摘 要：根據上海大屯龍東井田及東二采區煤層賦存狀況、地質構造及水文地質條件，結合龍東煤礦以往防治水工作經驗，對東二采區開采充水因素、突水系數、斷層與鉆孔的導水性等進行了分析與研究，認為東二采區7號煤通過采取綜合防治水措施后可以實現安全開采。
關鍵詞：防治水,安全開采
1、采區概況
龍東煤礦東二采區位于井田最東部，以孫氏店及其派生斷層與東一采區相鄰。東～東南以F1′斷層與姚橋井田相隔，西南以采礦證登記邊界與三河尖礦相鄰，西北至孫氏店斷層，北至7煤層露頭。采區最大走向長度為4800m，最大傾向長度為580m，面積2.35km2。
采區地面村莊密集，有舊姚橋、劉官屯新村、大山灣、后屯、北丁官屯，壓占采區可采儲量約4.60Mt。這些村莊分別屬于山東和江蘇兩個省，搬遷工作難度很大，對采區接替及工作面布置影響較大。
采區內F孫大斷層(落差200m)與奧灰強含水層對接，受奧灰水嚴重威脅，煤層埋藏較深，傾角大，斷裂構造極為發育，同時，由于村莊搬遷難度較大，需要進行建下開采，至今未進行開采。
鑒于礦井資源/儲量所剩不多，為保證礦井生產能力，延長礦井服務年限，必須盡快對東二采區進行開拓準備，以便接替即將開采完畢的東一采區。
2、采區地質及水文地質特征
東二采區位于井田最東部，該采區整體為一單斜構造，傾向南西，傾角8°~12°，但局部發育有次一級小褶曲。該采區介于F孫~F1′兩大斷層之間，為一狹長地帶，受其應力影響，其內部小構造相當發育，斷層共計35條，其中，落差5m以上斷層26條，每平公里15條，最大斷層F1′延展長度4017m，落差240~493m。
采區可采煤層為7煤和21煤兩層，局部可采煤層為17煤層、18煤層和22煤層。煤層傾角8°～22°，平均15°。煤層頂板為粉、細砂巖互層、砂質泥巖，底板為為泥巖、砂質泥巖及粉砂巖。該煤層位于山西組中下部，頂板距分界砂巖30.12～72.75m，平均51.87m，底板距太原組分界面28.43～42.52m，平均38.73m，距強含水體L4灰巖60.54～79.0m，平均76.59m。煤層結構局部較為復雜。
本區煤層頂底板巖石力學性質未作測試，其相鄰的東一采區9105孔也僅對7煤層直接底板進行了試驗，其中底板泥巖的平均抗壓強度為7.8MPa，砂質泥巖平均抗壓強度為64.1MPa。
主要含水層為第四系砂層及下部粘土夾砂礫層，侏羅白堊系礫巖，山西組7號煤頂、底板砂巖，太原組薄層灰巖，本溪組灰巖，奧陶系灰巖含水層(組)。
基巖強風化帶含水層，一般厚度約16m左右，最大厚度25～30m;山西組頂底板砂巖含水組，是礦井近期生產中的主要充水含水層，但從多年揭露情況分析，其最大出水量在48m3/h，為富水性一般的含水層組;太原組L4灰含水層為巖溶溶隙含水層，該含水層水在7號煤開采過程中，具有補給采場的可能，但其地下水補給途徑較遠，主要是以靜儲量為主，是可疏干的灰巖含水層，而深部21號煤直接頂板L12灰及奧灰含水層在今后的21號煤開采中，將會對生產形成一定影響。
東二采區界于F1′和F孫兩條大斷層之間，因受其構造應力影響，其區內小型構造及巖層裂隙相當發育。因此，使得區內各含水層(組)發生位移，造成含水層(組)之間相互補給、串通。特別是5勘探線以上，F孫斷層處，不但7煤層多處與太原組L10、L12灰及奧灰含水層發生對接，且F孫斷層下盤灰巖形成隱伏露頭，為灰巖含水層接受上部水的補給創造了條件。從整體分析認為F孫斷層下盤高壓含水層水具有補給東二采區7煤層頂底板砂巖含水層(組)的可能，從而形成了東二采區7煤開采時地下水自然補給邊界，造成東二采區內的水文地質條件較為復雜，并且，該區煤層埋藏較深(最深處達-700m左右)，因此，區內水文地質條件為復雜型。
3、掘進巷道安全水頭壓力及防水安全煤巖柱
3.1 掘進巷道安全水頭壓力
根據《煤礦防治水規定》，可以計算出掘進巷道安全水頭壓力。
P=2Kp +γt
式中：
P——底板隔水層能夠承受的安全水壓，MPa，
