王家岭18103综放工作面存量及煤层赋存特性分析

何文东

（晋能集团王家岭煤业有限公司,山西 忻州 036600）

引 言

王家岭井田属于晋能集团新建的大型省重点工程矿井,井田位于河东煤田北段,井田最北界距保德县城约6km,是典型的地质构造较简单的气煤煤层矿井。王家岭矿井采用主斜井、副立井混合开拓方式设计。矿井开采运用综放工作面方法进行开采,本文对18103综放工作面存量及其煤层赋存特性进行分析,18103综放工作面主要开采的是4＃煤层,水文地质状况较好,瓦斯含量较高,在开采时需注意水文情况和瓦斯泄露情况,为矿井开采提供参考。

1 王家岭18103综放工作面存量分析

1.1 王家岭煤矿概况

王家岭煤矿位于山西省忻州市保德县境内,井田面积约34.447 1km2,地质储量744 620万t,可采储量442 050万t,主要开采4号煤、7上号煤、7号煤、8号煤、9号煤,其中,4号煤平均厚度7.69m。煤种为中灰、低硫、特低磷的优质瘦煤,是极好的动力煤和炼焦配煤。

根据井田开拓部署,结合王家岭煤矿自身规模与采煤工作面的现有装备情况,矿井建设中在已经达到预估生产能力或正式投入生产时,将井田设置为一个开采区,为一采区。其位于井底车场附近,钻孔密,储量较为可靠,地质构造及水文地质条件较简单,煤层赋存较稳定、厚度大,对矿井及早达产和稳产高产都十分有利。

矿井初期开采4号煤层,对4号煤层整区域钻孔,测得煤层的可开采深度在3.2m～10.0m,平均厚度7.1m左右,呈现南厚北薄的脉象；而4号煤层的具体勘探结果表明其结构和普通煤层有一定的不同,含矸1层～5层,多为2层～3层,夹矸岩性以泥岩、砂质泥岩为主。煤层顶板为砂质泥岩、粉砂岩及泥岩,有时为中、粗砂岩,底板为高岭质泥岩及粉、细砂岩［1－2］。总体来说,矿区的地质构造比较简单,很符合理想开采标准。

1.2 煤炭资源分布

王家岭煤矿井田范围内赋存4号、7上号、7号、8号、9号等煤层,进行首采煤层为4号煤,为中厚煤层。王家岭煤矿采用综合机械化开采,工作面顶板破碎采用补打方式加强支护。为了最大程度地提高煤矿的采出率,改善18103工作面的开采环境,在18103工作面进行了不等长综放工作面开采技术的试验,并获得成功。此工作面在准备的过程中遇到了原预留回采巷道失稳,为保障安全生产和资源回收率,决定重新开拓一条专用回采巷道,初采期工作面长度由240m缩短为214.5m,造成工作面布置成不等长工作面,里端短,外端长。分别在短壁采煤、轻放面机头处对接支架等方面进行了大胆尝试,并取得了良好的效果。

煤炭资源分布丰富,煤层厚度为厚煤层,煤炭多,煤层倾斜角度小于8°,倾斜角度小,更加方便了开采作业的施工操作,王家岭煤矿采用不等长的综放工作面开采,适应了4号煤层的厚度以及倾角的大小。18103综放工作面煤炭储存量大,资源分布广泛,主要为砂岩,开采地质条件特殊。

2 王家岭煤矿18103综放工作面煤层赋存特性分析

2.1 煤层地质构造

煤层由有机质和混入的矿物质所组成。王家岭煤矿18103综放工作面当前开采的为4号煤,18103综放工作面煤层平均厚度为8.6m,直接顶厚1.4m～2.0m,倾角2°～7°,煤层抗压强度为8MPa左右。直接顶厚1.4m～2.0m,单轴抗压强度为25MPa～45MPa。基本顶为中粒砂岩、粗粒砂岩,中厚层状,层理明显,稳定性较好,单轴抗压强度为50MPa～90MPa。直接底为砂质泥岩,半坚硬,裂隙发育,过渡性接触,层厚0.2m～1.6m,煤层基本底为灰色中粒砂岩,层厚3.6m～5.8m。岩层初次来压步距为20m～30m,平均为25m,工作面周期来压步距为10m～20m,平均为15m。

