廟哈孤礦區(qū)淺埋深煤層過溝開采技術(shù)研究

翟鴻良

摘 要：煤炭為人類提供了發(fā)展能源。在對(duì)淺埋深煤層進(jìn)行過溝開采時(shí)，要認(rèn)真分析可能發(fā)生的安全事故。該文以涌鑫礦業(yè)公司安山煤礦為研究對(duì)象，對(duì)521001工作面的薄基巖淺埋深煤層進(jìn)行過溝開采時(shí)做了事故預(yù)測(cè)以及技術(shù)應(yīng)對(duì)措施的分析。經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)證明，安全的過溝開采成效明顯，為類似地質(zhì)條件與埋深煤炭開采提供理論借鑒。

關(guān)鍵詞：淺埋深煤層 過溝開采 技術(shù)研究

中圖分類號(hào)：TD323 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098x（2014）01（a）-0016-02

安山井田地處陜西省廟哈孤礦區(qū)東南部，位于府谷縣城西北方向約38 km。井田西北與沙梁井田、秦晉煤礦相鄰，南為小煤礦開采區(qū)和廟哈孤礦區(qū)南部預(yù)留區(qū)，西南與三道溝井田相鄰，東為哈鎮(zhèn)～孤山勘查區(qū)。井田東西走向長(zhǎng)10～12 km，南北傾斜寬4～6 km，面積54 km2，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力確定為1.20 Mt/a。

本區(qū)為典型的黃土梁峁地貌，地形復(fù)雜、溝壑縱橫。地勢(shì)中部高，東西部低。中部許家梁～磚場(chǎng)梁一線像一條低平山脊（分水嶺）將其西側(cè)的沙梁川與東側(cè)的清水川水系分開。區(qū)內(nèi)最低海拔標(biāo)高為+1075.9 m，最高海拔標(biāo)高為+1364.5 m。井田內(nèi)煤層一般傾角1～3 °，局部最大僅在8 °左右。F2斷層將井田分為南、北兩部分，南部地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，北部位于F2斷層和F1斷層之間的地塹構(gòu)造帶，預(yù)計(jì)小斷層較多?？傮w上看，井田地質(zhì)構(gòu)造較為簡(jiǎn)單。煤層埋藏較淺，井田西、南側(cè)大面積出露，埋深一般在200 m以內(nèi)，最大300 m左右。礦井工業(yè)場(chǎng)地位于菜溝內(nèi)約2 km、上廟梁村西北約0.5 km處的溝谷內(nèi)，場(chǎng)地標(biāo)高約+1129～+1136 m。開拓方式為平硐開拓，主要開采52煤層，井田以F2斷裂南北分界，形成南區(qū)寬緩的單斜構(gòu)造形態(tài)，總體抬升幅度較大，52煤層底板標(biāo)高一般在+1160～+1175 m之間，最低+1155 m，最高靠近F2斷層附近煤層底板標(biāo)高在+1185 m左右。

1 在淺埋深煤層采取過溝開采的事故預(yù)測(cè)

1.1 預(yù)測(cè)過溝涌水與潰沙

在過溝開采薄基巖淺埋深的煤層時(shí)，發(fā)生涌水與潰沙條件為：涌水水源為含水層或地表水，此為水文條件；開采后上部地表水或含水層由裂隙帶導(dǎo)通地下，此為地質(zhì)條件。案例中，經(jīng)勘察安山煤礦521001工作面上部菜溝雨季匯水水流量約為60 m?/h，工作面涌水可由采動(dòng)裂隙導(dǎo)進(jìn)。風(fēng)積沙，第四紀(jì)黃土覆蓋層是主要，底部為1.83 m厚的沙礫石層。一些地段的沙礫石層厚度小，不易過濾沙子，過菜溝時(shí)，松散沙層為含水結(jié)構(gòu)?；鶐r因太薄而斷裂出現(xiàn)裂隙，涌水潰沙由上部沙層順流形成。在過溝開采時(shí)，2.2 m為52101工作面采高，20～40 m為松散層與上覆基巖厚度，最薄的是溝谷段基巖，只有17 m，22 m為松散層的厚度。所以，采高與基巖厚度相差不大，地表與采動(dòng)裂隙相連。6.2 m為工作面老頂厚，5.51為直接頂厚，廓落帶包括老頂；0.9為最薄基巖位置基載，小于0.8；覆巖中基本沒有粘土層，這方便了形成涌水潰沙通道。

