淺埋煤層過溝開采礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及防治水措施

趙二雷

(榆林匯森煤礦建設(shè)運營有限責(zé)任公司馮家塔分公司，陜西 府谷 719400)

0 引言

神府礦區(qū)煤層埋藏淺、儲量豐富，但生態(tài)環(huán)境脆弱，溝谷、峁梁等地貌隨處可見，過溝開采是神府淺埋煤層開采面臨的難題之一[1-3]。溝谷段基巖與松散覆蓋層的厚度與正常開采存在差異，溝谷底部煤層埋深淺、基巖薄，工作面開采形成的臺階巖梁結(jié)構(gòu)易滑落失穩(wěn)，采動裂隙易導(dǎo)通上覆含水層，造成涌水潰沙事故[4-6]。同時，溝谷地形也會對工作面礦壓產(chǎn)生較大影響，坡角越大，礦壓顯現(xiàn)越劇烈。本文以神府礦區(qū)某煤礦52213工作面過溝地段開采為工程背景，研究影響綜采工作面過溝開采的因素以及預(yù)防措施。

1 工作面開采條件

某煤礦52103工作面地表絕大部分為黃土和第三系粘土覆蓋，起伏變化比較大，開采的5-2煤層埋深約140 m，正?；夭蓷l件下，上覆基巖厚度50～90 m，過溝地段基巖厚度30 m左右。52103工作面長度280 m，推進長度3 120 m，傾角1°～3°，采高4.0 m。選用ZY-9000/24/50型二柱掩護式液壓支架。

2 工作面過溝開采礦壓顯現(xiàn)規(guī)律分析

52103工作面礦壓觀測表明，過溝谷階段，共測得5次周期來壓，來壓相對較弱。第一次周期來壓步距為14.8 m，來壓期間液壓支架安全閥開啟，立柱下沉量較??；第二次周期來壓步距為16 m，來壓期間立柱未見明顯下沉；第三次周期來壓步距18.5 m，來壓期間工作面有局部漏矸現(xiàn)象，工作面礦壓顯現(xiàn)特征詳見表1。

表1 52103工作面過溝段的來壓特征

分析認為，過溝谷期間工作面礦壓顯現(xiàn)較弱，生產(chǎn)現(xiàn)場表現(xiàn)為工作面以及兩順槽無明顯片幫、炸幫現(xiàn)象，采煤機割煤阻力較大，生產(chǎn)期間更換截齒較為頻繁。工作面周期來壓步距明顯增大，來壓時支架工作阻力平均為31～42 MPa，較正常開采段來壓時壓力小，工作面正常周期來壓曲面圖如圖1所示。

分析原因，這是由于淺埋煤層工作面來壓期間多為頂板基巖沿全厚切落，上覆風(fēng)化層及松散層作為載荷存在，因此，來壓期間礦壓顯現(xiàn)較強烈。而在工作面過溝階段，上覆松散層較薄或缺失，載荷變小，礦壓顯現(xiàn)較正常開采段變?nèi)?。同時，過溝階段基巖變薄，頂板垮落后更易導(dǎo)通上部含水層及地表水，對于該礦而言，過溝階段工作面安全防范的重點是防止工作面出現(xiàn)局部冒頂和突水潰沙事故。

圖1 52103正常回采周期來壓曲面圖

3 過溝開采影響因素分析

在淺埋深、薄基巖、開采高度大的條件下，工作面上方的節(jié)理裂隙發(fā)育較快，導(dǎo)水裂隙帶極易發(fā)育至上部含水層及地表，工作面開采時面臨突水潰沙事故的威脅。

煤礦在開采時形成潰沙災(zāi)害必須具備沙源、水源、通道和空間4個條件[7-8]，具體為：有厚度足夠的砂層,可簡稱為“物源條件”；有富水性好的含水層,可簡稱為“富水條件”；有適當(dāng)?shù)牧严锻ǖ缹挾?可簡稱為“通道條件”；有容納砂水混合物的空間，可簡稱為“空間條件”。下面從水文地質(zhì)條件和開采條件兩方面進行分析。

3.1 水文地質(zhì)條件

薄基巖淺埋煤層過溝開采時，涌水潰沙的主要水源是含水層水和溝底地表水。若導(dǎo)高發(fā)育至含水層，則含水層的水和溝底地表水將成為動力源，攜帶地表松散沙土進入工作面，造成安全事故的發(fā)生。

陜北地區(qū)的隔水巖組的上部直接為松散沙層。該條件的過溝開采，由于基巖較薄，基巖破斷后形成的臺階巖梁結(jié)構(gòu)，會在地表呈“O-X”破斷，在開采邊界區(qū)域內(nèi)將形成較大的導(dǎo)水和潰沙通道，極易造成嚴(yán)重的涌水潰沙事故。

3.2 開采條件

合理的推進速度能實現(xiàn)工作面避壓和讓壓，通過提前分析過溝開采的影響區(qū)域，過溝階段可通過提高工作面推進速度達到減輕礦山壓力的影響。

煤層開采高度越大，頂板垮落高度就越大，更容易導(dǎo)通上部含水層及地表水，因此，可以通過降低開采高度減輕上部含水層及地表水對工作面的威脅。

合理布置開采時間，盡可能將過溝時間與雨季錯開，防止雨水灌入井下造成事故。

4 過溝開采防治措施

通過對上述影響因素的分析， 52103工作面在過溝開采時，針對性地提出防治水措施。

(1)準(zhǔn)確掌握區(qū)域水文地質(zhì)及工程地質(zhì)資料。對52103工作面進行分區(qū)，確定突水潰砂威脅區(qū)域，并進行水力坡度、安全水頭計算，進行事故發(fā)生等級劃分，對于重點區(qū)域提前因地制宜地采取防治措施。

(2)在淺埋薄基巖過溝開采中，對52103工作面的支架載荷數(shù)據(jù)及時分析。了解支架安全閥開啟率；記錄頂板淋水、片幫情況及頂板垮落情況；及時對工作面涌水和頂板淋水進行觀察，發(fā)現(xiàn)有掛紅、掛汗、空氣變冷、出現(xiàn)霧氣、頂板淋水加大、頂板來壓、底板鼓起或產(chǎn)生裂隙出現(xiàn)滲水、水色發(fā)渾、有臭味等突水預(yù)兆時，必須停止作業(yè)，立即報告礦調(diào)度室，發(fā)出警報，撤出所有受水威脅地點的人員。

(3)加強巷道支護。目前神府礦區(qū)的大斷面巷道多采用錨桿支護方式，在基巖厚度很薄處，為了確保安全生產(chǎn)，采用了密集型的錨網(wǎng)索聯(lián)合支護方式。

(4)進行疏水降壓分析，提前進行疏放水。對含水層水源進行控制，降低含水層的富水性，開采期間，在溝渠設(shè)置了排水溝，同時，提前打放水孔，確保水砂分離，防止發(fā)生淹井事故[9]。

5 結(jié)語

根據(jù)52103工作面水文地質(zhì)條件及開采條件，在工作面過溝開采中，通過采取諸如采前疏放水、地面導(dǎo)流、工作面來壓預(yù)測預(yù)報等措施，成功完成了過溝開采，防止了涌水潰沙事故發(fā)生。如果上覆含水層含水豐富、地表水量大，還可采取控制煤層采高和工作面推采速度、過溝時間安排在雨季之外等技術(shù)措施，保證工作面安全開采。