王家嶺18103綜放工作面存量及煤層賦存特性分析

何文東

（晉能集團王家嶺煤業有限公司,山西 忻州 036600）

引 言

王家嶺井田屬于晉能集團新建的大型省重點工程礦井,井田位于河東煤田北段,井田最北界距保德縣城約6km,是典型的地質構造較簡單的氣煤煤層礦井。王家嶺礦井采用主斜井、副立井混合開拓方式設計。礦井開采運用綜放工作面方法進行開采,本文對18103綜放工作面存量及其煤層賦存特性進行分析,18103綜放工作面主要開采的是4＃煤層,水文地質狀況較好,瓦斯含量較高,在開采時需注意水文情況和瓦斯泄露情況,為礦井開采提供參考。

1 王家嶺18103綜放工作面存量分析

1.1 王家嶺煤礦概況

王家嶺煤礦位于山西省忻州市保德縣境內,井田面積約34.447 1km2,地質儲量744 620萬t,可采儲量442 050萬t,主要開采4號煤、7上號煤、7號煤、8號煤、9號煤,其中,4號煤平均厚度7.69m。煤種為中灰、低硫、特低磷的優質瘦煤,是極好的動力煤和煉焦配煤。

根據井田開拓部署,結合王家嶺煤礦自身規模與采煤工作面的現有裝備情況,礦井建設中在已經達到預估生產能力或正式投入生產時,將井田設置為一個開采區,為一采區。其位于井底車場附近,鉆孔密,儲量較為可靠,地質構造及水文地質條件較簡單,煤層賦存較穩定、厚度大,對礦井及早達產和穩產高產都十分有利。

礦井初期開采4號煤層,對4號煤層整區域鉆孔,測得煤層的可開采深度在3.2m～10.0m,平均厚度7.1m左右,呈現南厚北薄的脈象；而4號煤層的具體勘探結果表明其結構和普通煤層有一定的不同,含矸1層～5層,多為2層～3層,夾矸巖性以泥巖、砂質泥巖為主。煤層頂板為砂質泥巖、粉砂巖及泥巖,有時為中、粗砂巖,底板為高嶺質泥巖及粉、細砂巖［1－2］。總體來說,礦區的地質構造比較簡單,很符合理想開采標準。

1.2 煤炭資源分布

王家嶺煤礦井田范圍內賦存4號、7上號、7號、8號、9號等煤層,進行首采煤層為4號煤,為中厚煤層。王家嶺煤礦采用綜合機械化開采,工作面頂板破碎采用補打方式加強支護。為了最大程度地提高煤礦的采出率,改善18103工作面的開采環境,在18103工作面進行了不等長綜放工作面開采技術的試驗,并獲得成功。此工作面在準備的過程中遇到了原預留回采巷道失穩,為保障安全生產和資源回收率,決定重新開拓一條專用回采巷道,初采期工作面長度由240m縮短為214.5m,造成工作面布置成不等長工作面,里端短,外端長。分別在短壁采煤、輕放面機頭處對接支架等方面進行了大膽嘗試,并取得了良好的效果。

煤炭資源分布豐富,煤層厚度為厚煤層,煤炭多,煤層傾斜角度小于8°,傾斜角度小,更加方便了開采作業的施工操作,王家嶺煤礦采用不等長的綜放工作面開采,適應了4號煤層的厚度以及傾角的大小。18103綜放工作面煤炭儲存量大,資源分布廣泛,主要為砂巖,開采地質條件特殊。

2 王家嶺煤礦18103綜放工作面煤層賦存特性分析

2.1 煤層地質構造

煤層由有機質和混入的礦物質所組成。王家嶺煤礦18103綜放工作面當前開采的為4號煤,18103綜放工作面煤層平均厚度為8.6m,直接頂厚1.4m～2.0m,傾角2°～7°,煤層抗壓強度為8MPa左右。直接頂厚1.4m～2.0m,單軸抗壓強度為25MPa～45MPa。基本頂為中粒砂巖、粗粒砂巖,中厚層狀,層理明顯,穩定性較好,單軸抗壓強度為50MPa～90MPa。直接底為砂質泥巖,半堅硬,裂隙發育,過渡性接觸,層厚0.2m～1.6m,煤層基本底為灰色中粒砂巖,層厚3.6m～5.8m。巖層初次來壓步距為20m～30m,平均為25m,工作面周期來壓步距為10m～20m,平均為15m。