1.2 預(yù)測(cè)過溝的動(dòng)載礦壓預(yù)測(cè)

基載比Jz（基巖、載荷厚度比）過小與較大溝谷坡角是發(fā)生動(dòng)載礦壓的兩個(gè)條件。載荷層存在較小的粘結(jié)力，穩(wěn)定結(jié)構(gòu)不能在破裂后形成，承載力弱，老頂關(guān)鍵層出現(xiàn)的破斷塊體穩(wěn)定結(jié)構(gòu)會(huì)受破斷結(jié)構(gòu)載荷系數(shù)影響。在特定基巖巖性條件下，基巖厚度與承載能力成反比，與破斷失穩(wěn)成正比。在開采淺埋煤層時(shí)，顯現(xiàn)來(lái)壓受基載比影響較大。若0.8>Jz，工作面頂板下沉情況明顯；若0.8梁峁坡角，動(dòng)載礦壓不會(huì)出現(xiàn)。工作面礦壓在上坡過溝段表現(xiàn)強(qiáng)烈。在一定溝谷深度條件下，侵蝕了主關(guān)鍵層，因缺失水平力，砌體結(jié)構(gòu)難以形成在主關(guān)鍵層的破斷體上，主關(guān)鍵層與老頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)塊體的破斷線相互對(duì)齊，引起動(dòng)載礦壓顯現(xiàn)事故。

521001工作面與菜溝夾角為23 °，在菜溝下坡段，14 °為坡角，落差是18 m；上坡段的坡角是21 °，41 m為落差。平直段基巖的主關(guān)鍵層是粉砂巖，厚12 m，溝谷段基巖上部為細(xì)砂巖，厚6 m，出現(xiàn)嚴(yán)重侵蝕。分析得知，過溝時(shí)動(dòng)載礦壓易在521001工作面出現(xiàn)，最為強(qiáng)烈的來(lái)壓顯現(xiàn)為上坡段。

2 安全過溝開采技術(shù)策略

2.1 預(yù)防涌水潰沙策略

2.1.1 提前疏放水

為減少涌水潰沙發(fā)生，掘一條腰巷于溝底，在腰巷上部布置間距、角度一定的鉆孔于松散含水層，以完成含水層水的疏放。掘進(jìn)一條高2.6 m、寬4.2 m、長(zhǎng)280 m的腰巷疏放菜溝段的水，見下圖。另外，鉆孔放水也在工作面回風(fēng)順槽鉆孔施工中進(jìn)行。2011年3月，該工作面實(shí)施了回風(fēng)槽頂板以及腰巷放水各47與35孔，初始鉆孔涌水106.7 m?/h，泄水累計(jì)量是32.5 m?，提前疏放水成效顯著。

2.1.2 腰巷井下注漿

松散沙層因腰巷井下注漿凝結(jié)，荷載層的承載能力增強(qiáng)，防止頂板的全厚切落，涌水潰沙得到預(yù)防。在過溝開采521001工作面時(shí)，進(jìn)行腰巷井下注漿辦法，注漿區(qū)域選擇30 m>基巖厚度位置，可避免涌水潰沙出現(xiàn)。521001工作面設(shè)計(jì)70個(gè)注漿孔，注漿量為200 t。截止2011年12月，完成70個(gè)孔內(nèi)注漿，注漿量大概是4～50 t/孔。

