鋪龍灣5110 工作面回采影響因素分析

蘇輝

（山西鋪龍灣煤業(yè)有限公司，山西 大同 037100）

1 概 況

鋪龍灣5110 工作面位于井田西南部，地面整體為西高東低，地面沖溝發(fā)育、沖溝貫穿，地面最高標高1 545 m，最低標高1 398 m。5110 工作面位于一采區(qū)西南部，北部間隔25 m 為設計5112 工作面，西部為DF2 斷層煤柱，東為盤區(qū)大巷，南部為礦界。上部為4 號煤4201、4202 工作面，層間距為52～54.2 m，下部為8 號煤實煤區(qū)。5110 工作面主要開采5 號煤層，煤層賦存穩(wěn)定，煤層整體傾向北。煤厚在6.3～7.3 m，煤層含3～5 層夾石，夾石穩(wěn)定厚度0.10～1.0 m。煤體結(jié)構(gòu)受斷層影響不大。老頂為細-中粒砂巖，局部裂隙較為發(fā)育，形成導水通道；直接頂泥巖、中粒砂巖，易破碎冒落；直接底為泥巖、炭質(zhì)泥巖；老底為砂質(zhì)泥巖、細粒砂巖，細粒砂巖堅硬不易變形，砂質(zhì)泥巖遇水易軟化。采用走向長壁后退式綜合機械化放頂煤工藝回采，全部垮落法管理頂板。循環(huán)進度0.6 m，采高3 m，放頂高度4.95 m，采放比為1∶1.65，工作面回采率為93%，頂煤回收率為80%，“一采一放”為一循環(huán)，煤層開采強度較大，為了實現(xiàn)工作面的安全開采，需要分析各種因素的影響。

2 地質(zhì)構(gòu)造的影響分析

根據(jù)5110 工作面兩順槽巷掘進資料，從切巷采位開始51101 巷回采至173 m 將過H=1.5 m 正斷層；回采至327 m 處將過H=0.4 m 正斷層；回采至367 m 將過H=0.55 m 正斷層；回采至393 m 將過H=0.45 m 正斷層；回采至424 m 將過H=0.5 m 正斷層。51102 巷回采至156 m 將過H=1.4 m 正斷層；回采至166 m 將過H=1.3 m 正斷層；回采至189 m 將過H=1.0 m 正斷層；回采至239 m 將過H=2.2 m 正斷層；回采至242 m 將過H=4.5 m 正斷層。詳見表1、表2。

表1 5110 工作面運輸順槽斷層分布情況Table 1 No.5110 face transport crossheading fault distribution

表2 5110 工作面回風順槽斷層分布情況Table 2 No.5110 face return air trough fault distribution

經(jīng)過對工作面進行坑透發(fā)現(xiàn)6 處異常區(qū)，結(jié)合鉆探驗證成果及巷道實際掘進揭露情況，1、4 號異常區(qū)為煤層破碎及巷道積水形成，對回采影響較??；3、5 號異常區(qū)為落差較小斷層形成，對回采影響較小；2、6 號異常區(qū)預計為同一條斷層（落差H=4.5 m）形成，對回采有一定影響。

3 水文地質(zhì)的影響分析

工作面位于井田西南部，水文地質(zhì)類型劃分為簡單性。

3.1 水源分析

工作面地表多被黃土覆蓋只有少量基巖出露、溝壑，無任何建筑物，且總的地勢西高東低，溝谷較多，泄水通道良好，不會形成集水區(qū)，大氣降水大部分自然蒸發(fā)，少量通過第四季黃土層補充地下水、極少量通過溝整排泄。因此，大氣降水會對工作面水源造成一定影響。工作面蓋山厚度366.4～460.2 m，包含多層穩(wěn)定的隔水層，工作面地表區(qū)域沒有集水區(qū)，也無鉆孔。因此，地表水對工作面水源影響較小。

5 號層主要直接充水含水層為二疊系山西組砂巖裂隙含水層、石炭系太原組砂巖裂隙含水層，富水性較弱，含水層補給條件差補給來源少。5110工作面兩順槽巷掘進過程中僅巷道局部地段通過錨桿（索）眼出現(xiàn)滴水或淋水，水量均不大，且出水一段時間后，各出水點水量逐漸變小至消失，充水強度小。工作面回采時局部頂板有淋水情況，淋水在短時間消失，對回采影響較小。

