淺埋煤層過(guò)溝開(kāi)采礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及防治水措施

趙二雷

(榆林匯森煤礦建設(shè)運(yùn)營(yíng)有限責(zé)任公司馮家塔分公司，陜西 府谷 719400)

0 引言

神府礦區(qū)煤層埋藏淺、儲(chǔ)量豐富，但生態(tài)環(huán)境脆弱，溝谷、峁梁等地貌隨處可見(jiàn)，過(guò)溝開(kāi)采是神府淺埋煤層開(kāi)采面臨的難題之一[1-3]。溝谷段基巖與松散覆蓋層的厚度與正常開(kāi)采存在差異，溝谷底部煤層埋深淺、基巖薄，工作面開(kāi)采形成的臺(tái)階巖梁結(jié)構(gòu)易滑落失穩(wěn)，采動(dòng)裂隙易導(dǎo)通上覆含水層，造成涌水潰沙事故[4-6]。同時(shí)，溝谷地形也會(huì)對(duì)工作面礦壓產(chǎn)生較大影響，坡角越大，礦壓顯現(xiàn)越劇烈。本文以神府礦區(qū)某煤礦52213工作面過(guò)溝地段開(kāi)采為工程背景，研究影響綜采工作面過(guò)溝開(kāi)采的因素以及預(yù)防措施。

1 工作面開(kāi)采條件

某煤礦52103工作面地表絕大部分為黃土和第三系粘土覆蓋，起伏變化比較大，開(kāi)采的5-2煤層埋深約140 m，正常回采條件下，上覆基巖厚度50～90 m，過(guò)溝地段基巖厚度30 m左右。52103工作面長(zhǎng)度280 m，推進(jìn)長(zhǎng)度3 120 m，傾角1°～3°，采高4.0 m。選用ZY-9000/24/50型二柱掩護(hù)式液壓支架。

2 工作面過(guò)溝開(kāi)采礦壓顯現(xiàn)規(guī)律分析

52103工作面礦壓觀測(cè)表明，過(guò)溝谷階段，共測(cè)得5次周期來(lái)壓，來(lái)壓相對(duì)較弱。第一次周期來(lái)壓步距為14.8 m，來(lái)壓期間液壓支架安全閥開(kāi)啟，立柱下沉量較小；第二次周期來(lái)壓步距為16 m，來(lái)壓期間立柱未見(jiàn)明顯下沉；第三次周期來(lái)壓步距18.5 m，來(lái)壓期間工作面有局部漏矸現(xiàn)象，工作面礦壓顯現(xiàn)特征詳見(jiàn)表1。

表1 52103工作面過(guò)溝段的來(lái)壓特征

分析認(rèn)為，過(guò)溝谷期間工作面礦壓顯現(xiàn)較弱，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)為工作面以及兩順槽無(wú)明顯片幫、炸幫現(xiàn)象，采煤機(jī)割煤阻力較大，生產(chǎn)期間更換截齒較為頻繁。工作面周期來(lái)壓步距明顯增大，來(lái)壓時(shí)支架工作阻力平均為31～42 MPa，較正常開(kāi)采段來(lái)壓時(shí)壓力小，工作面正常周期來(lái)壓曲面圖如圖1所示。

分析原因，這是由于淺埋煤層工作面來(lái)壓期間多為頂板基巖沿全厚切落，上覆風(fēng)化層及松散層作為載荷存在，因此，來(lái)壓期間礦壓顯現(xiàn)較強(qiáng)烈。而在工作面過(guò)溝階段，上覆松散層較薄或缺失，載荷變小，礦壓顯現(xiàn)較正常開(kāi)采段變?nèi)酢Ｍ瑫r(shí)，過(guò)溝階段基巖變薄，頂板垮落后更易導(dǎo)通上部含水層及地表水，對(duì)于該礦而言，過(guò)溝階段工作面安全防范的重點(diǎn)是防止工作面出現(xiàn)局部冒頂和突水潰沙事故。

圖1 52103正常回采周期來(lái)壓曲面圖

3 過(guò)溝開(kāi)采影響因素分析

在淺埋深、薄基巖、開(kāi)采高度大的條件下，工作面上方的節(jié)理裂隙發(fā)育較快，導(dǎo)水裂隙帶極易發(fā)育至上部含水層及地表，工作面開(kāi)采時(shí)面臨突水潰沙事故的威脅。

