何文東

（晉能集團(tuán)王家?guī)X煤業(yè)有限公司,山西 忻州 036600）

引 言

王家?guī)X井田屬于晉能集團(tuán)新建的大型省重點(diǎn)工程礦井,井田位于河?xùn)|煤田北段,井田最北界距保德縣城約6km,是典型的地質(zhì)構(gòu)造較簡(jiǎn)單的氣煤煤層礦井。王家?guī)X礦井采用主斜井、副立井混合開拓方式設(shè)計(jì)。礦井開采運(yùn)用綜放工作面方法進(jìn)行開采,本文對(duì)18103綜放工作面存量及其煤層賦存特性進(jìn)行分析,18103綜放工作面主要開采的是4＃煤層,水文地質(zhì)狀況較好,瓦斯含量較高,在開采時(shí)需注意水文情況和瓦斯泄露情況,為礦井開采提供參考。

1 王家?guī)X18103綜放工作面存量分析

1.1 王家?guī)X煤礦概況

王家?guī)X煤礦位于山西省忻州市保德縣境內(nèi),井田面積約34.447 1km2,地質(zhì)儲(chǔ)量744 620萬t,可采儲(chǔ)量442 050萬t,主要開采4號(hào)煤、7上號(hào)煤、7號(hào)煤、8號(hào)煤、9號(hào)煤,其中,4號(hào)煤平均厚度7.69m。煤種為中灰、低硫、特低磷的優(yōu)質(zhì)瘦煤,是極好的動(dòng)力煤和煉焦配煤。

根據(jù)井田開拓部署,結(jié)合王家?guī)X煤礦自身規(guī)模與采煤工作面的現(xiàn)有裝備情況,礦井建設(shè)中在已經(jīng)達(dá)到預(yù)估生產(chǎn)能力或正式投入生產(chǎn)時(shí),將井田設(shè)置為一個(gè)開采區(qū),為一采區(qū)。其位于井底車場(chǎng)附近,鉆孔密,儲(chǔ)量較為可靠,地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)條件較簡(jiǎn)單,煤層賦存較穩(wěn)定、厚度大,對(duì)礦井及早達(dá)產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)都十分有利。

礦井初期開采4號(hào)煤層,對(duì)4號(hào)煤層整區(qū)域鉆孔,測(cè)得煤層的可開采深度在3.2m～10.0m,平均厚度7.1m左右,呈現(xiàn)南厚北薄的脈象；而4號(hào)煤層的具體勘探結(jié)果表明其結(jié)構(gòu)和普通煤層有一定的不同,含矸1層～5層,多為2層～3層,夾矸巖性以泥巖、砂質(zhì)泥巖為主。煤層頂板為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖及泥巖,有時(shí)為中、粗砂巖,底板為高嶺質(zhì)泥巖及粉、細(xì)砂巖［1－2］。總體來說,礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造比較簡(jiǎn)單,很符合理想開采標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 煤炭資源分布

王家?guī)X煤礦井田范圍內(nèi)賦存4號(hào)、7上號(hào)、7號(hào)、8號(hào)、9號(hào)等煤層,進(jìn)行首采煤層為4號(hào)煤,為中厚煤層。王家?guī)X煤礦采用綜合機(jī)械化開采,工作面頂板破碎采用補(bǔ)打方式加強(qiáng)支護(hù)。為了最大程度地提高煤礦的采出率,改善18103工作面的開采環(huán)境,在18103工作面進(jìn)行了不等長(zhǎng)綜放工作面開采技術(shù)的試驗(yàn),并獲得成功。此工作面在準(zhǔn)備的過程中遇到了原預(yù)留回采巷道失穩(wěn),為保障安全生產(chǎn)和資源回收率,決定重新開拓一條專用回采巷道,初采期工作面長(zhǎng)度由240m縮短為214.5m,造成工作面布置成不等長(zhǎng)工作面,里端短,外端長(zhǎng)。分別在短壁采煤、輕放面機(jī)頭處對(duì)接支架等方面進(jìn)行了大膽嘗試,并取得了良好的效果。

煤炭資源分布豐富,煤層厚度為厚煤層,煤炭多,煤層傾斜角度小于8°,傾斜角度小,更加方便了開采作業(yè)的施工操作,王家?guī)X煤礦采用不等長(zhǎng)的綜放工作面開采,適應(yīng)了4號(hào)煤層的厚度以及傾角的大小。18103綜放工作面煤炭?jī)?chǔ)存量大,資源分布廣泛,主要為砂巖,開采地質(zhì)條件特殊。

2 王家?guī)X煤礦18103綜放工作面煤層賦存特性分析

2.1 煤層地質(zhì)構(gòu)造

煤層由有機(jī)質(zhì)和混入的礦物質(zhì)所組成。王家?guī)X煤礦18103綜放工作面當(dāng)前開采的為4號(hào)煤,18103綜放工作面煤層平均厚度為8.6m,直接頂厚1.4m～2.0m,傾角2°～7°,煤層抗壓強(qiáng)度為8MPa左右。直接頂厚1.4m～2.0m,單軸抗壓強(qiáng)度為25MPa～45MPa?；卷敒橹辛Ｉ皫r、粗粒砂巖,中厚層狀,層理明顯,穩(wěn)定性較好,單軸抗壓強(qiáng)度為50MPa～90MPa。直接底為砂質(zhì)泥巖,半堅(jiān)硬,裂隙發(fā)育,過渡性接觸,層厚0.2m～1.6m,煤層基本底為灰色中粒砂巖,層厚3.6m～5.8m。巖層初次來壓步距為20m～30m,平均為25m,工作面周期來壓步距為10m～20m,平均為15m。

