庙哈孤矿区浅埋深煤层过沟开采技术研究

翟鸿良

摘 要：煤炭为人类提供了发展能源。在对浅埋深煤层进行过沟开采时，要认真分析可能发生的安全事故。该文以涌鑫矿业公司安山煤矿为研究对象，对521001工作面的薄基岩浅埋深煤层进行过沟开采时做了事故预测以及技术应对措施的分析。经实际生产证明，安全的过沟开采成效明显，为类似地质条件与埋深煤炭开采提供理论借鉴。

关键词：浅埋深煤层 过沟开采 技术研究

中图分类号：TD323 文献标识码：A 文章编号：1674-098x（2014）01（a）-0016-02

安山井田地处陕西省庙哈孤矿区东南部，位于府谷县城西北方向约38 km。井田西北与沙梁井田、秦晋煤矿相邻，南为小煤矿开采区和庙哈孤矿区南部预留区，西南与三道沟井田相邻，东为哈镇～孤山勘查区。井田东西走向长10～12 km，南北倾斜宽4～6 km，面积54 km2，矿井设计生产能力确定为1.20 Mt/a。

本区为典型的黄土梁峁地貌，地形复杂、沟壑纵横。地势中部高，东西部低。中部许家梁～砖场梁一线像一条低平山脊（分水岭）将其西侧的沙梁川与东侧的清水川水系分开。区内最低海拔标高为+1075.9 m，最高海拔标高为+1364.5 m。井田内煤层一般倾角1～3 °，局部最大仅在8 °左右。F2断层将井田分为南、北两部分，南部地质构造简单，北部位于F2断层和F1断层之间的地堑构造带，预计小断层较多。总体上看，井田地质构造较为简单。煤层埋藏较浅，井田西、南侧大面积出露，埋深一般在200 m以内，最大300 m左右。矿井工业场地位于菜沟内约2 km、上庙梁村西北约0.5 km处的沟谷内，场地标高约+1129～+1136 m。开拓方式为平硐开拓，主要开采52煤层，井田以F2断裂南北分界，形成南区宽缓的单斜构造形态，总体抬升幅度较大，52煤层底板标高一般在+1160～+1175 m之间，最低+1155 m，最高靠近F2断层附近煤层底板标高在+1185 m左右。

1 在浅埋深煤层采取过沟开采的事故预测

1.1 预测过沟涌水与溃沙

在过沟开采薄基岩浅埋深的煤层时，发生涌水与溃沙条件为：涌水水源为含水层或地表水，此为水文条件；开采后上部地表水或含水层由裂隙带导通地下，此为地质条件。案例中，经勘察安山煤矿521001工作面上部菜沟雨季汇水水流量约为60 m?/h，工作面涌水可由采动裂隙导进。风积沙，第四纪黄土覆盖层是主要，底部为1.83 m厚的沙砾石层。一些地段的沙砾石层厚度小，不易过滤沙子，过菜沟时，松散沙层为含水结构。基岩因太薄而断裂出现裂隙，涌水溃沙由上部沙层顺流形成。在过沟开采时，2.2 m为52101工作面采高，20～40 m为松散层与上覆基岩厚度，最薄的是沟谷段基岩，只有17 m，22 m为松散层的厚度。所以，采高与基岩厚度相差不大，地表与采动裂隙相连。6.2 m为工作面老顶厚，5.51为直接顶厚，廓落带包括老顶；0.9为最薄基岩位置基载，小于0.8；覆岩中基本没有粘土层，这方便了形成涌水溃沙通道。

1.2 预测过沟的动载矿压预测

基载比Jz（基岩、载荷厚度比）过小与较大沟谷坡角是发生动载矿压的两个条件。载荷层存在较小的粘结力，稳定结构不能在破裂后形成，承载力弱，老顶关键层出现的破断块体稳定结构会受破断结构载荷系数影响。在特定基岩岩性条件下，基岩厚度与承载能力成反比，与破断失稳成正比。在开采浅埋煤层时，显现来压受基载比影响较大。若0.8>Jz，工作面顶板下沉情况明显；若0.8梁峁坡角，动载矿压不会出现。工作面矿压在上坡过沟段表现强烈。在一定沟谷深度条件下，侵蚀了主关键层，因缺失水平力，砌体结构难以形成在主关键层的破断体上，主关键层与老顶的结构块体的破断线相互对齐，引起动载矿压显现事故。

