廟哈孤礦區淺埋深煤層過溝開采技術研究

翟鴻良

摘 要：煤炭為人類提供了發展能源。在對淺埋深煤層進行過溝開采時，要認真分析可能發生的安全事故。該文以涌鑫礦業公司安山煤礦為研究對象，對521001工作面的薄基巖淺埋深煤層進行過溝開采時做了事故預測以及技術應對措施的分析。經實際生產證明，安全的過溝開采成效明顯，為類似地質條件與埋深煤炭開采提供理論借鑒。

關鍵詞：淺埋深煤層 過溝開采 技術研究

中圖分類號：TD323 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098x（2014）01（a）-0016-02

安山井田地處陜西省廟哈孤礦區東南部，位于府谷縣城西北方向約38 km。井田西北與沙梁井田、秦晉煤礦相鄰，南為小煤礦開采區和廟哈孤礦區南部預留區，西南與三道溝井田相鄰，東為哈鎮～孤山勘查區。井田東西走向長10～12 km，南北傾斜寬4～6 km，面積54 km2，礦井設計生產能力確定為1.20 Mt/a。

本區為典型的黃土梁峁地貌，地形復雜、溝壑縱橫。地勢中部高，東西部低。中部許家梁～磚場梁一線像一條低平山脊（分水嶺）將其西側的沙梁川與東側的清水川水系分開。區內最低海拔標高為+1075.9 m，最高海拔標高為+1364.5 m。井田內煤層一般傾角1～3 °，局部最大僅在8 °左右。F2斷層將井田分為南、北兩部分，南部地質構造簡單，北部位于F2斷層和F1斷層之間的地塹構造帶，預計小斷層較多。總體上看，井田地質構造較為簡單。煤層埋藏較淺，井田西、南側大面積出露，埋深一般在200 m以內，最大300 m左右。礦井工業場地位于菜溝內約2 km、上廟梁村西北約0.5 km處的溝谷內，場地標高約+1129～+1136 m。開拓方式為平硐開拓，主要開采52煤層，井田以F2斷裂南北分界，形成南區寬緩的單斜構造形態，總體抬升幅度較大，52煤層底板標高一般在+1160～+1175 m之間，最低+1155 m，最高靠近F2斷層附近煤層底板標高在+1185 m左右。

1 在淺埋深煤層采取過溝開采的事故預測

1.1 預測過溝涌水與潰沙

在過溝開采薄基巖淺埋深的煤層時，發生涌水與潰沙條件為：涌水水源為含水層或地表水，此為水文條件；開采后上部地表水或含水層由裂隙帶導通地下，此為地質條件。案例中，經勘察安山煤礦521001工作面上部菜溝雨季匯水水流量約為60 m?/h，工作面涌水可由采動裂隙導進。風積沙，第四紀黃土覆蓋層是主要，底部為1.83 m厚的沙礫石層。一些地段的沙礫石層厚度小，不易過濾沙子，過菜溝時，松散沙層為含水結構。基巖因太薄而斷裂出現裂隙，涌水潰沙由上部沙層順流形成。在過溝開采時，2.2 m為52101工作面采高，20～40 m為松散層與上覆基巖厚度，最薄的是溝谷段基巖，只有17 m，22 m為松散層的厚度。所以，采高與基巖厚度相差不大，地表與采動裂隙相連。6.2 m為工作面老頂厚，5.51為直接頂厚，廓落帶包括老頂；0.9為最薄基巖位置基載，小于0.8；覆巖中基本沒有粘土層，這方便了形成涌水潰沙通道。

1.2 預測過溝的動載礦壓預測

基載比Jz（基巖、載荷厚度比）過小與較大溝谷坡角是發生動載礦壓的兩個條件。載荷層存在較小的粘結力，穩定結構不能在破裂后形成，承載力弱，老頂關鍵層出現的破斷塊體穩定結構會受破斷結構載荷系數影響。在特定基巖巖性條件下，基巖厚度與承載能力成反比，與破斷失穩成正比。在開采淺埋煤層時，顯現來壓受基載比影響較大。若0.8>Jz，工作面頂板下沉情況明顯；若0.8梁峁坡角，動載礦壓不會出現。工作面礦壓在上坡過溝段表現強烈。在一定溝谷深度條件下，侵蝕了主關鍵層，因缺失水平力，砌體結構難以形成在主關鍵層的破斷體上，主關鍵層與老頂的結構塊體的破斷線相互對齊，引起動載礦壓顯現事故。