煤礦在開(kāi)采時(shí)形成潰沙災(zāi)害必須具備沙源、水源、通道和空間4個(gè)條件[7-8]，具體為：有厚度足夠的砂層,可簡(jiǎn)稱為“物源條件”；有富水性好的含水層,可簡(jiǎn)稱為“富水條件”；有適當(dāng)?shù)牧严锻ǖ缹挾?可簡(jiǎn)稱為“通道條件”；有容納砂水混合物的空間，可簡(jiǎn)稱為“空間條件”。下面從水文地質(zhì)條件和開(kāi)采條件兩方面進(jìn)行分析。

3.1 水文地質(zhì)條件

薄基巖淺埋煤層過(guò)溝開(kāi)采時(shí)，涌水潰沙的主要水源是含水層水和溝底地表水。若導(dǎo)高發(fā)育至含水層，則含水層的水和溝底地表水將成為動(dòng)力源，攜帶地表松散沙土進(jìn)入工作面，造成安全事故的發(fā)生。

陜北地區(qū)的隔水巖組的上部直接為松散沙層。該條件的過(guò)溝開(kāi)采，由于基巖較薄，基巖破斷后形成的臺(tái)階巖梁結(jié)構(gòu)，會(huì)在地表呈“O-X”破斷，在開(kāi)采邊界區(qū)域內(nèi)將形成較大的導(dǎo)水和潰沙通道，極易造成嚴(yán)重的涌水潰沙事故。

3.2 開(kāi)采條件

合理的推進(jìn)速度能實(shí)現(xiàn)工作面避壓和讓壓，通過(guò)提前分析過(guò)溝開(kāi)采的影響區(qū)域，過(guò)溝階段可通過(guò)提高工作面推進(jìn)速度達(dá)到減輕礦山壓力的影響。

煤層開(kāi)采高度越大，頂板垮落高度就越大，更容易導(dǎo)通上部含水層及地表水，因此，可以通過(guò)降低開(kāi)采高度減輕上部含水層及地表水對(duì)工作面的威脅。

合理布置開(kāi)采時(shí)間，盡可能將過(guò)溝時(shí)間與雨季錯(cuò)開(kāi)，防止雨水灌入井下造成事故。

4 過(guò)溝開(kāi)采防治措施

通過(guò)對(duì)上述影響因素的分析， 52103工作面在過(guò)溝開(kāi)采時(shí)，針對(duì)性地提出防治水措施。

(1)準(zhǔn)確掌握區(qū)域水文地質(zhì)及工程地質(zhì)資料。對(duì)52103工作面進(jìn)行分區(qū)，確定突水潰砂威脅區(qū)域，并進(jìn)行水力坡度、安全水頭計(jì)算，進(jìn)行事故發(fā)生等級(jí)劃分，對(duì)于重點(diǎn)區(qū)域提前因地制宜地采取防治措施。

(2)在淺埋薄基巖過(guò)溝開(kāi)采中，對(duì)52103工作面的支架載荷數(shù)據(jù)及時(shí)分析。了解支架安全閥開(kāi)啟率；記錄頂板淋水、片幫情況及頂板垮落情況；及時(shí)對(duì)工作面涌水和頂板淋水進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)有掛紅、掛汗、空氣變冷、出現(xiàn)霧氣、頂板淋水加大、頂板來(lái)壓、底板鼓起或產(chǎn)生裂隙出現(xiàn)滲水、水色發(fā)渾、有臭味等突水預(yù)兆時(shí)，必須停止作業(yè)，立即報(bào)告礦調(diào)度室，發(fā)出警報(bào)，撤出所有受水威脅地點(diǎn)的人員。

(3)加強(qiáng)巷道支護(hù)。目前神府礦區(qū)的大斷面巷道多采用錨桿支護(hù)方式，在基巖厚度很薄處，為了確保安全生產(chǎn)，采用了密集型的錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)方式。

(4)進(jìn)行疏水降壓分析，提前進(jìn)行疏放水。對(duì)含水層水源進(jìn)行控制，降低含水層的富水性，開(kāi)采期間，在溝渠設(shè)置了排水溝，同時(shí)，提前打放水孔，確保水砂分離，防止發(fā)生淹井事故[9]。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)52103工作面水文地質(zhì)條件及開(kāi)采條件，在工作面過(guò)溝開(kāi)采中，通過(guò)采取諸如采前疏放水、地面導(dǎo)流、工作面來(lái)壓預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)等措施，成功完成了過(guò)溝開(kāi)采，防止了涌水潰沙事故發(fā)生。如果上覆含水層含水豐富、地表水量大，還可采取控制煤層采高和工作面推采速度、過(guò)溝時(shí)間安排在雨季之外等技術(shù)措施，保證工作面安全開(kāi)采。