厚硬覆巖動力災(zāi)害影響下綜采工作面安全回采實踐

【摘 要】海孜煤礦Ⅲ101采區(qū)上覆兩層火成巖和多層堅硬厚砂巖，隨著開采面積和強度的增加，頂板活動劇烈，頻繁引發(fā)動力事件，嚴(yán)重影響礦井安全生產(chǎn)。針對受頂板堅硬厚巖動力災(zāi)害影響的綜采工作面，在回采期間通過采取一系列防治舉措，有效減弱動力沖擊強度，消除次生災(zāi)害，保證回采安全，并為類似條件下的工作面安全回采提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】厚硬覆巖 動力災(zāi)害 安全回采 防治舉措

1 引言

海孜煤礦屬煤與瓦斯突出礦井，目前礦井已開采至三水平（-700m--1000m），主采煤層10煤為突出煤層。正在開采的Ⅲ101采區(qū)位于礦井東翼，以淺與Ⅱ101采區(qū)采空區(qū)相鄰，該區(qū)域頂板覆有兩層火成巖和多層堅硬厚砂巖，隨著開采面積的增加，對開采造成一定威脅。

首采面Ⅲ1012綜采工作面面長平均173m，煤層傾角平均23°，工作面標(biāo)高-662.89～-732.32m，煤厚平均3.05m。該工作面于2014年8月31日開始回采，回采期間發(fā)生大能量動力事件13次。其中105J 7次，106J 5次，107J 1次。最大一次發(fā)生在2015年1月1日，能量為4.52×107J，位于Ⅱ1019工作面采空區(qū)，井下震感較為強烈，地面有震感。

為確保安全回采，經(jīng)反復(fù)研究論證，決定在Ⅲ1012綜采工作面回采期間采取一系列防治動力災(zāi)害舉措，有效保障了回采安全，為其它工作面開采提供借鑒依據(jù)。

2 采區(qū)及工作面覆巖結(jié)構(gòu)概況

Ⅲ101采區(qū)火成巖主要以巖床形式侵入，以7煤上最多，侵入層位具有一定的規(guī)律性，平面上呈片狀出現(xiàn)，在采區(qū)東翼，侵蝕邊界呈NE向展布，且合并分叉現(xiàn)象較為頻繁。本采區(qū)內(nèi)巖漿巖距10煤層頂板110～156m，厚度為0-40m。采區(qū)東翼存在火成巖對10煤層的侵蝕現(xiàn)象。

Ⅲ1012工作面上覆火成巖覆蓋范圍自切眼向外511m，距10煤層頂板120～142m，厚0～26m。根據(jù)鉆孔，該區(qū)域火成巖共有兩層，層間距為48～52m，自10煤向上第一層厚0～11m，第二層厚0～26m，第一層沿7煤層頂板侵入，第二層沿5煤層侵入，兩層侵入均存在不連續(xù)性，其中在17線附近兩層火成巖較完整，在3線附近火成巖不連續(xù)，在DF12斷層附近存在斷裂、尖滅現(xiàn)象。

采區(qū)范圍內(nèi)10煤層頂板150m范圍內(nèi)存在堅硬巖層，根據(jù)鉆孔資料顯示，堅硬巖層主要以砂巖、粉砂巖為主，尤其在一區(qū)段以深區(qū)域，隨著深度增加堅硬巖增多、增厚趨勢較明顯，06-1、06-23-4孔揭露的砂巖、粉砂巖占基巖總厚度的81.7%～83.7%。分布范圍主要集中在采區(qū)中下部。

3 實施方案和舉措

3.1 區(qū)域保障措施

（1）微震監(jiān)測指標(biāo)。煤（巖）動力災(zāi)害危險等級分微震監(jiān)測預(yù)警指標(biāo)為強、中等、弱、無四個等級，分別對應(yīng)A、B、C、D。分級的具體參考指標(biāo)見表1。

火成巖防治辦公室每天對監(jiān)測到的震動事件及安全生產(chǎn)信息中心或區(qū)隊反饋的震動信息進(jìn)行分析、總結(jié)并上報，以便及時采取進(jìn)一步措施。

（2）鉆屑量預(yù)測臨界值標(biāo)定。在距采掘工作面300m以外施工一組5個標(biāo)定鉆孔，孔間距2m，孔深10m，孔徑φ42mm，每米取鉆屑量稱重，分別以1-5m鉆屑量（Kg/m）平均值的1.5倍和6-10m鉆屑量（Kg/m）平均值的2倍，作為預(yù)測臨界值。

（3）地面沉降觀測。建立地面沉降觀測站，動態(tài)監(jiān)測巖層彎曲下沉或破斷情況。觀測原則上一個月不少于兩次，確保觀測質(zhì)量。數(shù)據(jù)收集上來以后及時分析，重點研究沉降變化和沉降速度，若沉降速度變化較大，要結(jié)合微震數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定是否巖層活動加劇。沉降速度變化較大時，加大觀測密度，一周不低于一次，直至沉降速度恢復(fù)正常。

（4）瓦斯抽采、預(yù)警指標(biāo)檢測。地面抽采孔的瓦斯抽采參數(shù)（負(fù)壓、濃度、流量）一旦發(fā)現(xiàn)劇變化時，及時向礦安全生產(chǎn)信息中心匯報。 工作面內(nèi)預(yù)測煤與瓦斯突出危險性，預(yù)測指標(biāo)達(dá)到臨界值時，必須采取鉆孔卸壓措施。