18103綜放工作面煤層平均厚度為8.6m,大于8.0m,基本頂中厚層狀,層理明顯,夾雜著夾石層的復(fù)雜結(jié)構(gòu),煤層厚度在井田范圍內(nèi)均大于最低可采標(biāo)準(zhǔn),厚度變化有著一定的規(guī)律,穩(wěn)定性好。煤層厚度穩(wěn)定,沒有明顯變化,呈層狀分布。4號(hào)煤層的傾角為2°～7°,煤層傾角為5°～25°的煤層屬于緩傾斜煤層,傾斜角度小,適宜開采。其中,7號(hào)煤層厚度為0.90m～8.75m,平均厚度為3.59m,9號(hào)煤層厚度為2.32m～6.66m,平均厚度為4.09m。

2.2 水文地質(zhì)情況

王家?guī)X煤礦18103綜放工作面井田內(nèi)主要含水層自上而下是碳酸鹽巖溶、裂隙含水層與松散巖類孔隙含水層［3］。

井田內(nèi)奧灰水位標(biāo)高＋824m～＋881m,井田初期開采4號(hào)煤層。4號(hào)煤層底板標(biāo)高在＋70m～＋700m左右,均低于奧灰?guī)r溶水水位標(biāo)高。經(jīng)計(jì)算,4號(hào)煤層突水系數(shù)T＜0.06MPa/m,分布情況以東北部為主,分布面積約29.08（km）2。相對(duì)突水危險(xiǎn)性較小。突水系數(shù)0.06MPa/m＜T＜0.10MPa/m,分布情況以西部為主,分布面積約5.37（km）2。因此,在無斷層、陷落柱等導(dǎo)水構(gòu)造存在的情況下,開采4號(hào)煤層奧灰發(fā)生突水的可能性較小。

2.3 瓦斯涌出量情況

對(duì)于王家?guī)X煤礦18103綜放工作面而言,選擇開采方式應(yīng)考慮到4號(hào)煤層的一些開采問題。從開采難度來說,4號(hào)煤層的瓦斯含量很高,屬于高瓦斯礦井,發(fā)生煤塵爆炸的可能性較高；同時(shí),煤層不易自燃,地質(zhì)構(gòu)造和水文地理?xiàng)l件適合開采,如果同時(shí)從煤層的儲(chǔ)存以及現(xiàn)有的開采能力進(jìn)行預(yù)估,以及結(jié)合王家?guī)X的礦井實(shí)際水平,可以選取適當(dāng)?shù)拈_采方法,如放頂煤綜采開采和分層綜采開采兩個(gè)方案。

王家?guī)X煤礦4號(hào)煤層開采過程中,礦井最大絕對(duì)瓦斯涌出量為153.82m3/min,最大相對(duì)涌出量為14.62m3/t；很顯然,僅靠通風(fēng)來解決礦井瓦斯涌出問題是不現(xiàn)實(shí)的。為此,分析王家?guī)X煤礦瓦斯預(yù)抽采的必要性和可能性,并分析采空區(qū)抽采瓦斯的可行性,認(rèn)為采取瓦斯預(yù)抽采技術(shù)可以解決回采過程中開采層瓦斯涌出、卸壓影響部分瓦斯涌出,掘進(jìn)過程中瓦斯涌出,工作面回采過程中已采區(qū)域向回采空間涌出,回采過程中工作面及回風(fēng)隅角瓦斯積聚等問題。

18103回采工作面瓦斯涌出量達(dá)到75.44m3/min,采空區(qū)瓦斯涌出量達(dá)50.95m3/min,分別占到礦井瓦斯涌出量的49%和33%,所以,王家?guī)X煤礦瓦斯抽采的重點(diǎn)主要是加強(qiáng)對(duì)本煤層瓦斯和采空區(qū)瓦斯的抽采。為此,設(shè)計(jì)抽采鉆孔采用聚氨酯封孔,封孔深度8m,封孔段長(zhǎng)度2m,封孔管為直徑Φ50mm的PVC管（阻燃、抗靜電）,再用PVC軟管連接到支管上,接通到干管上,最后到達(dá)地面泵房。

3 結(jié)語

本文對(duì)王家?guī)X18103綜放工作面存量及煤層賦存特性進(jìn)行分析,井田主要是4號(hào)、7上號(hào)、7號(hào)、8號(hào)、9號(hào)等煤層,進(jìn)行首采煤層為4號(hào)煤層,為中厚煤層,煤層平均厚度為8.6m,傾角為2°～7°,有穩(wěn)定性層理結(jié)構(gòu),煤炭?jī)?chǔ)存量高,地質(zhì)條件較為特殊,4號(hào)煤層瓦斯含量大,開采時(shí)需注意瓦斯泄露問題。本文研究為王家?guī)X煤礦的開采提供了研究資料。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 劉佳佳.綜采工作面采空區(qū)流場(chǎng)和瓦斯分布規(guī)律研究［D］.河南：河南理工大學(xué),2011.

［2］ 郭海東.綜采工作面瓦斯涌出量的預(yù)測(cè)及瓦斯運(yùn)移規(guī)律的研究［D］.太原：太原理工大學(xué),2009.

［3］ 連清旺.礦井頂板（圍巖）狀態(tài)監(jiān)測(cè)及災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)研究及應(yīng)用［D］.太原：太原理工大學(xué),2012.