18103綜放工作面煤層平均厚度為8.6m,大于8.0m,基本頂中厚層狀,層理明顯,夾雜著夾石層的復雜結構,煤層厚度在井田范圍內均大于最低可采標準,厚度變化有著一定的規律,穩定性好。煤層厚度穩定,沒有明顯變化,呈層狀分布。4號煤層的傾角為2°～7°,煤層傾角為5°～25°的煤層屬于緩傾斜煤層,傾斜角度小,適宜開采。其中,7號煤層厚度為0.90m～8.75m,平均厚度為3.59m,9號煤層厚度為2.32m～6.66m,平均厚度為4.09m。

2.2 水文地質情況

王家嶺煤礦18103綜放工作面井田內主要含水層自上而下是碳酸鹽巖溶、裂隙含水層與松散巖類孔隙含水層［3］。

井田內奧灰水位標高＋824m～＋881m,井田初期開采4號煤層。4號煤層底板標高在＋70m～＋700m左右,均低于奧灰巖溶水水位標高。經計算,4號煤層突水系數T＜0.06MPa/m,分布情況以東北部為主,分布面積約29.08（km）2。相對突水危險性較小。突水系數0.06MPa/m＜T＜0.10MPa/m,分布情況以西部為主,分布面積約5.37（km）2。因此,在無斷層、陷落柱等導水構造存在的情況下,開采4號煤層奧灰發生突水的可能性較小。

2.3 瓦斯涌出量情況

對于王家嶺煤礦18103綜放工作面而言,選擇開采方式應考慮到4號煤層的一些開采問題。從開采難度來說,4號煤層的瓦斯含量很高,屬于高瓦斯礦井,發生煤塵爆炸的可能性較高；同時,煤層不易自燃,地質構造和水文地理條件適合開采,如果同時從煤層的儲存以及現有的開采能力進行預估,以及結合王家嶺的礦井實際水平,可以選取適當的開采方法,如放頂煤綜采開采和分層綜采開采兩個方案。

王家嶺煤礦4號煤層開采過程中,礦井最大絕對瓦斯涌出量為153.82m3/min,最大相對涌出量為14.62m3/t；很顯然,僅靠通風來解決礦井瓦斯涌出問題是不現實的。為此,分析王家嶺煤礦瓦斯預抽采的必要性和可能性,并分析采空區抽采瓦斯的可行性,認為采取瓦斯預抽采技術可以解決回采過程中開采層瓦斯涌出、卸壓影響部分瓦斯涌出,掘進過程中瓦斯涌出,工作面回采過程中已采區域向回采空間涌出,回采過程中工作面及回風隅角瓦斯積聚等問題。

18103回采工作面瓦斯涌出量達到75.44m3/min,采空區瓦斯涌出量達50.95m3/min,分別占到礦井瓦斯涌出量的49%和33%,所以,王家嶺煤礦瓦斯抽采的重點主要是加強對本煤層瓦斯和采空區瓦斯的抽采。為此,設計抽采鉆孔采用聚氨酯封孔,封孔深度8m,封孔段長度2m,封孔管為直徑Φ50mm的PVC管（阻燃、抗靜電）,再用PVC軟管連接到支管上,接通到干管上,最后到達地面泵房。

3 結語

本文對王家嶺18103綜放工作面存量及煤層賦存特性進行分析,井田主要是4號、7上號、7號、8號、9號等煤層,進行首采煤層為4號煤層,為中厚煤層,煤層平均厚度為8.6m,傾角為2°～7°,有穩定性層理結構,煤炭儲存量高,地質條件較為特殊,4號煤層瓦斯含量大,開采時需注意瓦斯泄露問題。本文研究為王家嶺煤礦的開采提供了研究資料。

參考文獻：

［1］ 劉佳佳.綜采工作面采空區流場和瓦斯分布規律研究［D］.河南：河南理工大學,2011.

［2］ 郭海東.綜采工作面瓦斯涌出量的預測及瓦斯運移規律的研究［D］.太原：太原理工大學,2009.

［3］ 連清旺.礦井頂板（圍巖）狀態監測及災害預警系統研究及應用［D］.太原：太原理工大學,2012.