煤矿区域薄基岩富水区域安全开采技术研究
某煤矿井田东部区主要含煤地层为侏罗系中统延安组，其中主采2-2煤层厚5.01～6.59m，平均5.70m，埋深46.64～152.66m，平均86.90m。根据东部区水文补勘资料，该区2-2 号煤层上覆正常基岩厚度14.38～97.55m，平均厚度45.78m，上部风化基岩厚度3.20～41.44m，按照2-2 煤层205工作面“两带”孔分析成果，冒落带最大高度为煤层采厚的 7倍，导水裂缝带发育最大高度为煤层采厚的20倍，导水裂缝带发育最大高度为94.00m，部分地段冒落带高度直接发育至松散沙层，导水裂缝带全部发育至松散沙层，有效隔水层厚度H≤0，而且东部区由于存在常年性河流以及水泉较多，导水裂缝带可能沟通地表水、松散沙层水、基岩裂隙水，易发生突水溃沙事故。此外，本井田东部区存在 110kV 输电线路和矿井进场道路下安全开采的问题，同时井田东部某煤矿开采多年，可能存在越界开采行为。
为此东部区需要对该区薄基岩富水区域开采水文地质条件进行评价，对采后涌水量进行预测并针对不同安全开采问题，提出相应的安全技术措施和合理化建议。以期实现薄基岩富水区域工作面安全回采。
二、研究内容
1.重点针对该煤矿东部区薄基岩富水区域、井田东部区及河流流经区域、井田东部边界可能存在采空区区域、矿井地面110kV 输电线路路经区域、井田东部区进场道路经过区域，以上六大重点区域采煤的可行性、可靠性、安全性及其对地面建筑物的影响程度进行系统性评价，并分析各区域煤层开采的水害问题及其威胁程度，针对不同安全开采问题，提出相应的安全技术措施和合理化建议。
2.通过水文地质条件研究，综合评价相邻煤矿水、第四系萨拉乌苏组含水层水、基岩风化裂隙水和基岩承压含水层水等复合水体对井田东部区域开采的充水强度，对东部薄基岩区涌水量进行预测计算，为采区及矿井防排水系统设置与改造提供依据。
1.分析认为与2-2 煤顶板突水溃沙关系密切的主要充水含水层为：第四系上更新统萨拉乌苏组及全新统沙层含水层(Q3s+Q4eol)、侏罗系碎屑岩类风化带孔隙裂隙潜水含水层(J2z)。基岩风化裂隙地下水与上覆的萨拉乌苏组含水层有一定的水力联系，构成统一的含水体。
2.通过对含隔水层分析，得出东部区含隔水层水文地质和富水性特征以及东部区基岩、松散砂层展布规律。东部区 2 -2 煤开采时整个区域导水裂隙带全部发育至松散层，部分区域冒落带发育至松散层。大气降水、地表水、萨拉乌苏组孔隙潜水、风化基岩裂隙承压水及煤层顶板基岩孔隙裂隙承压水属直接充水水源。其中各煤层顶板基岩裂隙承压水涌水量甚微，富水性弱，易于疏干，对矿井开采危害不大。
3.针对突水溃沙问题，首次提出突水溃沙危险性多源信息分区评价方法，本矿井东部区整个区域存在突水可能性，部分薄基岩富水区域存在突水溃沙的可能性。对东部区危险性进行划分，危险性等级共分为三级：即突水溃沙危险区(一级)、过渡区(二级)、突水危险区(三级)。
4.降低地下水位和减轻覆岩破坏程度是预防突水溃沙重要手段，据此提出了注浆加固方案和井下充填方案，得出人工注浆吨煤成本为92.6元/t，并对井下充填方式进行了对比分析，综采原矸充填方案为最优方案，其次为巷式矸石膏体充填方案，再次为巷式原矸充填方案。
5.东部区域及其支沟附近回采后，冒落带、导水裂隙带可发育至松散层，这对该煤矿东部区安全开采产生了极大威胁。本次报告建议该区域及其支沟保护煤柱留设宽度为128m，经计算压煤量为8.01Mt。
6.东部区采空区积水威胁主要来自两个方面：一方面是该煤矿自身正常开采形成采空区内的积水，其对整体威胁较小。另一方面，相邻煤矿越界开采所形成的采空区，其对东部2-2 煤层的安全开采影响较大。本次报告建议自身开采所形成的采空区需留设保护煤柱宽度20m，邻矿越界开采所形成的采空区需留设保护煤柱宽度22m。
7.东部区2-2 煤层开采后，开采损害等级均达到或超过建（构）筑物Ⅳ级破坏等级限值。本次报告建议村庄留设煤柱宽度为53m，公路煤柱宽度135m，110kV高压线留设190m 的保安煤柱，进场公路预计压煤量为2.63Mt，110kV 高压线及村庄预计压煤量为7.62Mt。
8.分别通过原煤产量和采空区面积比拟对该煤矿未来三年涌水量进行了预测，最终选取采空区面积计算该煤矿矿井涌水量，即正常涌水量为 548m³/h，矿井最大涌水量为703m³/h。
9.根据现有资料和松动圈计算结果得出，巷道掘进后产生的松动圈厚度小于2 -2号煤层上覆正常基岩厚度，理论上东部区薄基岩段具备巷道掘进施工条件。但是值得注意的是：考虑到基岩展布的不均一性、含导水构造、局部地段强富水等因素的可能影响，不排除巷道掘进期间可能出现顶板淋水、离层以致开裂、破碎情况，以及由此诱发的冒顶、突水可能。