t——隔水層厚度，m ，取最小值;
L——巷道寬度，m 取4.5m
γ——底板隔水層的平均重度，MN/m3 取2.6×9.8×10-3=0.025
Kp——底板隔水層的平均抗拉強度，MPa 取1.624
3.2奧灰水體上采煤防水安全煤巖柱
根據《煤礦防治水規定》，本采區不同突水系數情況下煤層的安全開采標高如表2所示。
7號煤層底板隔水層厚度(過斷層進行注漿加固，奧陶系灰巖水體上防水煤巖柱厚度)為233m，根據《煤礦防治水規定》，如果按照突水系數0.06MPa/m計算，則7號煤層的安全開采標高為-1293m以上;如果按照突水系數0.1MPa/m計算，則7號煤層安全開采深度為-2119m以上。因此，考慮構造影響，取突水系數0.060MPa/m，本采區7號煤層均可安全開采。
4、開采方案的確定
根據龍東煤礦現有資料及經驗，在東二采區西部-270m水平沿近東西方向布置二條采區巷道，分別為東二采區帶式輸送機巷和東二采區回風巷，其中，帶式輸送機巷為機軌合一，與本礦井中段運輸石門搭接，為保證安全，在掘進過程中，加強探放水工作，堅持“有掘必探、先探后掘”，同時，需對采區巷道底板采取注漿加固措施。
采區內斷層主要集中在三個部分，即邊界斷層附近、第5勘探線~第6勘探線之間及東北部第3勘探線以上淺部區域。從地質構造上看，比較有利于工作面布置的區域分別是：第3勘探線與第5勘探線之間、LF8斷層與LF11斷層之間、第6勘探線與第28勘探線之間，根據地面村莊分別情況，只有第3勘探線與第5勘探線之間不受村莊影響。
因此，分別在第3勘探線及第6勘探線附近沿7號煤底板各布置一組下山，分別為東二采區上段帶式輸送機下山和回風下山及東二采區下段帶式輸送機下山和回風下山，下山間距為30m。
鑒于東二采區水文地質條件比較復雜，各含水層淺部水壓較小，從安全和經濟角度考慮，首采工作面布置在不受村莊影響的第3勘探線與第5勘探線之間。
首采工作面距西風井5700m，距主副井達7000m，為降低通風阻力和布置安全出口的需要，在東二采區西部邊界第3勘探線附近新開鑿一個回風立井，擔負東二采區的回風任務兼安全出口，實現礦井分區通風。
回風井井口標高+38m，井底標高-270m，井筒凈直徑4.0m，井筒深度308m。
同時，為保證采區下山順利穿過斷層，防止巷道底板突水，對采區下山巷道底板采取注漿加固措施。
為保證東二采區發生突水災害時，可以切斷其與現生產采區之間的聯系，在東二采區與東一采區中段運輸石門之間設置防水閘墻硐室。
采區范圍內有舊姚橋、大山灣、后屯、北丁官屯，壓占采區資源/儲量約4.66Mt，占采區設計資源/儲量的77.54%，對采區接替及工作面布置影響較大。如果全部留設保護煤柱，則采區剩余可采儲量只有1.35Mt。如果遷村，四個村莊人口總數10500人，按人均4.5萬元考慮，村莊搬遷費高達47250萬元，同時，這些村莊分別屬于山東和江蘇兩個省，搬遷工作難度很大，因此必須考慮進行建筑物下采煤，以盡可能回收資源，提高礦井經濟效益。
經過調研分析，東二采區村莊下開采設計采用超高水材料充填開采等成熟經驗進行村莊、煤礦生活區等建筑物下采煤。
5、結語
從東二采區存在的防治水、巷道維護、村莊下采煤等技術難點上考慮，盡管主采的7號煤層為帶壓開采，且大部分資源量位于村莊下，但在借鑒國內防治水及村莊下開采經驗的基礎上，通過科學試驗，采取由淺入深、循序漸進的倡議，本采區開發是可以實現的。
本采區7號煤層厚度大、賦存穩定，盡管存在地質構造及水文地質條件復雜、煤層自燃、煤塵具有爆炸危險，但根據目前的技術水平，通過采取綜合防治措施后可實現安全開采。
經濟評價顯示，在考慮到采區各種不利因素和復雜條件的情況下，礦井財務評價指標比較先進，項目建設在經濟上是可行的。
參考資料：
1、上海大屯能源股份有限公司龍東煤礦礦井地質報告。
2、采煤工作面帶壓開采分析及綜合防治水措施，《煤炭技術》2009年6月，婁彥輝、姜玉梅。
