烏達煤田火區對井下工作面安全生產影響分析

張衛亮

（煤炭科學研究總院沈陽研究院，遼寧省沈陽市，110016）

我國是地下煤層自燃災害嚴重的國家之一，它不僅造成大量煤炭資源的損失和無法開采，影響煤礦的安全生產，同時破壞了生態環境，造成大氣污染。隨著下層煤的開采，加上煤田火災的蔓延，地表大面積塌陷，需要不斷進行火區調查和動態監測，且需多次修改滅火工程設計，為火區治理工作帶來難度。煤層開采以后，采空區上覆巖層由下向上依次形成垮落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶。對于采場上覆巖層破壞變形在空間上形成 “三帶”，國內已做了大量的研究工作，但主要集中在煤層開采、頂板管理、瓦斯抽放等方面。目前還沒有文獻針對煤田火區對下覆煤層開采作定量分析判斷方面的研究，因此判斷煤田火區對下層煤將要開采的工作面影響程度成為礦井生產過程中亟需解決的問題。

1 礦井和工作面概況

內蒙古烏達煤田火區已經燃燒了50多年，由于歷史上小煤窯亂采濫挖、地表塌陷、早期發現的火區沒有及時徹底治理等原因，烏達煤田地表仍存在大量火區。根據神華 （北京）遙感勘查有限責任公司2009年編制的火區調查報告，烏達煤田火區共有3 處大火，16 處子火區 （分別為1＃、2＃、3＃、4＃、5＃、6＃、7＃、8＃、9＃、10＃、11＃、12＃、15＃、16＃、17＃、18?；?區，其 中，7＃、9＃、11?；饏^仍處于燃燒狀態），總面積為401.5萬m2，主要燃燒1＃、2＃、4＃、6＃、7＃、9＃、10＃、11＃、12＃煤層。

烏達煤田共有3處生產礦井，分別為五虎山煤礦、黃白茨煤礦和蘇海圖煤礦。

五虎山煤礦位于烏達煤田的南部，其面積11.8km2，礦井設計生產能力1.5 Mt／a。地表11＃火區對應的井下906工作面位于礦井南翼，開采9＃煤層，煤層厚度為3.43～3.77m，傾角為3°～8°。工作面走向長度1102m，傾斜長度243m，采高3.6m，采用走向長壁后退式綜合機械化采煤方法，全部垮落法管理頂板。

黃白茨煤礦位于烏達煤田東北部，核定生產能力為1.7Mt／a。7?；饏^對應的井下1016工作面位于礦井南側，開采10＃煤層，工作面走向長1230m，傾斜平均長度236m，采用走向長壁后退式綜合機械化采煤法，全部垮落法管理頂板，最大采高2.6m。

蘇海圖煤礦位于烏達煤田西北部，南鄰五虎山煤礦，東接黃白茨煤礦。井田面積11km2，核定生產能力1.35Mt／a。1354工作面位于135下山南翼，走向長度840m，傾斜長240m，煤層傾角平均7°。1354工作面所采13＃煤層平均厚度1.52m，最大采高為1.78m。

2 煤巖層位置關系

圖1 11?；饏^對應各煤層間的位置關系示意圖

五虎山煤礦906工作面對應地表11?；饏^燃燒2＃和4＃煤層，最大燃燒深度56 m，9＃煤層與上部7＃煤層采空區間距約73 m，與火區間距約111m，11?；饏^對應各煤層間的位置關系見圖1。黃白茨煤礦1016工作面對應地表7?；饏^燃燒2＃、4＃、7＃煤層，10＃煤層與火區間距約85m，7?；饏^對應各煤層位置關系見圖2。蘇海圖煤礦1354工作面對應9＃火區燃燒6＃、7＃、8＃煤層，8＃煤層與13＃煤層間距約136m，9＃火區對應各煤層位置關系見圖3。

3 下層煤開采時上覆火區影響程度

906工作面、1016工作面和1354工作面均設計為綜合機械化開采，906 工作面開采9＃煤層，采高為3.6m；1016工作面開采10＃煤層，采高為2.6m （上覆9＃煤層，采高3m）；1354工作面開采13＃煤層，采高為1.78m。11?；饏^燃燒的深部4＃煤層與9＃煤層間存在7＃煤層 （1.87 m）采空區；7＃火區燃燒的深部7＃煤層與10＃煤層間存在9＃煤層 （3.0m）采空區；9?；饏^燃燒的深部8＃煤層與13＃煤層間存在9＃（2.69m）、10＃（2.22 m）、12＃（6.10m）和13上2＃（1.59m）煤層采空區。