工作面底板標高+1 059.6—+1 076.2 m，根據(jù)礦井地質(zhì)報告資料顯示井田范圍內(nèi)奧灰水的水位平均標高為+1 162—+1 166 m，工作面屬于帶壓開采區(qū)域，帶壓強度0.89.8～1.02 MPa。5 號煤層底板距下覆奧灰頂面隔水層最小厚度為47.39 m，隔水層巖性隔水性較好。根據(jù)5110 兩順槽掘進期間揭露的地質(zhì)構(gòu)造情況可知，已揭露構(gòu)造均不導水，鄰近工作面底板完整，工作面影響范圍內(nèi)無鉆孔，預計奧灰水對工作面水源影響較小。

工作面周圍不存在老窯。5110 工作面上覆為已采4201、4202 工作面采空區(qū)，于2015 年10 月回采結(jié)束，需進行需進行水害探查。工作面范圍內(nèi)無陷落柱。

綜上所述，工作面主要受頂板煤系砂巖裂隙水和上覆4201、4202 工作面采空區(qū)積水影響，對工作面水源影響較小。

3.2 導水通道分析

根據(jù)5110 工作面兩順槽掘進期間揭露地質(zhì)資料及現(xiàn)階段水文地質(zhì)情況綜合分析，工作面回采范圍內(nèi)預計共將揭露10 條斷層，掘進期間斷層面均不導水。工作面圈定后，結(jié)合物探結(jié)論及鉆探驗證確定，各斷層面均不導水。

工作面回采范圍內(nèi)無地質(zhì)鉆孔，工作面運輸順槽13 m 處的補3 鉆孔，封孔質(zhì)量良好，位于工作面回采范圍以外，對工作面回采工作無影響。隨著工作面的不斷推進，工作面后方冒落區(qū)域，形成的導水裂縫帶高度均大于其與上層煤之間的層間距，對工作面涌水量有一定影響。

綜上所述，影響工作面涌水量的導水通道主要為采空冒裂帶形成的垂向?qū)ǖ馈?/p>

3.3 開采突水危險程度評價

5110 工作面開采的5 號煤層底板距下覆奧灰頂面隔水層最小厚度為47.39 m，采用“突水系數(shù)”評價工作面水害程度。突水系數(shù)按公式計算：

式中：T 為突水系數(shù)，MPa/m；P 為底板隔水層承受的水壓，MPa；M0為底板隔水層厚度，m。

將5110 工作面相關參數(shù)代入到式（1）中，可以計算出T=0.026～0.031 MPa/m，小于0.06 MPa/m，屬相對安全開采區(qū)域。工作面正常涌水量3 m3/h，最大涌水量為6 m3/h。

4 瓦斯的影響分析

根據(jù)5110 工作面頂?shù)装宓刭|(zhì)情況，5 號煤層上鄰近層為4 號煤層，下鄰近層為8 號煤層，綜合分析，工作面回采期間瓦斯主要來源為本煤層瓦斯及上、下煤層瓦斯。

參考相鄰采掘工作面瓦斯情況，預計工作面絕對瓦斯涌出量1.05 m3/min，相對瓦斯涌出量0.55 m3/t。瓦斯等級為低瓦斯礦井。工作面采用“U”型通風系統(tǒng)，且工作面瓦斯涌出量較小，瓦斯對回采影響較小。

影響回采的其它地質(zhì)情況見表3。由此可以發(fā)現(xiàn)，其它地質(zhì)指標均處于正常范圍以內(nèi)，對安全回采影響較小。

表3 影響回采的其它地質(zhì)情況Table 3 Other geological conditions affecting mining

5 回采期間安全措施分析

5.1 礦壓觀測

（1）初采期間“三量”觀測。5110 工作面初采期間，采用“三量”觀測法，用于測得工作面來壓情況。5110 工作面沿傾向分別在上、中、下段，布置3 個測點用于觀測“三量”，頂?shù)装逡平?，? 個測點相應位置選擇頂板較為平整段安裝KJ616 頂板動態(tài)儀，用于觀測頂?shù)装逡平?；支架活柱量，使? m 卷尺定時測量相應支架立柱頂部至防塵圈位置數(shù)據(jù)，用于觀測支架活柱下縮量；立柱載荷量，利用支架前后柱DN10/0-60MPa 機械式礦壓表觀測支架阻力。