2.1.3 地面導(dǎo)流

在過溝開采時(shí)，溝谷水源通過導(dǎo)水裂隙帶與地表相連，涌水潰沙較易發(fā)生。所以，要疏導(dǎo)哈拉溝水，保證開采安全。2011年10月，開始進(jìn)行菜溝導(dǎo)流地面施工，鋪設(shè)了一條長(zhǎng)600 m的DN200管路，地表水有效導(dǎo)流量超過50 m?/h，補(bǔ)給521001的地表水被切斷。

2.1.4 地面鋪設(shè)隔水層

在過溝開采前，為了辟免導(dǎo)水裂隙帶與地表相連，形成導(dǎo)水通道，在地面鋪設(shè)一條800 m隔水帶，形成人工隔水層。使地表水與導(dǎo)通裂隙帶隔斷，阻止地表水導(dǎo)入井下。

2.2 預(yù)防動(dòng)載礦壓策略

2.2.1 預(yù)測(cè)危險(xiǎn)區(qū)域

根據(jù)實(shí)際開采經(jīng)驗(yàn)與理論研究，分析開采處地址條件，在過溝開采時(shí)，預(yù)測(cè)了危險(xiǎn)的動(dòng)載礦壓發(fā)生區(qū)。工作面對(duì)應(yīng)上坡區(qū)為危險(xiǎn)區(qū)，該區(qū)坡度最大，主關(guān)鍵層受嚴(yán)重侵蝕。所以，動(dòng)載礦壓容易發(fā)生。

2.2.2 預(yù)防措施

（1）預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作面來(lái)壓。根據(jù)工作面來(lái)壓特征，首先進(jìn)行粗預(yù)報(bào)，再根據(jù)實(shí)時(shí)支架阻力做精確預(yù)報(bào)。在來(lái)壓的預(yù)測(cè)處周圍進(jìn)行工作面作業(yè)，要做好預(yù)防措施。（2）工作面質(zhì)量保障。遵守支護(hù)“五到位”方針，確保支護(hù)工程的成效。保證支架初撐力符合規(guī)定，避免頂板過度下沉；確定梁端距，避免來(lái)壓時(shí)過大頂板冒落，支架接頂要實(shí)，支護(hù)效果好。確保腰巷頂板完好，根據(jù)需要割底，采高要足夠，使采煤機(jī)能夠順利通過。來(lái)壓時(shí)要跟機(jī)拉架，確保支護(hù)到位。（3）煤層采高控制。以2.2 m為工作面采高，采高太小，采煤機(jī)不能在來(lái)壓時(shí)通過支架，發(fā)生壓架事故；采高太大，礦壓劇烈，發(fā)生嚴(yán)重漏頂，支架接頂難保證。另外，過溝期間嚴(yán)格控制避免雨季推采，工作面推進(jìn)速度要在質(zhì)量保證的基礎(chǔ)上快速經(jīng)過危險(xiǎn)區(qū)，縮短壓力、沉量時(shí)間，推進(jìn)速度結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工條件決定。

3 過溝開采技術(shù)成效研究

3.1 預(yù)防涌水潰沙成效分析

通過觀察過溝時(shí)的礦壓，在來(lái)壓時(shí)的過溝上下坡段工作面出現(xiàn)較大淋水，溝底段出現(xiàn)架間淋水，水量小。這表明回風(fēng)順槽與腰巷的水孔疏放功能效果明顯，地表水補(bǔ)給被地面疏導(dǎo)工程切斷。來(lái)壓時(shí)的上下坡段的工作面淋水較為渾濁，但溝底注漿段卻無(wú)泥沙，說明地表松散沙層因注漿而固結(jié)。在采空區(qū)對(duì)應(yīng)觀察來(lái)壓時(shí)的上下坡段，采空區(qū)沒有水流，構(gòu)造斷層不存在于基巖，說明老頂出現(xiàn)超前破斷。涌水現(xiàn)象未出現(xiàn)在工作面在溝底段來(lái)壓期間，說明老頂良好。所以，上覆松散沙層經(jīng)注漿固結(jié)，松散沙層厚度減小，基巖厚度增大，老頂破斷方式變動(dòng)，防止了超前破斷，導(dǎo)水通道發(fā)育被阻斷。