521001工作面与菜沟夹角为23 °，在菜沟下坡段，14 °为坡角，落差是18 m；上坡段的坡角是21 °，41 m为落差。平直段基岩的主关键层是粉砂岩，厚12 m，沟谷段基岩上部为细砂岩，厚6 m，出现严重侵蚀。分析得知，过沟时动载矿压易在521001工作面出现，最为强烈的来压显现为上坡段。

2 安全过沟开采技术策略

2.1 预防涌水溃沙策略

2.1.1 提前疏放水

为减少涌水溃沙发生，掘一条腰巷于沟底，在腰巷上部布置间距、角度一定的钻孔于松散含水层，以完成含水层水的疏放。掘进一条高2.6 m、宽4.2 m、长280 m的腰巷疏放菜沟段的水，见下图。另外，钻孔放水也在工作面回风顺槽钻孔施工中进行。2011年3月，该工作面实施了回风槽顶板以及腰巷放水各47与35孔，初始钻孔涌水106.7 m?/h，泄水累计量是32.5 m?，提前疏放水成效显著。

2.1.2 腰巷井下注浆

松散沙层因腰巷井下注浆凝结，荷载层的承载能力增强，防止顶板的全厚切落，涌水溃沙得到预防。在过沟开采521001工作面时，进行腰巷井下注浆办法，注浆区域选择30 m>基岩厚度位置，可避免涌水溃沙出现。521001工作面设计70个注浆孔，注浆量为200 t。截止2011年12月，完成70个孔内注浆，注浆量大概是4～50 t/孔。

2.1.3 地面导流

在过沟开采时，沟谷水源通过导水裂隙带与地表相连，涌水溃沙较易发生。所以，要疏导哈拉沟水，保证开采安全。2011年10月，开始进行菜沟导流地面施工，铺设了一条长600 m的DN200管路，地表水有效导流量超过50 m?/h，补给521001的地表水被切断。

2.1.4 地面铺设隔水层

在过沟开采前，为了辟免导水裂隙带与地表相连，形成导水通道，在地面铺设一条800 m隔水带，形成人工隔水层。使地表水与导通裂隙带隔断，阻止地表水导入井下。

2.2 预防动载矿压策略

2.2.1 预测危险区域

根据实际开采经验与理论研究，分析开采处地址条件，在过沟开采时，预测了危险的动载矿压发生区。工作面对应上坡区为危险区，该区坡度最大，主关键层受严重侵蚀。所以，动载矿压容易发生。

2.2.2 预防措施

（1）预测预报工作面来压。根据工作面来压特征，首先进行粗预报，再根据实时支架阻力做精确预报。在来压的预测处周围进行工作面作业，要做好预防措施。（2）工作面质量保障。遵守支护“五到位”方针，确保支护工程的成效。保证支架初撑力符合规定，避免顶板过度下沉；确定梁端距，避免来压时过大顶板冒落，支架接顶要实，支护效果好。确保腰巷顶板完好，根据需要割底，采高要足够，使采煤机能够顺利通过。来压时要跟机拉架，确保支护到位。（3）煤层采高控制。以2.2 m为工作面采高，采高太小，采煤机不能在来压时通过支架，发生压架事故；采高太大，矿压剧烈，发生严重漏顶，支架接顶难保证。另外，过沟期间严格控制避免雨季推采，工作面推进速度要在质量保证的基础上快速经过危险区，缩短压力、沉量时间，推进速度结合现场施工条件决定。

3 过沟开采技术成效研究

3.1 预防涌水溃沙成效分析

通过观察过沟时的矿压，在来压时的过沟上下坡段工作面出现较大淋水，沟底段出现架间淋水，水量小。这表明回风顺槽与腰巷的水孔疏放功能效果明显，地表水补给被地面疏导工程切断。来压时的上下坡段的工作面淋水较为浑浊，但沟底注浆段却无泥沙，说明地表松散沙层因注浆而固结。在采空区对应观察来压时的上下坡段，采空区没有水流，构造断层不存在于基岩，说明老顶出现超前破断。涌水现象未出现在工作面在沟底段来压期间，说明老顶良好。所以，上覆松散沙层经注浆固结，松散沙层厚度减小，基岩厚度增大，老顶破断方式变动，防止了超前破断，导水通道发育被阻断。

