某煤礦放頂煤開采技術(shù)的實踐應用研究

靳亮亮

（山西焦煤汾西礦業(yè)集團柳灣煤礦，山西孝義 032300）

某煤礦六盤區(qū)一區(qū)段及一區(qū)段上部回采時均受上部“四含”水的威脅，本文作者以最淺部的61117綜放面為研究對象，對61117綜放面的實際回采情況、采取的防治水措施、水害治理效果等方面進行總結(jié)分析。

1 61117工作面概況

1.1 工作面概況

61117工作面位于某煤礦六盤區(qū)，南與另一煤礦七采區(qū)相鄰，西至防塌煤柱線，北至防塌煤柱線及采區(qū)上山，下為61113采空區(qū)。61117工作面機巷長590 m，風巷長620 m，切眼長140 m，煤層厚度為8.59～11.27 m，傾角3°～10°。上限標高-240.467 m（巷道頂板），按防塌煤柱進行綜放開采。

1.2 地質(zhì)概況

3煤層為穩(wěn)定的特厚煤層，工作面F5-1斷層以里煤層傾角為3°～10°，F(xiàn)5-1斷層以外有一條向斜構(gòu)造，兩翼較寬緩。工作面受斷層影響，總體趨勢為切眼和石門口較高，中部較低洼，風巷頂板標高為-240.467～-250.533 m，機巷頂板標高為-241.997～-263.135 m。根據(jù)勘探及已施工的巷道資料分析，61117工作面地質(zhì)構(gòu)造較為復雜，共發(fā)現(xiàn)斷層4條，工作面內(nèi)小斷層發(fā)育，斷層落差在1～3 m的2條，大于3 m的2條，全部為正斷層。

1.3 水文地質(zhì)概況

61117工作面由補13、Ⅵ-Ⅶ線兩條勘探線控制，勘探線間距350 m，周圍300 m范圍內(nèi)有12個鉆孔。根據(jù)鉆孔揭露資料和柳灣煤礦礦井地質(zhì)報告分析，“四含”上部為50～102 m穩(wěn)定的黏土隔水層，阻隔了“四含”與一到三含的水力聯(lián)系，“四含”厚度為2.38～7.48 m的沙礫層，含有大量的黏土成分，使得孔隙率大大減小，滲透性能降低，巖性結(jié)構(gòu)較為簡單，局部沙礫層之上有半膠結(jié)砂。根據(jù)采前水文檢查孔抽水試驗資料，單位涌水量q=0.000 018～0.000 91L/（s·m）。該區(qū)段“四含”底板標高為-214～-225 m。

根據(jù)該煤礦含水層下開采的試驗與研究所獲資料，3煤層開采影響范圍內(nèi)只有第四含水層，單位涌水量q=0.000 9～0.02 L/（s·m），其滲透系數(shù)很小為0.003 2～0.15 m/d。因而有利于提前疏干。而61113、61114、61109綜放工作面的開采使得“四含”水已經(jīng)得到了提前疏放，在61117開采時“四含”將漸變?yōu)闊o水的含水層。另外在井下61117風巷施工的24個“四含”疏放鉆孔，只有2個鉆孔有少量出水，其余鉆孔均無“四含”水滲出。因此，分析認為該段“四含”富水性弱，且經(jīng)六盤區(qū)多個淺部工作面的成功開采，使得“四含”得到提前疏放，“四含”已基本處于疏干狀態(tài)，對61117工作面的綜放開采極為有利。

2 “兩帶"發(fā)育情況分析

2.1 “兩帶”孔觀測情況

六盤區(qū)共有2個“兩帶”觀測孔，均布置在61113工作面，根據(jù)表1可知，61113工作面3煤層垮采比為1.44～1.69。

表1 六盤區(qū)“兩帶”觀測孔資料一覽表

2.2 “兩帶”發(fā)育高度預計

61117工作面地質(zhì)、水文地質(zhì)及工程地質(zhì)情況與1113工作面類似，因此，借鑒1113-1#、1113-2#“兩帶”孔資料進行分析，預計61117工作面一次采全高時最大冒落帶高度按Hm=采高×垮采比計算。煤厚11.27 m時，垮采比按1.69計算，則Hm=11.27 m×1.69=19.0 m。即一次采全高時最大垮落帶高度為19 m；按最小煤厚8.59 m計算，則垮落帶高度為14.5 m。