3.2 預(yù)防動(dòng)載礦壓成效分析

因設(shè)備故障、質(zhì)量控制措施缺失，前期過溝開采（下坡段）出現(xiàn)推進(jìn)緩慢情形，約為5.56 m/d，來(lái)壓約為45～46 MPa，不強(qiáng)烈，但中部支架采高過低，頂板在來(lái)壓時(shí)下沉，采煤機(jī)不能通過，制約生產(chǎn)。在上坡段開采時(shí)，控制采高為2.2 m進(jìn)行設(shè)備維護(hù)，推進(jìn)速度加快，約為10.2 m/d。所以，雖然來(lái)壓時(shí)上坡段壓力增大，超過50 MPa，出現(xiàn)嚴(yán)重煤片幫，但生產(chǎn)順利。

4 結(jié)語(yǔ)

煤炭是我國(guó)的重要戰(zhàn)略能源。涌水潰沙與動(dòng)載礦壓是在淺埋深煤層的過溝開采中出現(xiàn)的主要開采事故，要做好技術(shù)分析，采取對(duì)應(yīng)的解決策略，確保安全開采。

參考文獻(xiàn)

[1] 馬礦生.陜北淺埋煤層綜采工作面礦壓規(guī)律初探[J].陜西煤炭，2012，31（5）：7-11，14.

[2] 汪華君.不同覆巖淺埋深煤層旺采工作面礦壓規(guī)律研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2013，41（2）：9-12，15.

[3] 張文義.淺埋深、薄基巖、厚松散含水層下煤層綜合機(jī)械化開采防治水技術(shù)應(yīng)用[J].中國(guó)煤田地質(zhì)，2004，16（4）：39-41.

[4] 李建文.薄基巖淺埋煤層開采突水潰砂致災(zāi)機(jī)理及防治技術(shù)研究[D].西安科技大學(xué)，2012.

[5] 王大鵬，王宇，霍丙杰，等.沙基巖淺埋深厚煤層采煤方法探討[J].煤礦安全，2009，40（11）：108-110.

2.2 預(yù)防動(dòng)載礦壓策略

2.2.1 預(yù)測(cè)危險(xiǎn)區(qū)域

根據(jù)實(shí)際開采經(jīng)驗(yàn)與理論研究，分析開采處地址條件，在過溝開采時(shí)，預(yù)測(cè)了危險(xiǎn)的動(dòng)載礦壓發(fā)生區(qū)。工作面對(duì)應(yīng)上坡區(qū)為危險(xiǎn)區(qū)，該區(qū)坡度最大，主關(guān)鍵層受嚴(yán)重侵蝕。所以，動(dòng)載礦壓容易發(fā)生。

2.2.2 預(yù)防措施

（1）預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作面來(lái)壓。根據(jù)工作面來(lái)壓特征，首先進(jìn)行粗預(yù)報(bào)，再根據(jù)實(shí)時(shí)支架阻力做精確預(yù)報(bào)。在來(lái)壓的預(yù)測(cè)處周圍進(jìn)行工作面作業(yè)，要做好預(yù)防措施。（2）工作面質(zhì)量保障。遵守支護(hù)“五到位”方針，確保支護(hù)工程的成效。保證支架初撐力符合規(guī)定，避免頂板過度下沉；確定梁端距，避免來(lái)壓時(shí)過大頂板冒落，支架接頂要實(shí)，支護(hù)效果好。確保腰巷頂板完好，根據(jù)需要割底，采高要足夠，使采煤機(jī)能夠順利通過。來(lái)壓時(shí)要跟機(jī)拉架，確保支護(hù)到位。（3）煤層采高控制。以2.2 m為工作面采高，采高太小，采煤機(jī)不能在來(lái)壓時(shí)通過支架，發(fā)生壓架事故；采高太大，礦壓劇烈，發(fā)生嚴(yán)重漏頂，支架接頂難保證。另外，過溝期間嚴(yán)格控制避免雨季推采，工作面推進(jìn)速度要在質(zhì)量保證的基礎(chǔ)上快速經(jīng)過危險(xiǎn)區(qū)，縮短壓力、沉量時(shí)間，推進(jìn)速度結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工條件決定。

