富含水砂层下的综采放顶煤技术

富含水砂层下的综采放顶煤技术

李世平

辽源矿业集团公司生产技术部吉林辽源136200

摘要：梅河矿四井是在含水砂层覆盖条件下，用综采放顶煤采煤方法开采急倾斜特厚煤层的矿井，多年来水患直接威胁安全生产，以往生产中曾多次发生采空区顶板溃水、溃泥事故。近年来，依靠科技进步，引进先进设备，与科研单位合作，采用“防、堵、疏、排、截”综合措施，并坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原则，加大矿井水害隐患排查整改力度，确保了矿井的安全生产。

关键词：含水砂层；综采放顶煤；开采技术

1概述

梅河煤矿四井位于梅河煤田的最东部，设计能力为21万吨/年。矿井经过技术改造，2006年核定能力为78万吨/年，矿区地表为平缓的农田和部分丘陵，地表标高为+340.9～357.30，平均+344.4m，矿区走向长3.3km，宽0.5km，矿区面积1.65km2。

第四系冲积层覆盖整个矿区，其下普遍发育有15m左右厚度的砂砾层，该砂砾层含水丰富、透水性较强，与煤层露头不整合接触，构成了砂层水进入矿井的直接通道，是矿井水的主要来源。随开采深度的增加，流砂水不断渗入井下，日积月累在采空区中，逐步形成了较大面积的积水区域。由于是急倾斜特厚煤层，在势能压力和采动扰动的作用下，对后续工作面的开采带来溃水、溃泥、泥砂流等事故的重大安全隐患。为此，若要放顶煤综放开采，必须解决水患的安全隐患问题。

2地质采矿条件

梅河四井煤系地层为新生界下第三系，12层煤和13层煤为可采煤层，其中12层煤为主采层。煤层稳定，厚度10m~58m，平均25m。顶板为灰褐、黑褐色泥岩，底板为灰黑色或黑色泥岩，层理发育。井田煤层走向为N45°E，倾向N135°E，煤层平均倾角45°～65°属于急倾斜特厚煤层。煤层中部厚两翼薄、深部厚浅部薄。

地质构造。梅河煤田位于抚顺～密山断列带中段，成煤盆地的形态受华夏式构造体系控制，早第三系含煤沉积于该带的断裂位置，呈N450E向展布的凹陷聚煤盆地。本矿区由于F3断层和F2断层的切割，向斜的轴部和南翼都被断失，因此本井田是单斜构造，其产状为倾向N131°E，走向N41°E，倾角65°。根据生产水平揭示，矿区内断层在20m以上的有七条，均为正断层。

梅河四井粘土层厚5～20m，含水砂层厚7～20m，渗透系数19.9～23.6m/日，单位涌水量为1.5～2.5L/s.m。梅河煤矿四井历史最大涌水量为242m3/h，矿井现有两套排水系统，最大排水能力为400m3/h，保证了排水能力的合理性。

开拓方式为斜井片盘式开拓，以石门划分采区。采煤方法为综采放顶煤采煤方法，采用由FYC400支架改装的低位支架放顶煤。开采上限为+300m。目前已开采六个水平，最低生产水平-115m，生产采区为7101区。采区沿走向布置，工作面水平斜切布置，采放高度在13m左右，由浅及深逐步开采。

3依靠科技进步，探清工作面周边安全的影响因素

为了确保安全生产，加大了防治水工程的资金投入，采取了与科研单位合作研究并引进先进设备和技术，以实现全面掌握开采工作面的压力规律，准确弄清积水区域，从而为矿井防治水害提供准确的基础依据。

3.1采区开采影响范围的监测

随着采区工作面开采的不断延深和开采强度的加大，地面已出现多处沉陷坑，为了掌握规律，在已开采工作面的对应地表设立了岩移观测站定期观测，直至采区结束稳定，之后，根据观测数据分析、绘制成采区开采影响地表范围等高线图。

