仅为85 m，导水裂缝带将波及基岩风化带及第四系松散含水层。经对地面物探资料进行分析，该区域第四系含水层富水性弱至中等，基岩风化带富水性弱至中等，含水层水体类型属于“三下”开采规范[2]中Ⅱ类水体，即“允许采动导水裂缝带波及松散含水层及基岩风化带水体，但不允许垮落带波及此水体”。因此对于在此类水体下开采，必须留设足够的防砂保护煤柱，保证工作面开采产生的垮落带不波及到基岩风化带水体。查询规范要求，留设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)加上保护层厚度(Hb)。

Hs≥Hm+Hb

式中：Hm为垮落带高度，m；Hb为保护层厚度，m。

本矿井缺乏垮落带发育高度观测数据，参考相邻王庄煤矿6206工作面“两带”高度实测结果，综放一次采全高垮落带高度Hm=6×M(M为有效采厚)，保护层厚度Hb=4×M，则防砂安全煤岩柱Hs=10×M。取3306工作面综放开采有效采厚M=7 m，则防砂保护煤柱尺寸为70 m，而基岩厚度为80 m，大于防砂煤柱尺寸，满足防水安全要求。且根据物探资料本区域附近没有连接水库水体的贯通性构造，因此3306工作面现在切眼位置后退综放开采是安全可行的。

2.3 综合防治水措施

经分析3306工作面上覆基岩较薄，上覆各含水层容易受地面降水补给影响，工作面预测开采过程中涌水量较大，必须采用多种防治水措施保障工作面安全开采。

由于切眼位置处于工作面最低处，在开采前在切眼附近设计22个探放水钻孔，预先将开采范围内3号煤层顶板含水层及基岩风化带含水层的水进行疏放，降低含水层对工作面的涌水影响。

在排水系统设计方面，参考邻近的王庄煤矿6206工作面开采时最大涌水量约80 m3/h，同时考虑到3306工作面位于6206工作面上山区域，工作面上覆基岩更薄，切割含水层数多，因此考虑1.5倍的动态系数，工作面预测最大涌水量Qmax=1.5×80=120 m3/h，设计工作面铺设2趟6寸排水管路加强工作面排水。

为防止地面降水渗漏对工作面的影响，加强工作面上方地表裂缝巡察，遇有较大地表裂缝采用粘土或粘土浆回填加固，减少水的渗漏。

3 延长开采长度技术方案

33306工作面目前切眼位置距离水库保护煤柱边界尚有110 m安全距离，且物探结果显示该区域范围内未发现大型贯通性构造(导水断层和陷落柱)，因此正常条件下3306工作面切眼向东延伸至水库保护煤柱边界开采均是安全可行的。但是考虑漳泽水库边有一条环湖公路，需要保障环湖公路的安全使用，回采不得引起环湖公路的下沉。利用中煤科工集团唐山研究院开发的多煤层、多工作面开采沉陷预计软件，进行延长工作面开采长度后的地面沉陷预测。当切眼位置向东延长40 m时，此时工作面距离环湖公路最近约100 m，环湖公路预计最大下沉量小于8 mm，不影响环湖公路的使用，同时可增加可采储量约5.3万t，因此工作面巷道长度比原设计长度向东延长40 m形成新切眼进行回采。

图2 3306工作面扩大开采技术方案示意

4 现场实施情况

3306工作面回采过程中，通过有效的防治水措施，工作面正常涌水量30～40 m3/h，最大涌水量90 m3/h，实现了安全回采。回采后漳泽水库环湖路的路面仅轻微下沉，未发生挤压破坏，不影响行车安全。工作面比原方案多回采煤炭资源约5.3万t，按500元/t计算，增加收入2 650万元，实现了安全效益最大化。

5 结 语

通过小南村煤业3306工作面近水体开采安全论证，提出了扩大开采长度的技术方案，保障了工作面回采安全的同时，有效提高了煤炭资源回收率，为今后类似条件的矿井安全生产提供了有效的探索途径。