3.2 预防动载矿压成效分析

因设备故障、质量控制措施缺失，前期过沟开采（下坡段）出现推进缓慢情形，约为5.56 m/d，来压约为45～46 MPa，不强烈，但中部支架采高过低，顶板在来压时下沉，采煤机不能通过，制约生产。在上坡段开采时，控制采高为2.2 m进行设备维护，推进速度加快，约为10.2 m/d。所以，虽然来压时上坡段压力增大，超过50 MPa，出现严重煤片帮，但生产顺利。

4 结语

煤炭是我国的重要战略能源。涌水溃沙与动载矿压是在浅埋深煤层的过沟开采中出现的主要开采事故，要做好技术分析，采取对应的解决策略，确保安全开采。

参考文献

[1] 马矿生.陕北浅埋煤层综采工作面矿压规律初探[J].陕西煤炭，2012，31（5）：7-11，14.

[2] 汪华君.不同覆岩浅埋深煤层旺采工作面矿压规律研究[J].煤炭科学技术，2013，41（2）：9-12，15.

[3] 张文义.浅埋深、薄基岩、厚松散含水层下煤层综合机械化开采防治水技术应用[J].中国煤田地质，2004，16（4）：39-41.

[4] 李建文.薄基岩浅埋煤层开采突水溃砂致灾机理及防治技术研究[D].西安科技大学，2012.

[5] 王大鹏，王宇，霍丙杰，等.沙基岩浅埋深厚煤层采煤方法探讨[J].煤矿安全，2009，40（11）：108-110.

2.2 预防动载矿压策略

2.2.1 预测危险区域

根据实际开采经验与理论研究，分析开采处地址条件，在过沟开采时，预测了危险的动载矿压发生区。工作面对应上坡区为危险区，该区坡度最大，主关键层受严重侵蚀。所以，动载矿压容易发生。

2.2.2 预防措施

（1）预测预报工作面来压。根据工作面来压特征，首先进行粗预报，再根据实时支架阻力做精确预报。在来压的预测处周围进行工作面作业，要做好预防措施。（2）工作面质量保障。遵守支护“五到位”方针，确保支护工程的成效。保证支架初撑力符合规定，避免顶板过度下沉；确定梁端距，避免来压时过大顶板冒落，支架接顶要实，支护效果好。确保腰巷顶板完好，根据需要割底，采高要足够，使采煤机能够顺利通过。来压时要跟机拉架，确保支护到位。（3）煤层采高控制。以2.2 m为工作面采高，采高太小，采煤机不能在来压时通过支架，发生压架事故；采高太大，矿压剧烈，发生严重漏顶，支架接顶难保证。另外，过沟期间严格控制避免雨季推采，工作面推进速度要在质量保证的基础上快速经过危险区，缩短压力、沉量时间，推进速度结合现场施工条件决定。

3 过沟开采技术成效研究

3.1 预防涌水溃沙成效分析

通过观察过沟时的矿压，在来压时的过沟上下坡段工作面出现较大淋水，沟底段出现架间淋水，水量小。这表明回风顺槽与腰巷的水孔疏放功能效果明显，地表水补给被地面疏导工程切断。来压时的上下坡段的工作面淋水较为浑浊，但沟底注浆段却无泥沙，说明地表松散沙层因注浆而固结。在采空区对应观察来压时的上下坡段，采空区没有水流，构造断层不存在于基岩，说明老顶出现超前破断。涌水现象未出现在工作面在沟底段来压期间，说明老顶良好。所以，上覆松散沙层经注浆固结，松散沙层厚度减小，基岩厚度增大，老顶破断方式变动，防止了超前破断，导水通道发育被阻断。

3.2 预防动载矿压成效分析

因设备故障、质量控制措施缺失，前期过沟开采（下坡段）出现推进缓慢情形，约为5.56 m/d，来压约为45～46 MPa，不强烈，但中部支架采高过低，顶板在来压时下沉，采煤机不能通过，制约生产。在上坡段开采时，控制采高为2.2 m进行设备维护，推进速度加快，约为10.2 m/d。所以，虽然来压时上坡段压力增大，超过50 MPa，出现严重煤片帮，但生产顺利。

4 结语

煤炭是我国的重要战略能源。涌水溃沙与动载矿压是在浅埋深煤层的过沟开采中出现的主要开采事故，要做好技术分析，采取对应的解决策略，确保安全开采。

参考文献

[1] 马矿生.陕北浅埋煤层综采工作面矿压规律初探[J].陕西煤炭，2012，31（5）：7-11，14.