3 過溝開采技術(shù)成效研究

3.1 預(yù)防涌水潰沙成效分析

通過觀察過溝時(shí)的礦壓，在來(lái)壓時(shí)的過溝上下坡段工作面出現(xiàn)較大淋水，溝底段出現(xiàn)架間淋水，水量小。這表明回風(fēng)順槽與腰巷的水孔疏放功能效果明顯，地表水補(bǔ)給被地面疏導(dǎo)工程切斷。來(lái)壓時(shí)的上下坡段的工作面淋水較為渾濁，但溝底注漿段卻無(wú)泥沙，說明地表松散沙層因注漿而固結(jié)。在采空區(qū)對(duì)應(yīng)觀察來(lái)壓時(shí)的上下坡段，采空區(qū)沒有水流，構(gòu)造斷層不存在于基巖，說明老頂出現(xiàn)超前破斷。涌水現(xiàn)象未出現(xiàn)在工作面在溝底段來(lái)壓期間，說明老頂良好。所以，上覆松散沙層經(jīng)注漿固結(jié)，松散沙層厚度減小，基巖厚度增大，老頂破斷方式變動(dòng)，防止了超前破斷，導(dǎo)水通道發(fā)育被阻斷。

3.2 預(yù)防動(dòng)載礦壓成效分析

因設(shè)備故障、質(zhì)量控制措施缺失，前期過溝開采（下坡段）出現(xiàn)推進(jìn)緩慢情形，約為5.56 m/d，來(lái)壓約為45～46 MPa，不強(qiáng)烈，但中部支架采高過低，頂板在來(lái)壓時(shí)下沉，采煤機(jī)不能通過，制約生產(chǎn)。在上坡段開采時(shí)，控制采高為2.2 m進(jìn)行設(shè)備維護(hù)，推進(jìn)速度加快，約為10.2 m/d。所以，雖然來(lái)壓時(shí)上坡段壓力增大，超過50 MPa，出現(xiàn)嚴(yán)重煤片幫，但生產(chǎn)順利。

4 結(jié)語(yǔ)

煤炭是我國(guó)的重要戰(zhàn)略能源。涌水潰沙與動(dòng)載礦壓是在淺埋深煤層的過溝開采中出現(xiàn)的主要開采事故，要做好技術(shù)分析，采取對(duì)應(yīng)的解決策略，確保安全開采。

參考文獻(xiàn)

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[4] 李建文.薄基巖淺埋煤層開采突水潰砂致災(zāi)機(jī)理及防治技術(shù)研究[D].西安科技大學(xué)，2012.

[5] 王大鵬，王宇，霍丙杰，等.沙基巖淺埋深厚煤層采煤方法探討[J].煤礦安全，2009，40（11）：108-110.

2.2 預(yù)防動(dòng)載礦壓策略

2.2.1 預(yù)測(cè)危險(xiǎn)區(qū)域

根據(jù)實(shí)際開采經(jīng)驗(yàn)與理論研究，分析開采處地址條件，在過溝開采時(shí)，預(yù)測(cè)了危險(xiǎn)的動(dòng)載礦壓發(fā)生區(qū)。工作面對(duì)應(yīng)上坡區(qū)為危險(xiǎn)區(qū)，該區(qū)坡度最大，主關(guān)鍵層受嚴(yán)重侵蝕。所以，動(dòng)載礦壓容易發(fā)生。

