新集三矿新生界水文地质特征及出水点下的开采实践
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【摘 要】新集三矿位于淮南煤田中段南部边缘，地层直立倒转；新生界沉积层平均厚约149m，其中第四系流沙层厚约84m，第三系松散层厚约65m；风氧化带深度平均约30m。矿井原设计开采上限-220m，后为合理回收资源，通过对第三系沉积层赋水性研究，将开采上限提高到-200m，并最终在井田局部地段实现留设风氧化带煤柱开采。
【关键词】急倾斜煤矿；第三系松散层；风氧化带煤柱
新集三矿井田位于淮南煤田中段南部边缘，属阜凤逆冲断层的上覆系统。阜凤断层（F2）为区域性大断层，落差>1000m，南倾，倾角35°～60°，由于长距离移动、挤压及拉伸影响，井田内地质构造复杂，断层、褶曲发育且序次混乱，构造形迹难于观测。
井田内地层走向近东西，中部呈倾伏倒转褶曲形态，倒转轴标高-340m～-470m，上翼地层倾角55°～90°，地质构造较简单；下翼地层倾角25°～75°，局部变化更大。
井田内可采及局部可采煤层8层。目前，主要开采13-1煤、11-2煤和8-1煤。基岩面-90m～-140m，基岩风化带深度25～35m，平均30m左右。
矿井开采上限-200m，一水平标高-340m，二水平标高-550m，三水平标高-800m，目前，一水平除A组煤外，其它煤层已开采结束，三水平刚开始准备，采场多集中在二水平。
受古地形控制，井田内新生界松散层厚度变化较大，总的趋势是北厚南薄，东西略有起伏。新生界累计厚度90m～211.3m，平均约149m，其中第四系流砂层厚73.5～98.7m，平均约84.2m，相对较为稳定，自上而下分为两个含水层（组）和一个隔水层（组）。
1.1第四系松散层
第四系松散层自地表向下垂深约3～5m起，一含底板埋深56.2～74.8m，平均69.1m；砂层总厚40.6～68.4m，平均51.1m。顶部3～5m为暗黄色粘土、砂质粘土；上部以浅灰色、土黄色粉、细砂为主；中、下部以中、粗砂、砂砾、细砂为主，夹薄层粘土、砂质粘土透镜体。该含水层主体为河床相，次为洪泛相及河漫滩相。含水层单位涌水量q=1.429l/s.m，含水层渗透系数kcp=3.8578m/d。
隔水层底板埋深59.6～76.3m，平均厚约3.2m，但分布不稳，自东向西变薄，局部缺失。以粘土和砂质粘土为主，致密，局部夹砂类透镜体。
1.2第三系沉积层
第三系沉积层呈半固结结构，分为两个隔水层和两个弱含水组，即顶部隔水层、上部含水组、中部隔水层和下部含水组。该沉积层厚度变化大，局部可能缺失，第四系流砂层直接覆盖于基岩之上。
顶部隔水层厚度0～20.3m，平均7.6m，以粘土、砂质粘土和钙质粘土为主，局部夹有薄层泥灰岩，结构致密，可塑性强，有一定的隔水性能。
2、覆岩破坏特征与防水煤柱留设
新集三矿可采及局部可采煤层8层，除11-2煤局部块段外，煤层顶底板多为泥岩或砂质泥岩，软弱至中硬，易随开采而垮落，有利于抑制导水裂缝带发育高度。预测导水裂缝带高度采用“三下”采煤规程中软弱至中硬覆岩类型的计算公式，局部采用坚硬顶底板型类计算公式进行修正。
3、提高上限开采与新生界突水机理分析
新集三矿自1999年开始，先后在西二、西四、西五采区进行提高上限开采，并开展西一、西二采区冒落带内覆采，先后多回收煤炭资源近100万吨。
3.1提高上限开采与冒落带内复采
根据不同块段实有防水煤柱高度，以及裂高的预测与实测值的相互比较，自1999年开始，先后在西二采区西翼的13-1、11-2煤层中进行了提高上限开采；随后又在西一、西二采区的13-1、8-1和6-1三个煤层中进行了冒落带内复采；西四采区提高上限工作面有石门东西两翼的13-1煤、石门东翼的11-2煤三个工作面；西五采区提高上限工作面有石门东西两翼的13-1煤、11-2煤和石门东翼8-1煤，先后开采提高上限工作面18个，累计多回收煤炭近100万吨除。
3.2新生界突水特征
181301上、1108102上工作面以及未提高上限的181101工作面分别在正常回采或初采时发生突水，最大瞬间突水量达500m3/h，造成该三个工作面最终无法正常开采。
发生突水的三个工作面均位于西四采区西翼，突水机理基本相同。突水点位置及其附近地质及水文地质条件异常，地层扭曲，基岩标高低，第三系赋水性相对较强。
3.3新生界突水机理分析
根据突水位置、出水特征、水质化验及井下和地面勘探资料分析，181301上、1108102上和181101工作面突水水源均为第三松散层水，造成突水的直接原因是各种因素综合作用的结果。
3.3.1防水煤岩柱不够
经井下钻孔资料探测，181301上工作面在突水点位置及其附近约200m范围内，基岩面低，实有防水煤柱最小处不超过10m。风巷回棚放顶时，随着支柱的回撤和顶板的垮落，破坏了原有的地应力平衡，在老塘口形成切顶断层，并不断的向前移动，当切顶断层导通含水体时，则发生突水。
3.3.2松散层赋水性强
根据现有资料分析，突水点上方基岩面为古山沟，第三系底部松散层在该处以洪积物为主，堆积层厚，赋水性较周围相对较强。
3.3.3异常构造产生导水通道
新生界突水点均位于西四石门西260m～280m段，该位置与基岩构造扭曲带基本一致。扭曲带狭窄，东侧地层正常，西侧地层倒转，受其影响，扭曲带内煤岩体裂隙发育，煤层及其顶底板之间产生离层，受采动影响而形成导水通道。
4、出水点下开采与水害防治措施
西四采区是新集三矿的主力采区，西翼煤层储量超过整个采区储量的2/3，累计可采储量近150万吨。
为安全开采该块段煤层，根据各煤层突水形式和突水量不同，分别在突水点下方针对性的留设了防水煤柱，以增加实有防水煤柱高度，隔断上方突水点及工作面积水，同时要做到如下几点：
一、认真分析现有地质勘探资料，掌握基岩面的起伏变化情况
由于洪积扇扇顶区岩体渗透系数及单位涌水量相对较大，且隔水层厚度小，并受到第四系补给，赋水性较强，要重点控制。
二、利用井下大仰角钻孔控制基岩面起伏变化
对基岩面起伏变化大、基岩标高相对较低的地段要进行加密控制，查明最低点的位置及变化范围；同时，要重点查明扇顶区的岩性及赋水性。
三、工作面回采过程中要加强现场管理
采煤工作面要配备足够的排水设备；要确保排水路线畅通，并经常观测工作面的水量变化，发现突水征兆要立即组织人员撤离；工作面要施工必要的高眼，保证煤、水分流，防止水煤伤人事故发生。
5、结束语
受区域地质、古地形及沉积环境和不同亚环境影响，新集三矿第三系沉积层水文地质条件较为复杂，既有具弱隔水性质的陆源永久湖泊相，也有实际赋水性与初始赋水性差异较大的冲积扇相沉积，在评定沉积体的赋水性特征时，既要查明原始沉积相，也要了解后期的改造作用。
参考文献
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