該面按防塌煤柱設(shè)計開采，“三下”采煤規(guī)程規(guī)定：留設(shè)防塌煤巖柱的目的是不僅允許導水裂縫帶波及弱松散含水層或已疏干的松散含水層，同時允許冒落帶接近松散層底部。其垂高（Ht）應等于或接近于冒落帶的最大高度（Hm），即 Ht≈Hm。

3 回采期間采取的防治水措施

為最大限度地回收煤炭資源，同時又避免水患的威脅，且考慮到現(xiàn)場實際可操作性，在整個工作面回采期間主要采取以下措施確保安全生產(chǎn)。

3.1 嚴格工程質(zhì)量，防止局部冒頂

必須加強61117綜放工作面的質(zhì)量管理工作，保障局部頂板不出現(xiàn)抽冒現(xiàn)象。同時做好相應木料的準備工作，回采時要加強頂板維護，增加支護強度，防止局部冒頂事故的發(fā)生；另外在覆巖厚度小于15 m的區(qū)域內(nèi)采取“超前鋪雙層網(wǎng)、控制采高、只采不放”的措施[1]。

3.2 開展綜合性的觀測研究，掌握水、土、巖變化規(guī)律

加強采區(qū)及工作面出水情況觀測，并采集“四含”水進行水質(zhì)分析，以掌握水源及出水規(guī)律。工作面開采前后松散含水層的水位動態(tài)，是反映和衡量開采影響的重要特征之一[2]。與工作面采動關(guān)系密切的是松散層底部的第四含水層，為掌握其他含水層與四含的補給情況，要對工作面上部附近區(qū)域的地表各含水層的水文長觀孔進行定期觀測。

3.3 控制切眼附近的采放高度，減小初次冒落高度

根據(jù)61117工作面的地質(zhì)采礦條件，其采放高度在初次來壓之前，應控制在3.0 m之內(nèi)，以減少“兩帶”發(fā)育高度。控制采放高度的范圍為自切眼推進20 m范圍內(nèi)[3]。同時必須加強相應的回采工作面組織和技術(shù)管理工作，合理確定回采工藝方式和工作程序。要實行正規(guī)循環(huán)作業(yè)，保持工作面以較高速度連續(xù)推進。在整個回采過程中，要結(jié)合現(xiàn)場煤厚和覆巖厚度，控制采放高度，防止風化軟弱的頂板產(chǎn)生過量下沉而引起覆巖抽冒，以杜絕涌水、潰沙災害事故的發(fā)生。

4 回采實踐總結(jié)分析

（1）防治水技術(shù)措施。盡管已確認“四含”為處于疏干狀態(tài)的弱富水性含水層，按防塌煤柱進行回采，但為了在確保安全的情況下多回收煤炭資源，仍然在覆巖厚度小于15 m的區(qū)域內(nèi)采取“超前鋪雙層網(wǎng)、控制采高、只采不放”的措施回采，從根本上提供了安全保障[4-6]。

（2）采煤工藝。為提高工作面單產(chǎn)和勞動生產(chǎn)率，61117工作面采用走向長壁一次采全高綜采放頂煤采煤方法，選用ZF6000/17.5/28型綜放液壓支架支護，最大采高2.6 m。按最大采高“只采不放”作業(yè)時能很好地控制頂板，抑制“兩帶”高度的發(fā)育[7]。

（3）經(jīng)濟及社會效益。從煤炭資源回收方面看，61117工作面為上提面，按防塌煤柱進行回采后，回收煤炭資源約120萬t，增創(chuàng)產(chǎn)值約4.6億元，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟及社會效益。

綜上所述，對采取一定措施可以實現(xiàn)安全回收的煤炭資源，要利用現(xiàn)有系統(tǒng)盡可能地進行回收，避免采區(qū)封閉及系統(tǒng)破壞后無法開采，造成煤炭資源的浪費。

5 總結(jié)

主要對某煤礦61117工作面放頂煤開采技術(shù)的實踐應用進行研究，實踐結(jié)果證明該工作面成功進行回采。但是在實踐過程中仍存在以下問題，在以后類似工作面的回采過程中可以進一步改善。（1）由于淺部巖層風化程度高，覆巖較軟弱，易發(fā)生塑性變形，在工作面開始生產(chǎn)后，要保持正規(guī)循環(huán)也可降低潰沙的可能性。（2）采取“超前鋪網(wǎng)、只采不放”的措施對防治水工作有利，但同時加大了防自然發(fā)火的難度[8]。（3）在上提面生產(chǎn)過程中，即使落差1 m的小斷層也應足夠重視，必須加強斷層段的支護強度，嚴防漏冒。