2.2.2 預(yù)防措施

（1）預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作面來(lái)壓。根據(jù)工作面來(lái)壓特征，首先進(jìn)行粗預(yù)報(bào)，再根據(jù)實(shí)時(shí)支架阻力做精確預(yù)報(bào)。在來(lái)壓的預(yù)測(cè)處周圍進(jìn)行工作面作業(yè)，要做好預(yù)防措施。（2）工作面質(zhì)量保障。遵守支護(hù)“五到位”方針，確保支護(hù)工程的成效。保證支架初撐力符合規(guī)定，避免頂板過度下沉；確定梁端距，避免來(lái)壓時(shí)過大頂板冒落，支架接頂要實(shí)，支護(hù)效果好。確保腰巷頂板完好，根據(jù)需要割底，采高要足夠，使采煤機(jī)能夠順利通過。來(lái)壓時(shí)要跟機(jī)拉架，確保支護(hù)到位。（3）煤層采高控制。以2.2 m為工作面采高，采高太小，采煤機(jī)不能在來(lái)壓時(shí)通過支架，發(fā)生壓架事故；采高太大，礦壓劇烈，發(fā)生嚴(yán)重漏頂，支架接頂難保證。另外，過溝期間嚴(yán)格控制避免雨季推采，工作面推進(jìn)速度要在質(zhì)量保證的基礎(chǔ)上快速經(jīng)過危險(xiǎn)區(qū)，縮短壓力、沉量時(shí)間，推進(jìn)速度結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工條件決定。

3 過溝開采技術(shù)成效研究

3.1 預(yù)防涌水潰沙成效分析

通過觀察過溝時(shí)的礦壓，在來(lái)壓時(shí)的過溝上下坡段工作面出現(xiàn)較大淋水，溝底段出現(xiàn)架間淋水，水量小。這表明回風(fēng)順槽與腰巷的水孔疏放功能效果明顯，地表水補(bǔ)給被地面疏導(dǎo)工程切斷。來(lái)壓時(shí)的上下坡段的工作面淋水較為渾濁，但溝底注漿段卻無(wú)泥沙，說明地表松散沙層因注漿而固結(jié)。在采空區(qū)對(duì)應(yīng)觀察來(lái)壓時(shí)的上下坡段，采空區(qū)沒有水流，構(gòu)造斷層不存在于基巖，說明老頂出現(xiàn)超前破斷。涌水現(xiàn)象未出現(xiàn)在工作面在溝底段來(lái)壓期間，說明老頂良好。所以，上覆松散沙層經(jīng)注漿固結(jié)，松散沙層厚度減小，基巖厚度增大，老頂破斷方式變動(dòng)，防止了超前破斷，導(dǎo)水通道發(fā)育被阻斷。

3.2 預(yù)防動(dòng)載礦壓成效分析

因設(shè)備故障、質(zhì)量控制措施缺失，前期過溝開采（下坡段）出現(xiàn)推進(jìn)緩慢情形，約為5.56 m/d，來(lái)壓約為45～46 MPa，不強(qiáng)烈，但中部支架采高過低，頂板在來(lái)壓時(shí)下沉，采煤機(jī)不能通過，制約生產(chǎn)。在上坡段開采時(shí)，控制采高為2.2 m進(jìn)行設(shè)備維護(hù)，推進(jìn)速度加快，約為10.2 m/d。所以，雖然來(lái)壓時(shí)上坡段壓力增大，超過50 MPa，出現(xiàn)嚴(yán)重煤片幫，但生產(chǎn)順利。

4 結(jié)語(yǔ)

煤炭是我國(guó)的重要戰(zhàn)略能源。涌水潰沙與動(dòng)載礦壓是在淺埋深煤層的過溝開采中出現(xiàn)的主要開采事故，要做好技術(shù)分析，采取對(duì)應(yīng)的解決策略，確保安全開采。

參考文獻(xiàn)

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