（5）壓風(fēng)自救。壓風(fēng)自救必須安設(shè)在距采掘工作面25～40m的巷道內(nèi)、放炮地點、撤離人員與警戒人員所在的位置以及回風(fēng)道內(nèi)有人作業(yè)處，每處設(shè)置5～8個，保證平均每人的壓縮空氣供給量不少于0.1m3/min。

（6）電氣管理。井下電氣設(shè)備、電纜及小型電器的防爆性能必須符合《煤礦安全規(guī)程》和集團(tuán)公司的有關(guān)規(guī)定，杜絕失爆現(xiàn)象。

3.2 回采工作面具體安全保障措施

（1）加強工作面礦壓觀測。采用在線監(jiān)測支架初撐力和工作阻力，工作面每隔10架安裝一塊分站，該分站每隔15分鐘記錄并上傳一次支架的初撐力和工作阻力，準(zhǔn)確掌握工作面頂板來壓情況。

（2）應(yīng)力在線監(jiān)測。實現(xiàn)工作面開采過程中相對應(yīng)力變化的動態(tài)監(jiān)測；監(jiān)測系統(tǒng)傳感器，布置在沖擊危險區(qū)域范圍內(nèi)，監(jiān)測測點初始應(yīng)力值、測點實時監(jiān)測應(yīng)力值，測點應(yīng)力變化曲線。

（3）兩巷變形觀測。在工作面兩巷每隔50m建立一個變形觀測站，采用“十字”觀測法，對巷道變形情況進(jìn)行定期觀測。

（4）工作面兩巷超前管理。兩巷超前管理范圍嚴(yán)格按作業(yè)規(guī)程要求執(zhí)行，提高上下端頭和切頂線的支護(hù)強度，巷道斷面不小于設(shè)計斷面的70%，單體支柱初撐力不小于70KN。

（5）工作面風(fēng)巷超前順層卸壓鉆孔。工作面風(fēng)巷施工大孔徑順層卸壓鉆孔，開孔間距2m，孔深不小于60m，鉆孔直徑Φ133mm。鉆孔施工過程中孔內(nèi)瓦斯無異常，終孔后鉆孔不封堵，自然釋放孔內(nèi)瓦斯；若孔內(nèi)瓦斯異常，則臨時用Φ50mm的PE封孔管進(jìn)行封孔，并及時合茬抽采瓦斯。

（6）工作面內(nèi)順層超前卸壓鉆孔。工作面生產(chǎn)班割煤前，在工作面風(fēng)巷順層大直徑卸壓鉆孔未控制區(qū)域至機頭向上20m范圍內(nèi)施工超前卸壓鉆孔，要求與風(fēng)巷順層大直徑卸壓孔壓茬不小于10m?？咨畈恍∮?25m，孔間距 5m，孔徑不小于75mm。每循環(huán)卸壓孔超前距不小于20m，即允許回采不超過5m。

（7）工作面注水。工作面內(nèi)實施淺孔動壓注水，孔深10m，孔間距5m，孔徑Φ42、60mm，工作水壓不小于6Mpa。

工作面前方兩巷利用預(yù)抽鉆孔實施深孔靜壓注水，注水范圍為煤壁前方40m。

（8）工作面控制推進(jìn)度。當(dāng)工作面發(fā)生大能量微震事件或工作面回采期間震動發(fā)生較頻繁，則控制推進(jìn)度，根據(jù)降低推進(jìn)度后，震動事件發(fā)生的能量及頻次情況再相應(yīng)調(diào)整具體推進(jìn)度。

（9）加強工作面特殊時段、地段管理。特別是工作面過斷層、煤層異常區(qū)域、周期來壓和“見方”前后50m范圍，及時分析微震能量、頻次、預(yù)測指標(biāo)（△h2、Smax）、瓦斯?jié)舛?、支架工作阻力等參?shù)，合理提出預(yù)警級別，指導(dǎo)工作面安全開采。

（10）工作面上、下隅角沿走向每 10m 施工一個隔離帶，采用碎矸充填，厚度不小于2m。

（11）割煤期間，工作面下風(fēng)側(cè)及回風(fēng)系統(tǒng)停電、撤人、設(shè)置警戒。

（12）工作面出口向外150m范圍內(nèi)，禁止存放剛性材料，臨時物料存放在巷道底板底角處，并碼放整齊生根固定。

（13）控制工作面總?cè)藬?shù)，生產(chǎn)班限制總?cè)藬?shù)不超過26人。

4 效果

事實表明，采取一系列舉措后，特別是限制工作面推進(jìn)度后，礦震無論從頻率還是從能量來看，都有所減弱，未發(fā)生大于105J以上能量的動力事件，有效保障了回采安全，為下一步其它類似條件塊段的安全開采提供了寶貴的經(jīng)驗，起到了很好的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]錢鳴高，石平五，許加林.礦山壓力與巖層控制.中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2010（2）.

[2]徐永圻.煤礦開采學(xué).中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1998.

作者簡介：朱性周（1979—），男，漢族，中共黨員，采礦工程師，國家注冊安全工程師，2002年畢業(yè)于華北科技學(xué)院采礦工程專業(yè)，現(xiàn)在淮北礦業(yè)股份有限公司海孜煤礦從事生產(chǎn)技術(shù)管理工作。