牛海升

(沁水县自然资源局，山西 沁水 048200）

沁水县位于山西东南部，境内煤炭资源储量丰富。埋藏于东部地区的3#煤层为国家稀缺优质煤炭资源，是良好的动力用煤和化工用煤，经济价值较高，为当地煤矿的主采煤层。部分煤矿因开采历史较长，可采煤炭资源面临枯竭问题，造成矿山企业无法正常运行[1]。受技术条件限制，该类煤矿初期主要采用仓房式、刀柱式、掘进巷道等落后的采煤工艺，回采率极低，大量资源被遗留在采空区内。为提高资源回收利用率，延长矿井生产寿命，现对采空区内残留煤炭资源的复采利用进行可行性分析。

1 煤层采空区残留资源复采利用可行性分析

1.1 从开采技术方面分析

复采工艺虽为特殊开采工艺，但该地区的永安煤矿、阳城西沟、尹家沟等部分煤矿均有成功复采开采的经验，开采工艺及安全技术措施已较为成熟。目前，顶板治理技术应用已很成熟，如沿空留巷、充填技术等均可满足围岩加固，安全有保障。在无采动影响作用下，煤层采空区的围岩处于相对稳定的状态[2]。但由于对其内部残留资源复采的扰动，煤层采空区的围岩中，拱形压力的平衡被打破，会造成失稳、塌陷的问题，进一步造成对回采工作面支架的严重冲击。因此，在实际实施复采操作时，应当判断其采空区的实际范围。若范围不大，则可向其中添加足够高度以及足够厚度的无机材料，从而在达到正常煤层开采条件下，进行复采，以此可以有效保证复采过程中工作面能够安全通过煤层的采空区[3]。同时，通过对该地区煤层采空区进行模拟得出，该区域由于煤层孔洞影响范围有限，因此只需要填充足够高度以及足够强度的无机材料，形成再生顶板结构，并保证其作为关键承载层，可以有效减缓由于复采造成煤层采空区顶板脱落的问题，并进一步避免对采空区支架的冲击，关键承载层的位置在冒落矸石层与截割层之间。

1.2 从空区积水方面分析

研究煤层采空区主要位于黄河流域当中的沁河水系，该水系为晋东南地区最大的河流流域。该区域干流全长为485 km，流域面积为13 532 km2。同时，该煤层采空区内含有充足的水资源，其主要来源为环境中的大气降水、老空积水以及煤层当中部分含水层供水。井田区域地形起伏大，地面坡度变化大，沟谷切割强烈，无大的地表水体，地下水的移动主要受到大气降水的影响。该区域煤层采空区由于受到残留资源埋藏条件、富水层等各个方面因素的影响，使得该煤层3 号采空区的直接水源逐渐变为采空（老空）积水，间接充水水源为大气降水。利用下述公式，对该地区煤层采空区的积水量进行估算：

式中：W 表示煤层采空区积水总量，m3；K 表示采空区中积水的充水系数；M 表示采空区中煤层的具体开采高度，m；S 表示采空区积水总占地面积，m3；α 表示煤层与地面之间产生的平均倾角大小。

通过上述公式计算得出，该区域煤层采空区并未出现明显的连续大面积积水现象。以进行采空区积水调查的南凹寺煤矿为例，通过探放得出，在该矿采空区两处积水区分别布置钻孔42 个，两处积水区均未发现大面积积水，因此说明具有良好的复采条件。

该区域煤层采空区含水层环境是一种不均匀的岩溶裂隙含水层结构，在这样的环境条件下，水资源通常隐伏于煤层的地层当中，并且其含水层主要存储在井田当中[4]。大部分含水空间均以岩溶裂隙作为主体，这种类型的含水空间发育特点与其具体深度之间有着十分密切的联系，会随着其深度的不断增加而逐渐变强，并表现出上层弱、下层强的特点。通过研究该煤层采空区以往的勘查资料得出，该煤层采空区的钻孔单位涌水量高达1.50 L 以上，渗透系数平均在0.250 0～0.275 0 m/d 范围以内，表现出明显的强浮水性，并且水位的具体标高均在450.00 m 以上。利用如下公式对该采空区的突水系数进行计算：

式中：T 表示采空区突水系数，MPa/m；L 表示采空区底板隔水层结构实际厚度，m；p 表示采空区底板隔水层结构承受水头压力大小，MPa。

通常情况下，底板结构在受到破坏后，其突水系数不应当超过0.06 MPa/m，而在未受到破坏时，其突水系数不应当超过0.15 MPa/m。根据公式（2）对该区域煤层采空区进行计算得出，在3 号煤层采空区结构未受到破坏时，对其残留资源进行复采不会发生突水危险问题，属于非突水危险区，具备一定的复采可行性。

1.3 从技术经济方面分析

以进行过采空区储量核查的南凹寺煤业为例，通过对该矿煤层采空区的资源与储量进行勘查得出，当前煤层采空区当中保有（残存）资源/储量为520.3 万t。其中，现已探明的煤层采空区资源的经济基础储备量为285.4 万t，这一部分占其总体资源与储量的50%以上。该区域煤层采空区的资源与存储量统计结果见表1。

表1 煤层采空区资源/储量估算结果统计表

通过表1 分析得出，该区域3 号煤层采空区的补勘区已经达到了勘探的程度。因此，根据复采标准的提出，3 号煤层采空区具备经济基础储量条件。

除此之外，残留资源复采利用可行性还可从安全技术实施方面分析。对煤层采空区的残留资源进行复采过程中，施工企业应当严格按照腰线及允许掘进长度条件进行施工，并且在施工过程中应当经常获取该区域以往历史勘查资料，必须提前探测空区、空巷、冒落区的位置及形状，以此可以有效防止在复采的过程中出现误揭露采空区的问题。施工企业在复采过程中若发现异常情况，则应当立即停止掘进，并通知相关地测部分人员。若复采过程中，采空区的围岩特别破碎、岩柱压出或崩落等异状产生时，则应当立即停止钻进工作，并向有关部门及时汇报，并采取相应的补救措施对其进行处理[5]。综上所述，该区域煤层采空区工程地质及其他开采技术条件为中等型，具备较高的复采利用可行性，可对煤层采空区进行安全复采。

2 结束语

通过对煤层采空区残留资源复采利用可行性分析得出，该区域3 号煤层采空区具有一定的残留资源复采利用可行性，残采区内煤层顶板局部存有破裂、变形现象，局部裂隙发育。建议今后开采时加强支护力度，合理管理煤层采空区顶板。同时，该煤层采空区当中出现了不同程度的积水问题，因此，在实际复采过程中应当严格遵循“预测预报、探掘分离、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原则，防止透水事故发生，从而可以有效保证复采工作实施的安全。