（2）回采期間壓力觀測。工作面安裝有一套頂板在線監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測工作面頂板壓力。由電源、基站、分站以及每7～9 組支架安設一套GPD60 型電子礦用液壓測力計（共16 塊）組成。數(shù)據(jù)分別上傳至礦調(diào)度室、生產(chǎn)技術科。在線監(jiān)測系統(tǒng)為24 h 在線監(jiān)測、分析。綜采隊負責對現(xiàn)場設備運行情況進行檢查維護。

（3）兩巷道頂板壓力觀測。兩順槽在掘進期間按規(guī)定，分別在煤巷段每隔50 m 安裝1 套KBY-2 型平行直讀式頂板離層觀測儀和1 套錨桿測力計及1 套錨索測力計，在巖巷段為每隔100 m安裝。并且在回采期間每100 m 安設圍巖移近量觀測線。

（4）兩巷道端頭超前段壓力觀測。利用單體柱測壓儀每天對進、回風順槽端頭及超前壓力進行觀測。單體測力計配置不低于3 個，兩巷道實現(xiàn)“兩用一備”。

5.2 初采期間安全措施

根據(jù)附近工作面回采經(jīng)驗，初次來壓距離為24 m 左右。在5110 工作面推進15 m 左右，直接頂開始發(fā)生垮落，并在一定程度上充填采空區(qū)。考慮到初次來壓時礦壓壓力顯現(xiàn)劇烈，為此，需要采取安全措施，保證生產(chǎn)的安全性，主要是保證工作面支架的支護質(zhì)量。

在初次放頂煤時，可以超前采煤機機尾2～3刀放頂煤，且保證泵站的壓力至少達到初始支撐力的80%以上，即30 MPa。保證支架各供、回液管路無破損，嚴禁出現(xiàn)“跑、冒、滴、漏”或“閥組串液”。初次放頂期間必須嚴格控制采高，采高控制在3 m。必須保證溜子平直，且采煤機滾筒臥底量不超過5 cm。必須保證支架支撐立柱各安全閥完好，且安全閥工作阻力與支架工作阻力相匹配。割煤與移架工作必須配合作業(yè)，當拉架速度跟不上割煤速度，必須停機等待，避免長時間大面積空頂。初次放頂前必須完善好工作面的排水系統(tǒng)，期間每班必須對排水系統(tǒng)進行檢查、維護、保養(yǎng)、清理保證排水系統(tǒng)的正常運行。

5.3 過斷層措施

根據(jù)上述物探結(jié)果可知，在回采期間工作面內(nèi)會穿過一條落差H=4.5 m 的斷層。為了實現(xiàn)安全回采，需要制定相應的過斷層措施。由于斷層的落差較大，開采期間對斷層產(chǎn)生擾動，斷層發(fā)生運動會導致礦山壓力顯現(xiàn)劇烈。過斷層期間，向斷層施工鉆孔，探測斷層的應力分布情況和巖層破碎情況，根據(jù)探測情況采取合適的措施，并保證安全的距離，選擇合適的過斷層方法，在采用平推硬過時需要做好頂板管理和推進速度，而在采用重新開鑿切眼時，需要留好合適的保護煤柱。

5.4 防治水措施

嚴格按照《煤礦防治水規(guī)定》，始終堅持“預測預報、有掘必探，先探后掘，先治后采”的防治水方針。5 號煤5110 工作面上覆為4 號煤層4201、4202 工作面，兩已采56 844.5 m2，于2015 年10月開采結(jié)束。5 號煤層距4 號煤層層間距為52～54.2 m。5110 工作面兩順槽巷在掘進過程中對4201、4202 工作面采空區(qū)低洼處施工9 個放水孔，鉆孔內(nèi)無水流出，并經(jīng)后期觀察，確認上覆4201、4202 工作面采空區(qū)無積水。在回采中出現(xiàn)出水點時，要及時制定專項措施，并制定相應的安全技術措施。

工作面回采期間密切注意頂板狀況，發(fā)現(xiàn)有掛紅、掛汗、空氣變冷、出現(xiàn)霧氣、水叫、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、有臭味等等透水預兆時，必須停止作業(yè)，立即匯報，發(fā)出警報，撤出所有受水威脅地點的人員。

6 結(jié) 語

結(jié)合鋪龍灣5110 工作面的實際情況，分析了地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)和瓦斯對安全開采的影響。斷層形成的異常區(qū)對開采存在一定的影響，而水文地質(zhì)和瓦斯對開采影響較小。雖然不存在水害問題，但是由于地下水的流動性，設計了具體回采期間的安全措施分析。