521001工作面與菜溝夾角為23 °，在菜溝下坡段，14 °為坡角，落差是18 m；上坡段的坡角是21 °，41 m為落差。平直段基巖的主關鍵層是粉砂巖，厚12 m，溝谷段基巖上部為細砂巖，厚6 m，出現嚴重侵蝕。分析得知，過溝時動載礦壓易在521001工作面出現，最為強烈的來壓顯現為上坡段。

2 安全過溝開采技術策略

2.1 預防涌水潰沙策略

2.1.1 提前疏放水

為減少涌水潰沙發生，掘一條腰巷于溝底，在腰巷上部布置間距、角度一定的鉆孔于松散含水層，以完成含水層水的疏放。掘進一條高2.6 m、寬4.2 m、長280 m的腰巷疏放菜溝段的水，見下圖。另外，鉆孔放水也在工作面回風順槽鉆孔施工中進行。2011年3月，該工作面實施了回風槽頂板以及腰巷放水各47與35孔，初始鉆孔涌水106.7 m?/h，泄水累計量是32.5 m?，提前疏放水成效顯著。

2.1.2 腰巷井下注漿

松散沙層因腰巷井下注漿凝結，荷載層的承載能力增強，防止頂板的全厚切落，涌水潰沙得到預防。在過溝開采521001工作面時，進行腰巷井下注漿辦法，注漿區域選擇30 m>基巖厚度位置，可避免涌水潰沙出現。521001工作面設計70個注漿孔，注漿量為200 t。截止2011年12月，完成70個孔內注漿，注漿量大概是4～50 t/孔。

2.1.3 地面導流

在過溝開采時，溝谷水源通過導水裂隙帶與地表相連，涌水潰沙較易發生。所以，要疏導哈拉溝水，保證開采安全。2011年10月，開始進行菜溝導流地面施工，鋪設了一條長600 m的DN200管路，地表水有效導流量超過50 m?/h，補給521001的地表水被切斷。

2.1.4 地面鋪設隔水層

在過溝開采前，為了辟免導水裂隙帶與地表相連，形成導水通道，在地面鋪設一條800 m隔水帶，形成人工隔水層。使地表水與導通裂隙帶隔斷，阻止地表水導入井下。

2.2 預防動載礦壓策略

2.2.1 預測危險區域

根據實際開采經驗與理論研究，分析開采處地址條件，在過溝開采時，預測了危險的動載礦壓發生區。工作面對應上坡區為危險區，該區坡度最大，主關鍵層受嚴重侵蝕。所以，動載礦壓容易發生。

2.2.2 預防措施

（1）預測預報工作面來壓。根據工作面來壓特征，首先進行粗預報，再根據實時支架阻力做精確預報。在來壓的預測處周圍進行工作面作業，要做好預防措施。（2）工作面質量保障。遵守支護“五到位”方針，確保支護工程的成效。保證支架初撐力符合規定，避免頂板過度下沉；確定梁端距，避免來壓時過大頂板冒落，支架接頂要實，支護效果好。確保腰巷頂板完好，根據需要割底，采高要足夠，使采煤機能夠順利通過。來壓時要跟機拉架，確保支護到位。（3）煤層采高控制。以2.2 m為工作面采高，采高太小，采煤機不能在來壓時通過支架，發生壓架事故；采高太大，礦壓劇烈，發生嚴重漏頂，支架接頂難保證。另外，過溝期間嚴格控制避免雨季推采，工作面推進速度要在質量保證的基礎上快速經過危險區，縮短壓力、沉量時間，推進速度結合現場施工條件決定。