通过分析，得出深部开采对地表的影响角。顶板移动角为β=40°，底板移动角为λ=55°。

3.2采空区积水区域的探测

辽矿集团紧密与北京煤科院进行合作技术攻关，对采空区水源、通道及积水区域，水的治理、探放水方法都进行了系统的探测与研究，总结出了积水的规律性。

根据EH-4探测结果，绘制了EH-4探测剖面图，根据电阻率值变化情况判断出水源及水的通道，确认了开采区域水源的基本特征。

通过采用WDJD-I型多功能直流电测仪的高分辨三极电测法，对上部采空区积水区域6101-2和6101-3工作面上方16m，32m，48m三个水平切面和剖面两次探测结果，制出工作面顶板垂向富水性分析图和富水性分析水平切面图，明确了积水区域

3.3矿井涌水量的日常观测

平时对每个分层的采区涌水量定期观测，有效的掌握涌水水量的大小。分析对比掌握规律，发现水患问题，采取措施立即处理。

4制定严格措施，加强综采工作面管理

4.1综采工作面管理技术措施

4.1.1回采前要在工作面上、下顺槽对煤厚进行实测。

4.1.2在老顶初次来压和周期来压期间，加强回采工作面顶板管理，并搞好工作面端头支护，防止冒顶、漏顶事故的发生。一旦冒顶、漏顶时，立即向矿总工程师汇报并及时进行处理。

4.1.3做到回采工作面连续快速和匀速推进，以使覆岩破坏发育较为均衡，从而有利于减轻覆岩破坏程度，降低破坏高度。

4.1.4制定工作面过断层专项技术措施，并超前加强支护和加强过断层后的采空区水情观测，预防断层滞后涌水。

4.1.5为了有效防止因煤层产生抽冒等异常破坏而导致灾害，必须详细核查开采区域上方及外围的可疑积水区，对于存在积水区并对煤层开采构成明显威胁的区域要严加防范，可留设煤柱不采。

4.1.6建立健全畅通的矿井和采区疏排水系统。加强排水设备的维修与管理，定期清理水沟和水仓，确保井下排水能力和疏排水系统的正常。回采前要对排水设备、水沟及水仓进行全面检查。

4.1.7回采工作面的疏排水拟选择为工作面下顺槽，在积水较严重的局部低洼处布置排水泵，必要时要敷设排水管路，并通过采区巷道排至主排水泵房。

4.1.8每个回采工作面均配备良好的照明信号装置和通讯电话，电话能直接与地面调度室联系。

4.1.9当回采工作面有出水征兆时，现场专职人员对水情变化要进行密切监视，并及时向矿总工程师和有关部门汇报，迅速采取相应措施。

4.1.10选择切实可行的防水避灾路线，绘制避灾路线图，并写入作业规程，定期向工程技术人员和工人宣传防水避灾知识，以便在出现险情时及时安全撤出。

4.1.11在开采过程中，防止发生抽冒对防隔水煤（岩）柱的破坏。

4.1.12对可能遇到的断层和老空积水区等要提前进行探放水，并做好预防工作。断层两侧应留设断层防水煤柱，避免断层带附近覆岩破坏高度“异常”增大。

4.1.13科学的按顺序逐架均匀放顶煤，顶板均匀缓慢下沉，并埋4寸铁管把水引出，减少对下层开采时的采空区积水。

4.2改革综采支架和放煤方式

通过对综采支架的改革，可以使上部旧采迹残余水量直接进入后砂口，减少对采区工作面顶部和中部的压力，有利安全开采。

5结论

通过与科研单位合作，并结合本矿多年开采防治水工作实践经验，全面掌握采区压力规律，科学预测积水范围，总结出了一套适合本矿井条件下的防治水和综采工作面的管理措施，并通过在6101区、7101区四个分层的开采实践，证明了防治水方法和措施有利和有效，解决了威胁井下综采工作面开采的隐患问题，确保了安全生产。

参考文献：

[1]煤炭科学研究总院.梅河煤矿.急倾斜特厚煤层工作面泥砂流事故防治技术研究.〔R〕.辽源矿业集团.2010

作者简介：

李世平（1967-），男（汉），吉林四平市人，辽源矿业（有限）责任公司生产技术部部长，高级工程师。