3.1 冒落帶高度

一般情況下，工作面上覆巖層冒落帶高度為采高的3～4倍，以此計算，906工作面上覆冒落帶高度為10.8～14.4m；1016工作面上覆冒落帶高度為16.8～22.4m （10＃與9＃煤層間距只有1m，因此開采1016工作面時，冒落帶高度應采用兩層煤的綜合開采厚度計算）；1354工作面上覆冒落帶高度為5.34～7.12m。

3.2 裂隙帶高度

與煤田火區有關的裂隙成因類型包括構造裂隙、塌陷裂隙、燃燒裂隙以及復雜的復合型裂隙，能夠到達地表的裂隙有利于煤層自燃的供氧和排煙循環。在此處僅考慮工作面生產時其上覆巖層采動裂隙的最大高度。

根據煤礦地質資料，五虎山煤礦906工作面對應9＃、7＃煤層上覆巖層巖性以中硬為主，黃白茨煤礦1016工作面對應的9＃煤層與7＃煤層間的巖層巖性以軟弱為主，蘇海圖煤礦1354工作面對應9＃、10＃、12＃和13上2＃煤層上覆巖層巖性均屬中硬巖層，參考《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》中導水裂隙帶高度計算公式，計算各工作面開采時上覆巖層裂隙帶最大高度。

（1）五虎山906工作面 （上覆巖層屬中硬）：

式中：HL——裂隙帶高度，m；

∑M——累計采厚，m。

經計算，H9＃=44.1m，H7＃=34.9m。

（2）黃白茨1016工作面 （上覆巖層屬軟弱）：

經計算，H10＃ =29 m，H9＃ =25 m，H9＃10＃=28.7m。

（3）蘇海圖煤礦1354工作面 （上覆巖層屬中硬）：

經計算，H1354=33.2 m，H13＃上2=31.5 m，H9＃10＃=54.3m，H12＃=59.4m。

各工作面上覆巖層裂隙帶高度與煤巖層對應關系如圖1～圖3。從圖中可以看出，906 工作面上覆巖層最大裂隙高度44.1m 遠小于工作面與火區間距離73m；1016工作面上覆巖層最大裂隙高度29m 遠小于工作面與火區間距離85m；1354工作面上覆巖層裂隙相互連通，9＃、10＃煤層裂隙帶最大高度為54.3m，小于9＃煤層與9?；饏^間距約6 m，但8＃煤層底板為平均厚度8.5m 的中硬砂巖，脆性較大，裂隙極易發育，因此判斷9＃、10＃煤層上部產生裂隙帶與8＃煤層能夠形成溝通裂隙。

3.3 冒落帶與裂隙帶分析

從冒落帶計算結果可以看出，五虎山煤礦906工作面、黃白茨煤礦1016 工作面、蘇海圖煤礦1354工作面開采時最大冒落帶高度遠小于開采煤層與上覆煤層采空區和火區的距離，因此認為上覆火區的明火均不會對工作面安全生產構成影響。

從裂隙帶計算結果來看，五虎山煤礦906工作面和黃白茨煤礦1016工作面開采時產生的裂隙帶最大高度遠小于工作面與火區間距離，因此認為工作面開采時上覆11＃、7?；饏^內有害氣體不會通過裂隙侵入工作面；蘇海圖煤礦1354工作面開采時上覆煤巖層產生的裂隙帶能夠連通9＃火區，因此認為工作面開采時9?；饏^內有害氣體能夠通過裂隙侵入1354工作面。

綜上所述，從冒落帶和裂隙帶高度可以看出，五虎山煤礦906工作面、黃白茨煤礦1016工作面、蘇海圖煤礦1354工作面開采時，均不受上覆火區明火的威脅；五虎山906工作面、黃白茨1016工作面開采時不受上覆火區有害氣體影響，蘇海圖煤礦1354工作面開采時受上覆9＃火區有害氣體的影響。

目前，上述工作面均已開采結束，工作面開采過程中，906、1016工作面均未受上覆火區影響，1354工作面開采時上覆火區CO 氣體涌入工作面，工作面采取了均壓措施，保證了工作面回采結束。

根據上述評估方法，還準確地做出了其他礦井工作面受上覆火區影響的評估，見表1。

表1 火區對工作面安全生產影響評估表

4 結論

（1）煤田火區下層煤安全開采是很多煤礦面臨的一項技術難題，由于多數火區不能夠及時完全徹底治理，所以必須分析煤田火區對工作面開采影響程度，確保礦井安全生產。

（2）利用《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》中導水裂隙帶高度計算方法，分析煤田火區對工作面影響程度是可行的，為煤田火區下工作面安全開采提供了科學理論依據。

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