[2] 汪华君.不同覆岩浅埋深煤层旺采工作面矿压规律研究[J].煤炭科学技术，2013，41（2）：9-12，15.

[3] 张文义.浅埋深、薄基岩、厚松散含水层下煤层综合机械化开采防治水技术应用[J].中国煤田地质，2004，16（4）：39-41.

[4] 李建文.薄基岩浅埋煤层开采突水溃砂致灾机理及防治技术研究[D].西安科技大学，2012.

[5] 王大鹏，王宇，霍丙杰，等.沙基岩浅埋深厚煤层采煤方法探讨[J].煤矿安全，2009，40（11）：108-110.

2.2 预防动载矿压策略

2.2.1 预测危险区域

根据实际开采经验与理论研究，分析开采处地址条件，在过沟开采时，预测了危险的动载矿压发生区。工作面对应上坡区为危险区，该区坡度最大，主关键层受严重侵蚀。所以，动载矿压容易发生。

2.2.2 预防措施

（1）预测预报工作面来压。根据工作面来压特征，首先进行粗预报，再根据实时支架阻力做精确预报。在来压的预测处周围进行工作面作业，要做好预防措施。（2）工作面质量保障。遵守支护“五到位”方针，确保支护工程的成效。保证支架初撑力符合规定，避免顶板过度下沉；确定梁端距，避免来压时过大顶板冒落，支架接顶要实，支护效果好。确保腰巷顶板完好，根据需要割底，采高要足够，使采煤机能够顺利通过。来压时要跟机拉架，确保支护到位。（3）煤层采高控制。以2.2 m为工作面采高，采高太小，采煤机不能在来压时通过支架，发生压架事故；采高太大，矿压剧烈，发生严重漏顶，支架接顶难保证。另外，过沟期间严格控制避免雨季推采，工作面推进速度要在质量保证的基础上快速经过危险区，缩短压力、沉量时间，推进速度结合现场施工条件决定。

3 过沟开采技术成效研究

3.1 预防涌水溃沙成效分析

通过观察过沟时的矿压，在来压时的过沟上下坡段工作面出现较大淋水，沟底段出现架间淋水，水量小。这表明回风顺槽与腰巷的水孔疏放功能效果明显，地表水补给被地面疏导工程切断。来压时的上下坡段的工作面淋水较为浑浊，但沟底注浆段却无泥沙，说明地表松散沙层因注浆而固结。在采空区对应观察来压时的上下坡段，采空区没有水流，构造断层不存在于基岩，说明老顶出现超前破断。涌水现象未出现在工作面在沟底段来压期间，说明老顶良好。所以，上覆松散沙层经注浆固结，松散沙层厚度减小，基岩厚度增大，老顶破断方式变动，防止了超前破断，导水通道发育被阻断。

3.2 预防动载矿压成效分析

因设备故障、质量控制措施缺失，前期过沟开采（下坡段）出现推进缓慢情形，约为5.56 m/d，来压约为45～46 MPa，不强烈，但中部支架采高过低，顶板在来压时下沉，采煤机不能通过，制约生产。在上坡段开采时，控制采高为2.2 m进行设备维护，推进速度加快，约为10.2 m/d。所以，虽然来压时上坡段压力增大，超过50 MPa，出现严重煤片帮，但生产顺利。

4 结语

煤炭是我国的重要战略能源。涌水溃沙与动载矿压是在浅埋深煤层的过沟开采中出现的主要开采事故，要做好技术分析，采取对应的解决策略，确保安全开采。

参考文献

[1] 马矿生.陕北浅埋煤层综采工作面矿压规律初探[J].陕西煤炭，2012，31（5）：7-11，14.

[2] 汪华君.不同覆岩浅埋深煤层旺采工作面矿压规律研究[J].煤炭科学技术，2013，41（2）：9-12，15.

[3] 张文义.浅埋深、薄基岩、厚松散含水层下煤层综合机械化开采防治水技术应用[J].中国煤田地质，2004，16（4）：39-41.

[4] 李建文.薄基岩浅埋煤层开采突水溃砂致灾机理及防治技术研究[D].西安科技大学，2012.

[5] 王大鹏，王宇，霍丙杰，等.沙基岩浅埋深厚煤层采煤方法探讨[J].煤矿安全，2009，40（11）：108-110.