靳亮亮
(山西焦煤汾西礦業(yè)集團(tuán)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(shí)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(duì)象,對(duì)61117綜放面的實(shí)際回采情況、采取的防治水措施、水害治理效果等方面進(jìn)行總結(jié)分析。
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(jī)巷長(zhǎng)590 m,風(fēng)巷長(zhǎng)620 m,切眼長(zhǎng)140 m,煤層厚度為8.59~11.27 m,傾角3°~10°。上限標(biāo)高-240.467 m(巷道頂板),按防塌煤柱進(jìn)行綜放開(kāi)采。
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(shì)為切眼和石門口較高,中部較低洼,風(fēng)巷頂板標(biāo)高為-240.467~-250.533 m,機(jī)巷頂板標(biāo)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(fù)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。
61117工作面由補(bǔ)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(gè)鉆孔。根據(jù)鉆孔揭露資料和柳灣煤礦礦井地質(zhì)報(bào)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(jiǎn)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(yàn)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(biāo)高為-214~-225 m。
根據(jù)該煤礦含水層下開(kāi)采的試驗(yàn)與研究所獲資料,3煤層開(kāi)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(kāi)采使得“四含”水已經(jīng)得到了提前疏放,在61117開(kāi)采時(shí)“四含”將漸變?yōu)闊o(wú)水的含水層。另外在井下61117風(fēng)巷施工的24個(gè)“四含”疏放鉆孔,只有2個(gè)鉆孔有少量出水,其余鉆孔均無(wú)“四含”水滲出。因此,分析認(rèn)為該段“四含”富水性弱,且經(jīng)六盤區(qū)多個(gè)淺部工作面的成功開(kāi)采,使得“四含”得到提前疏放,“四含”已基本處于疏干狀態(tài),對(duì)61117工作面的綜放開(kāi)采極為有利。
六盤區(qū)共有2個(gè)“兩帶”觀測(cè)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(cè)孔資料一覽表
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(jìn)行分析,預(yù)計(jì)61117工作面一次采全高時(shí)最大冒落帶高度按Hm=采高×垮采比計(jì)算。煤厚11.27 m時(shí),垮采比按1.69計(jì)算,則Hm=11.27 m×1.69=19.0 m。即一次采全高時(shí)最大垮落帶高度為19 m;按最小煤厚8.59 m計(jì)算,則垮落帶高度為14.5 m。
該面按防塌煤柱設(shè)計(jì)開(kāi)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(dǎo)水裂縫帶波及弱松散含水層或已疏干的松散含水層,同時(shí)允許冒落帶接近松散層底部。其垂高(Ht)應(yīng)等于或接近于冒落帶的最大高度(Hm),即 Ht≈Hm。
為最大限度地回收煤炭資源,同時(shí)又避免水患的威脅,且考慮到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際可操作性,在整個(gè)工作面回采期間主要采取以下措施確保安全生產(chǎn)。
必須加強(qiáng)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(shí)做好相應(yīng)木料的準(zhǔn)備工作,回采時(shí)要加強(qiáng)頂板維護(hù),增加支護(hù)強(qiáng)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]。
加強(qiáng)采區(qū)及工作面出水情況觀測(cè),并采集“四含”水進(jìn)行水質(zhì)分析,以掌握水源及出水規(guī)律。工作面開(kāi)采前后松散含水層的水位動(dòng)態(tài),是反映和衡量開(kāi)采影響的重要特征之一[2]。與工作面采動(dòng)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(bǔ)給情況,要對(duì)工作面上部附近區(qū)域的地表各含水層的水文長(zhǎng)觀孔進(jìn)行定期觀測(cè)。
根據(jù)61117工作面的地質(zhì)采礦條件,其采放高度在初次來(lái)壓之前,應(yīng)控制在3.0 m之內(nèi),以減少“兩帶”發(fā)育高度??刂撇煞鸥叨鹊姆秶鸀樽郧醒弁七M(jìn)20 m范圍內(nèi)[3]。同時(shí)必須加強(qiáng)相應(yīng)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(shí)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(jìn)。在整個(gè)回采過(guò)程中,要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)煤厚和覆巖厚度,控制采放高度,防止風(fēng)化軟弱的頂板產(chǎn)生過(guò)量下沉而引起覆巖抽冒,以杜絕涌水、潰沙災(zāi)害事故的發(fā)生。
(1)防治水技術(shù)措施。盡管已確認(rèn)“四含”為處于疏干狀態(tài)的弱富水性含水層,按防塌煤柱進(jìn)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(dòng)生產(chǎn)率,61117工作面采用走向長(zhǎng)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(hù),最大采高2.6 m。按最大采高“只采不放”作業(yè)時(shí)能很好地控制頂板,抑制“兩帶”高度的發(fā)育[7]。
(3)經(jīng)濟(jì)及社會(huì)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(jìn)行回采后,回收煤炭資源約120萬(wàn)t,增創(chuàng)產(chǎn)值約4.6億元,創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。
綜上所述,對(duì)采取一定措施可以實(shí)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(jìn)行回收,避免采區(qū)封閉及系統(tǒng)破壞后無(wú)法開(kāi)采,造成煤炭資源的浪費(fèi)。
主要對(duì)某煤礦61117工作面放頂煤開(kāi)采技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)行研究,實(shí)踐結(jié)果證明該工作面成功進(jìn)行回采。但是在實(shí)踐過(guò)程中仍存在以下問(wèn)題,在以后類似工作面的回采過(guò)程中可以進(jìn)一步改善。(1)由于淺部巖層風(fēng)化程度高,覆巖較軟弱,易發(fā)生塑性變形,在工作面開(kāi)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(duì)防治水工作有利,但同時(shí)加大了防自然發(fā)火的難度[8]。(3)在上提面生產(chǎn)過(guò)程中,即使落差1 m的小斷層也應(yīng)足夠重視,必須加強(qiáng)斷層段的支護(hù)強(qiáng)度,嚴(yán)防漏冒。