3 過溝開采技術成效研究

3.1 預防涌水潰沙成效分析

通過觀察過溝時的礦壓，在來壓時的過溝上下坡段工作面出現較大淋水，溝底段出現架間淋水，水量小。這表明回風順槽與腰巷的水孔疏放功能效果明顯，地表水補給被地面疏導工程切斷。來壓時的上下坡段的工作面淋水較為渾濁，但溝底注漿段卻無泥沙，說明地表松散沙層因注漿而固結。在采空區對應觀察來壓時的上下坡段，采空區沒有水流，構造斷層不存在于基巖，說明老頂出現超前破斷。涌水現象未出現在工作面在溝底段來壓期間，說明老頂良好。所以，上覆松散沙層經注漿固結，松散沙層厚度減小，基巖厚度增大，老頂破斷方式變動，防止了超前破斷，導水通道發育被阻斷。

3.2 預防動載礦壓成效分析

因設備故障、質量控制措施缺失，前期過溝開采（下坡段）出現推進緩慢情形，約為5.56 m/d，來壓約為45～46 MPa，不強烈，但中部支架采高過低，頂板在來壓時下沉，采煤機不能通過，制約生產。在上坡段開采時，控制采高為2.2 m進行設備維護，推進速度加快，約為10.2 m/d。所以，雖然來壓時上坡段壓力增大，超過50 MPa，出現嚴重煤片幫，但生產順利。

4 結語

煤炭是我國的重要戰略能源。涌水潰沙與動載礦壓是在淺埋深煤層的過溝開采中出現的主要開采事故，要做好技術分析，采取對應的解決策略，確保安全開采。

參考文獻

[1] 馬礦生.陜北淺埋煤層綜采工作面礦壓規律初探[J].陜西煤炭，2012，31（5）：7-11，14.

[2] 汪華君.不同覆巖淺埋深煤層旺采工作面礦壓規律研究[J].煤炭科學技術，2013，41（2）：9-12，15.

[3] 張文義.淺埋深、薄基巖、厚松散含水層下煤層綜合機械化開采防治水技術應用[J].中國煤田地質，2004，16（4）：39-41.

[4] 李建文.薄基巖淺埋煤層開采突水潰砂致災機理及防治技術研究[D].西安科技大學，2012.

[5] 王大鵬，王宇，霍丙杰，等.沙基巖淺埋深厚煤層采煤方法探討[J].煤礦安全，2009，40（11）：108-110.

2.2 預防動載礦壓策略

2.2.1 預測危險區域

根據實際開采經驗與理論研究，分析開采處地址條件，在過溝開采時，預測了危險的動載礦壓發生區。工作面對應上坡區為危險區，該區坡度最大，主關鍵層受嚴重侵蝕。所以，動載礦壓容易發生。

2.2.2 預防措施

（1）預測預報工作面來壓。根據工作面來壓特征，首先進行粗預報，再根據實時支架阻力做精確預報。在來壓的預測處周圍進行工作面作業，要做好預防措施。（2）工作面質量保障。遵守支護“五到位”方針，確保支護工程的成效。保證支架初撐力符合規定，避免頂板過度下沉；確定梁端距，避免來壓時過大頂板冒落，支架接頂要實，支護效果好。確保腰巷頂板完好，根據需要割底，采高要足夠，使采煤機能夠順利通過。來壓時要跟機拉架，確保支護到位。（3）煤層采高控制。以2.2 m為工作面采高，采高太小，采煤機不能在來壓時通過支架，發生壓架事故；采高太大，礦壓劇烈，發生嚴重漏頂，支架接頂難保證。另外，過溝期間嚴格控制避免雨季推采，工作面推進速度要在質量保證的基礎上快速經過危險區，縮短壓力、沉量時間，推進速度結合現場施工條件決定。

3 過溝開采技術成效研究

3.1 預防涌水潰沙成效分析

通過觀察過溝時的礦壓，在來壓時的過溝上下坡段工作面出現較大淋水，溝底段出現架間淋水，水量小。這表明回風順槽與腰巷的水孔疏放功能效果明顯，地表水補給被地面疏導工程切斷。來壓時的上下坡段的工作面淋水較為渾濁，但溝底注漿段卻無泥沙，說明地表松散沙層因注漿而固結。在采空區對應觀察來壓時的上下坡段，采空區沒有水流，構造斷層不存在于基巖，說明老頂出現超前破斷。涌水現象未出現在工作面在溝底段來壓期間，說明老頂良好。所以，上覆松散沙層經注漿固結，松散沙層厚度減小，基巖厚度增大，老頂破斷方式變動，防止了超前破斷，導水通道發育被阻斷。

