摘 要  百善煤矿主要采煤区上方直接覆盖有22～27m的沙砾石含水层，严重威胁矿井安全，为了安全合理开采，进行了矿井水文地质和上覆岩层岩石力学、水理性质以及“两带”高度试验，结果表明：含水层内含粘量较高，垂直渗透能力较弱;所留煤柱属软弱或及软弱类型；风化带内粘土矿物质较大；吸水后体积膨胀，再生隔水能力强；受采动影响后，具阻水和抑制导水裂隙带继续发展的双重作用；根据以上研究结果，将垂高50m的防水煤柱缩小到12～20m，取得了防砂、防塌煤柱技术上的突破，安全多采煤炭600多万吨，经济效益显著。

   关键词  中等含水层；防砂煤柱；机理；覆岩破坏

    中图分类号 TD822+.3   文献标识码 B

 

    百善煤矿主采煤层上方普遍覆盖着140m左右的松散含水层特别是其底部的砾石含水层直接覆盖在煤系露头之上，对煤系直接渗透补给，给矿井的安垒开采构成了严重威胁。所以，在矿井设计时留设了垂高50m的防水煤岩柱。积压着150Mt的煤炭资源不能尽快开发利用。尽管如此若采用高产高效的综采技术，所留设的煤岩柱是否台理？开采的安生机理何在？已经成为百善煤矿乃至“两滩”新区采开浅部厚煤层理论上和技术上急待解决的突出难题之一大。为此在百善煤矿63、65、66、68等采区进行了全面系统的观测研究，到2001年8月底E将662、663等26个工作面的50m防水煤桂逐渐缩小为12～20m的防砂、防塌煤拄且从原定防水煤拄中安垒采出煤炭600余万吨，取得了较好的技术和经济效益。

    百善煤矿地处安徽淮北煤目年产l500kt。井田系一孤立的向斜盆地，含煤地层为二叠系石盒子组和山西维，主采6号煤层，厚度3m左右，倾角平缓—般为5°～10°，煤层硬板以泥质类岩石为主，底板以粉砂岩为主。区内地质构造中等主要断层有5条，其中落差为20～80m的F₃断层将井口切成南北两翼。

    井田内新生界松散层地层平均厚约140m，整个井口的松散层自上而下划分为4个台水层和3个隔水层；其中第一至第三含水层和第一至第三隔水层在全井田分布，第四含水层仅在F₃断层以南发育；第一和第二含水层，其下部分别有厚度较大的第一和第二粘性土隔水层存在，对矿井生产无直接影响第四含水层属微弱含水层，是矿井南翼充水的间接水源。对安全生产影响不大。第三含水层厚度较大，富水性较强，其下第三粘性土隔水层厚度变化不均，在井田北翼它直接赋存于煤系地层之上，厚度一般在5m以下，失去隔水作用，部分地段缺失形成“天窗”。位于薄粘区或“无窗”区的三含水是威胁矿井安生生产特别是北翼浅部煤层安全开采的主要充水水源。松散层沉积特征和含隔水性见表1。

    通过602炮采和662、663、664综果面的试采及研究得出在采用防砂煤柱煤柱时，由于煤柱较小，其上段或全部均处于风化带内，岩石和岩体的力学强度降低。因此，在这种情况下，无论其直接项或老顶均属于软弱或极软弱覆岩类型，故工作面的矿压、“两带”高度，均与岩性条件相同而开采探度更大时有较明显的差异。

试验工作面实测冒落带高度、同采厚比值列于表3 。表3 表明,在地质开采条件类似的情况下,实行提高上限、留设防砂煤柱开采后,冒落带和导水裂缝带高度大幅度降低,它们同采厚的比值显著减小。其中综采面局部地段冒采比仅为0. 55～0. 81 ,裂采比仅为3 左右。显然,这比国内一般中硬偏软以至软弱覆岩条件下实测和按经验公式计算值,至少减少50 %。其主要原因是,软弱岩层的抗裂能力强,特别是当裂缝带发展到基岩面强风化带的泥质粘土层和砂质粘土层时,其抗裂能力更强,裂缝不易产生,具有阻水和抑制导水裂缝向上继续发展的双重作用。因此,在这种岩性条件下“, 两带”高度大幅度降低。覆岩破坏的这种突出特点,有利于实现留设防砂煤柱、贴近风化带的安全开采。
4 　认识与结论
通过对试验成果的分析研究,得出如下认识与结论:
(1) 上提工作面上覆岩层的岩性发生了质的变化。即岩性变软,强度降低。
(2) 其矿压显现特点为:静压大,动压小,顶板下沉量大,端面容易冒落。
(3) 基岩风化带的岩石,受采动影响后,具有阻隔底含水层的下渗和抑制导水裂缝继续向上发展的双重作用。为缩小防水煤柱开采提供了内在保证。
(4) 生产实践表明:百善煤矿综采工作面可以将原定的50 m 煤岩柱缩小到12～20 m。
参考文献:
[1]　煤科院北京开采所. 煤矿地表移动与覆岩破坏规律及其应用[M] . 煤炭工业出社,1981.
[2]　杨本水,刘效云,尹纯刚等. 上提工作面矿压显现特征及其控制[J] . 矿山压力与顶板管.理,2000 , (3) :43～46.