邢台矿区下组煤开采矿井一井一面模式的实践

2012-07-10奚树旺

中国煤炭工业 2012年4期

文/奚树旺

邢台矿区位于太行山东麓，南接邯郸矿区，北邻井陉矿区，为典型的华北型石炭—二叠系煤田，主采煤层为2煤、5煤，是已开采40多年的老矿区。为了实现上、下组煤合理配采，稳定矿井产量，延长矿区的服务年限，下组煤开采所占比重逐渐提高。

一、邢台矿区下组煤开采概况

邢台矿区的开发以冀中能源股份有限公司为主体。该公司在邢台矿区现有6矿11对矿井，下组煤（9#煤）普遍受煤系底部巨厚奥陶系灰岩强岩溶含水层的威胁。自1985年以来章村矿、显德汪矿、葛泉矿、东庞矿先后进行了下组煤试采工作。截至目前已安全采出9#煤1260万吨。章村矿和显德汪矿水文地质条件相对较简单，开采下组煤较早，没有采取单独建井，2006年年底以后相继投产的葛泉东井和东庞北井以及正在准备的邢台西井，都设计成独立建井。

二、矿井实现一井一面生产模式的必要性

1.高产高效矿井建设的客观要求

煤炭企业要增强竞争能力就必须扭转用人多、效率低的状况，努力降低成本，提高经济效益。因此，实现矿井一井一面生产模式，减人提效，是高产高效矿井建设的具体体现和客观要求。

2.合理集约化生产，压缩生产战场，确保安全生产

实现高度合理集约化生产，积极发展综合机械化，减少头面，实现矿井一井一面生产，合理集中生产；优化生产环节，简化生产系统；实行科学管理，从而提高矿井综合安全生产能力。合理集约化生产对于开采下组煤矿井具有以下意义：

（1）下组煤开采的最大安全问题就是预防和防治突水事故。合理集中生产，是实现以最大限度压缩开拓开采区域，减少突水事故发生几率，提高安全开采系数的主要手段。

（2）集中区域生产，集中进行防探水工作，可以提高水害防治效率。

（3）合理集中生产，可以压缩战场，减少生产区域，减少下井人员，在生产过程中一旦发生灾害，有利于人员组织管理，迅速撤离、集中救援。

三、矿井一井一面生产模式实施的困难与解决途径

1.技术难点

（1）防治水任务重。邢台矿区在开采下组煤（主要为9＃煤）时的充水含水层主要为顶板大青灰岩岩溶裂隙承压含水层、底板奥陶系灰岩岩溶裂隙承压含水层。矿区历史突水为2003年东庞矿发生奥灰特大型岩溶陷落柱突水事故(>1800m3/h)，最大突水量70000m3/h，造成淹井。因此，邢台矿区开采下组煤防治水探测工程是十分必要的。但带来的问题是：掘进期间超前钻探、底板注浆加固工作量大，严重影响开掘速度，造成工作面布置周期长。

（2）采区准备周期长。开拓新采区必须完成采区的上下山、硐室、辅助车场等巷道工程施工，开采下组煤的采区还要考虑分区隔离、落实强力排水泵房及排水设施等。由于掘进准备期间的防探水工程量大，配套设施多，一定程度上延长了矿井采区的准备周期。

（3）工作面开采限制因素多。其一，工作面设计面长不宜超过70m，这是通过研究开采对煤层底板破坏深度、奥灰顶界面以上隔水层岩柱厚度、承压水头压力等几个方面所得出的结论；其二，因煤层含硫较高，煤层有自然发火倾向，防灭火措施如煤层注水必须到位；其三，工作面圈出后，必须采取物探（坑透）技术，甚至从上下两巷向工作面中部打钻等措施，进一步探明具有导含水可能的地质构造，特别是导含水陷落柱；其四，通过探测底板岩层的厚度、强度和裂隙发育情况，确定煤层底板需要注浆加固的范围和工作量，然后组织力量对底板薄弱处进行注浆加固，结束后通过验证确认可靠方可允许工作面投入生产。

2.解决途径

（1）从设计源头抓起，设计初期就要充分考虑下组煤防治水要求，为实现一井一面创造条件。下组煤开采尽量实现独立建井。邢台矿区的东庞矿和葛泉矿下组煤开采都专门新建独立生产系统，力求与目前上组煤开采形成完全隔离。东庞北井位于东庞井田的西部浅部露头区，绝大部分上组煤被剥蚀，仅存下组煤，形成相对孤立的区域；葛泉东井位于葛泉井田的东部，受到大断层的影响，下组煤地层上抬，为开采下组煤独立建井创造了条件。

（2）优化设计，合理划分采区，重点结合防治水手段确定工作面生产能力，保证矿井一井一面。东庞矿北井开采范围较小，浅部受小煤矿破坏较严重，深部开采下限为-300m。井田开拓方式采用双立井开拓，井筒设计在井田浅部，以暗斜井方式向下延伸。根据矿井地质构造和外围小矿破坏情况，通过优化设计，合理划分采区，确定开发一个采区，在暗斜井两翼布置工作面。根据防治水规定，优化了工作面设计，面长定为70m，经探测小窑破坏范围，工作面走向长度在600～1000m，采区内9#煤厚度为4.5～5.5m，采用综采放顶煤工艺开采，考虑到各种因素影响工作面推进，工作面年生产能力不低于60万吨。

（3）对矿井加强补充勘探措施，确保安全生产。通过多种探测手段及系统全面收集和分析资料，能够对井田下组煤开采可行性作出定性评价，但是为了实现安全回采，一方面在加强采场地质与水文地质的综合探测与防治水技术研究，还必须定量分析判断奥灰水的富水性与导水构造，如断层、陷落柱、底板薄弱带以及奥灰水的原始导高等问题。因此，除布置钻探工程以外，还要通过探水孔检验物探的结果，采用辅助手段，对构造的确切位置和范围进行修正，针对构造薄弱带尤其潜在导水通道进行注浆封堵与加固。

（4）积极探索超前探技术，提高钻探速度，减少工作面和采区准备时间。物探技术防治水的指导作用越来越强，矿井瞬变电磁法用于煤层顶、底板岩层内部的富水异常区探测、巷道掘进迎头前方的突水构造预测、含水陷落柱勘查等水文地质问题。

超前钻探

（5）采用先进坑透技术，对圈出后工作面地质构造进行勘探。坑透技术是利用无线电波透视的方法，通过其在地下不同岩层、煤层中能量衰减损失的变化，确定区域构造情况。历经多年实践，坑透技术能够通过电性变化确定一些地质构造，为矿山生产提供较准确的地质情况。但在实际使用中，仍有一定的局限性，由于其频率高，衰减快，工作面过大时，难以接受到有效信号。因此，有必要进一步完善技术手段，精确确定小断层、断层连续性及陷落柱、水体存在方位。