3.2 預防動載礦壓成效分析

因設備故障、質量控制措施缺失，前期過溝開采（下坡段）出現推進緩慢情形，約為5.56 m/d，來壓約為45～46 MPa，不強烈，但中部支架采高過低，頂板在來壓時下沉，采煤機不能通過，制約生產。在上坡段開采時，控制采高為2.2 m進行設備維護，推進速度加快，約為10.2 m/d。所以，雖然來壓時上坡段壓力增大，超過50 MPa，出現嚴重煤片幫，但生產順利。

4 結語

煤炭是我國的重要戰略能源。涌水潰沙與動載礦壓是在淺埋深煤層的過溝開采中出現的主要開采事故，要做好技術分析，采取對應的解決策略，確保安全開采。

參考文獻

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[4] 李建文.薄基巖淺埋煤層開采突水潰砂致災機理及防治技術研究[D].西安科技大學，2012.

[5] 王大鵬，王宇，霍丙杰，等.沙基巖淺埋深厚煤層采煤方法探討[J].煤礦安全，2009，40（11）：108-110.

2.2 預防動載礦壓策略

2.2.1 預測危險區域

根據實際開采經驗與理論研究，分析開采處地址條件，在過溝開采時，預測了危險的動載礦壓發生區。工作面對應上坡區為危險區，該區坡度最大，主關鍵層受嚴重侵蝕。所以，動載礦壓容易發生。

2.2.2 預防措施

（1）預測預報工作面來壓。根據工作面來壓特征，首先進行粗預報，再根據實時支架阻力做精確預報。在來壓的預測處周圍進行工作面作業，要做好預防措施。（2）工作面質量保障。遵守支護“五到位”方針，確保支護工程的成效。保證支架初撐力符合規定，避免頂板過度下沉；確定梁端距，避免來壓時過大頂板冒落，支架接頂要實，支護效果好。確保腰巷頂板完好，根據需要割底，采高要足夠，使采煤機能夠順利通過。來壓時要跟機拉架，確保支護到位。（3）煤層采高控制。以2.2 m為工作面采高，采高太小，采煤機不能在來壓時通過支架，發生壓架事故；采高太大，礦壓劇烈，發生嚴重漏頂，支架接頂難保證。另外，過溝期間嚴格控制避免雨季推采，工作面推進速度要在質量保證的基礎上快速經過危險區，縮短壓力、沉量時間，推進速度結合現場施工條件決定。

3 過溝開采技術成效研究

3.1 預防涌水潰沙成效分析

通過觀察過溝時的礦壓，在來壓時的過溝上下坡段工作面出現較大淋水，溝底段出現架間淋水，水量小。這表明回風順槽與腰巷的水孔疏放功能效果明顯，地表水補給被地面疏導工程切斷。來壓時的上下坡段的工作面淋水較為渾濁，但溝底注漿段卻無泥沙，說明地表松散沙層因注漿而固結。在采空區對應觀察來壓時的上下坡段，采空區沒有水流，構造斷層不存在于基巖，說明老頂出現超前破斷。涌水現象未出現在工作面在溝底段來壓期間，說明老頂良好。所以，上覆松散沙層經注漿固結，松散沙層厚度減小，基巖厚度增大，老頂破斷方式變動，防止了超前破斷，導水通道發育被阻斷。

3.2 預防動載礦壓成效分析

因設備故障、質量控制措施缺失，前期過溝開采（下坡段）出現推進緩慢情形，約為5.56 m/d，來壓約為45～46 MPa，不強烈，但中部支架采高過低，頂板在來壓時下沉，采煤機不能通過，制約生產。在上坡段開采時，控制采高為2.2 m進行設備維護，推進速度加快，約為10.2 m/d。所以，雖然來壓時上坡段壓力增大，超過50 MPa，出現嚴重煤片幫，但生產順利。

4 結語

煤炭是我國的重要戰略能源。涌水潰沙與動載礦壓是在淺埋深煤層的過溝開采中出現的主要開采事故，要做好技術分析，采取對應的解決策略，確保安全開采。

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