邢臺礦區下組煤開采礦井一井一面模式的實踐

文/奚樹旺

邢臺礦區位于太行山東麓，南接邯鄲礦區，北鄰井陘礦區，為典型的華北型石炭—二疊系煤田，主采煤層為2煤、5煤，是已開采40多年的老礦區。為了實現上、下組煤合理配采，穩定礦井產量，延長礦區的服務年限，下組煤開采所占比重逐漸提高。

一、邢臺礦區下組煤開采概況

邢臺礦區的開發以冀中能源股份有限公司為主體。該公司在邢臺礦區現有6礦11對礦井，下組煤（9#煤）普遍受煤系底部巨厚奧陶系灰巖強巖溶含水層的威脅。自1985年以來章村礦、顯德汪礦、葛泉礦、東龐礦先后進行了下組煤試采工作。截至目前已安全采出9#煤1260萬噸。章村礦和顯德汪礦水文地質條件相對較簡單，開采下組煤較早，沒有采取單獨建井，2006年年底以后相繼投產的葛泉東井和東龐北井以及正在準備的邢臺西井，都設計成獨立建井。

二、礦井實現一井一面生產模式的必要性

1.高產高效礦井建設的客觀要求

煤炭企業要增強競爭能力就必須扭轉用人多、效率低的狀況，努力降低成本，提高經濟效益。因此，實現礦井一井一面生產模式，減人提效，是高產高效礦井建設的具體體現和客觀要求。

2.合理集約化生產，壓縮生產戰場，確保安全生產

實現高度合理集約化生產，積極發展綜合機械化，減少頭面，實現礦井一井一面生產，合理集中生產；優化生產環節，簡化生產系統；實行科學管理，從而提高礦井綜合安全生產能力。合理集約化生產對于開采下組煤礦井具有以下意義：

（1）下組煤開采的最大安全問題就是預防和防治突水事故。合理集中生產，是實現以最大限度壓縮開拓開采區域，減少突水事故發生幾率，提高安全開采系數的主要手段。

（2）集中區域生產，集中進行防探水工作，可以提高水害防治效率。

（3）合理集中生產，可以壓縮戰場，減少生產區域，減少下井人員，在生產過程中一旦發生災害，有利于人員組織管理，迅速撤離、集中救援。

三、礦井一井一面生產模式實施的困難與解決途徑

1.技術難點

（1）防治水任務重。邢臺礦區在開采下組煤（主要為9＃煤）時的充水含水層主要為頂板大青灰巖巖溶裂隙承壓含水層、底板奧陶系灰巖巖溶裂隙承壓含水層。礦區歷史突水為2003年東龐礦發生奧灰特大型巖溶陷落柱突水事故(>1800m3/h)，最大突水量70000m3/h，造成淹井。因此，邢臺礦區開采下組煤防治水探測工程是十分必要的。但帶來的問題是：掘進期間超前鉆探、底板注漿加固工作量大，嚴重影響開掘速度，造成工作面布置周期長。

（2）采區準備周期長。開拓新采區必須完成采區的上下山、硐室、輔助車場等巷道工程施工，開采下組煤的采區還要考慮分區隔離、落實強力排水泵房及排水設施等。由于掘進準備期間的防探水工程量大，配套設施多，一定程度上延長了礦井采區的準備周期。

（3）工作面開采限制因素多。其一，工作面設計面長不宜超過70m，這是通過研究開采對煤層底板破壞深度、奧灰頂界面以上隔水層巖柱厚度、承壓水頭壓力等幾個方面所得出的結論；其二，因煤層含硫較高，煤層有自然發火傾向，防滅火措施如煤層注水必須到位；其三，工作面圈出后，必須采取物探（坑透）技術，甚至從上下兩巷向工作面中部打鉆等措施，進一步探明具有導含水可能的地質構造，特別是導含水陷落柱；其四，通過探測底板巖層的厚度、強度和裂隙發育情況，確定煤層底板需要注漿加固的范圍和工作量，然后組織力量對底板薄弱處進行注漿加固，結束后通過驗證確認可靠方可允許工作面投入生產。

2.解決途徑

（1）從設計源頭抓起，設計初期就要充分考慮下組煤防治水要求，為實現一井一面創造條件。下組煤開采盡量實現獨立建井。邢臺礦區的東龐礦和葛泉礦下組煤開采都專門新建獨立生產系統，力求與目前上組煤開采形成完全隔離。東龐北井位于東龐井田的西部淺部露頭區，絕大部分上組煤被剝蝕，僅存下組煤，形成相對孤立的區域；葛泉東井位于葛泉井田的東部，受到大斷層的影響，下組煤地層上抬，為開采下組煤獨立建井創造了條件。

（2）優化設計，合理劃分采區，重點結合防治水手段確定工作面生產能力，保證礦井一井一面。東龐礦北井開采范圍較小，淺部受小煤礦破壞較嚴重，深部開采下限為-300m。井田開拓方式采用雙立井開拓，井筒設計在井田淺部，以暗斜井方式向下延伸。根據礦井地質構造和外圍小礦破壞情況，通過優化設計，合理劃分采區，確定開發一個采區，在暗斜井兩翼布置工作面。根據防治水規定，優化了工作面設計，面長定為70m，經探測小窯破壞范圍，工作面走向長度在600～1000m，采區內9#煤厚度為4.5～5.5m，采用綜采放頂煤工藝開采，考慮到各種因素影響工作面推進，工作面年生產能力不低于60萬噸。

（3）對礦井加強補充勘探措施，確保安全生產。通過多種探測手段及系統全面收集和分析資料，能夠對井田下組煤開采可行性作出定性評價，但是為了實現安全回采，一方面在加強采場地質與水文地質的綜合探測與防治水技術研究，還必須定量分析判斷奧灰水的富水性與導水構造，如斷層、陷落柱、底板薄弱帶以及奧灰水的原始導高等問題。因此，除布置鉆探工程以外，還要通過探水孔檢驗物探的結果，采用輔助手段，對構造的確切位置和范圍進行修正，針對構造薄弱帶尤其潛在導水通道進行注漿封堵與加固。

（4）積極探索超前探技術，提高鉆探速度，減少工作面和采區準備時間。物探技術防治水的指導作用越來越強，礦井瞬變電磁法用于煤層頂、底板巖層內部的富水異常區探測、巷道掘進迎頭前方的突水構造預測、含水陷落柱勘查等水文地質問題。

超前鉆探

（5）采用先進坑透技術，對圈出后工作面地質構造進行勘探。坑透技術是利用無線電波透視的方法，通過其在地下不同巖層、煤層中能量衰減損失的變化，確定區域構造情況。歷經多年實踐，坑透技術能夠通過電性變化確定一些地質構造，為礦山生產提供較準確的地質情況。但在實際使用中，仍有一定的局限性，由于其頻率高，衰減快，工作面過大時，難以接受到有效信號。因此，有必要進一步完善技術手段，精確確定小斷層、斷層連續性及陷落柱、水體存在方位。

四、結論

邢臺礦區下組煤開采的實踐證明，依靠科技創新，完善技術手段，合理優化設計、實現集中生產、壓縮采掘戰場，推行一井一面生產，不僅推進了高產高效礦井建設，更為礦井安全生產創造了條件。