18103综放工作面煤层平均厚度为8.6m,大于8.0m,基本顶中厚层状,层理明显,夹杂着夹石层的复杂结构,煤层厚度在井田范围内均大于最低可采标准,厚度变化有着一定的规律,稳定性好。煤层厚度稳定,没有明显变化,呈层状分布。4号煤层的倾角为2°～7°,煤层倾角为5°～25°的煤层属于缓倾斜煤层,倾斜角度小,适宜开采。其中,7号煤层厚度为0.90m～8.75m,平均厚度为3.59m,9号煤层厚度为2.32m～6.66m,平均厚度为4.09m。

2.2 水文地质情况

王家岭煤矿18103综放工作面井田内主要含水层自上而下是碳酸盐岩溶、裂隙含水层与松散岩类孔隙含水层［3］。

井田内奥灰水位标高＋824m～＋881m,井田初期开采4号煤层。4号煤层底板标高在＋70m～＋700m左右,均低于奥灰岩溶水水位标高。经计算,4号煤层突水系数T＜0.06MPa/m,分布情况以东北部为主,分布面积约29.08（km）2。相对突水危险性较小。突水系数0.06MPa/m＜T＜0.10MPa/m,分布情况以西部为主,分布面积约5.37（km）2。因此,在无断层、陷落柱等导水构造存在的情况下,开采4号煤层奥灰发生突水的可能性较小。

2.3 瓦斯涌出量情况

对于王家岭煤矿18103综放工作面而言,选择开采方式应考虑到4号煤层的一些开采问题。从开采难度来说,4号煤层的瓦斯含量很高,属于高瓦斯矿井,发生煤尘爆炸的可能性较高；同时,煤层不易自燃,地质构造和水文地理条件适合开采,如果同时从煤层的储存以及现有的开采能力进行预估,以及结合王家岭的矿井实际水平,可以选取适当的开采方法,如放顶煤综采开采和分层综采开采两个方案。

王家岭煤矿4号煤层开采过程中,矿井最大绝对瓦斯涌出量为153.82m3/min,最大相对涌出量为14.62m3/t；很显然,仅靠通风来解决矿井瓦斯涌出问题是不现实的。为此,分析王家岭煤矿瓦斯预抽采的必要性和可能性,并分析采空区抽采瓦斯的可行性,认为采取瓦斯预抽采技术可以解决回采过程中开采层瓦斯涌出、卸压影响部分瓦斯涌出,掘进过程中瓦斯涌出,工作面回采过程中已采区域向回采空间涌出,回采过程中工作面及回风隅角瓦斯积聚等问题。

18103回采工作面瓦斯涌出量达到75.44m3/min,采空区瓦斯涌出量达50.95m3/min,分别占到矿井瓦斯涌出量的49%和33%,所以,王家岭煤矿瓦斯抽采的重点主要是加强对本煤层瓦斯和采空区瓦斯的抽采。为此,设计抽采钻孔采用聚氨酯封孔,封孔深度8m,封孔段长度2m,封孔管为直径Φ50mm的PVC管（阻燃、抗静电）,再用PVC软管连接到支管上,接通到干管上,最后到达地面泵房。

3 结语

本文对王家岭18103综放工作面存量及煤层赋存特性进行分析,井田主要是4号、7上号、7号、8号、9号等煤层,进行首采煤层为4号煤层,为中厚煤层,煤层平均厚度为8.6m,倾角为2°～7°,有稳定性层理结构,煤炭储存量高,地质条件较为特殊,4号煤层瓦斯含量大,开采时需注意瓦斯泄露问题。本文研究为王家岭煤矿的开采提供了研究资料。

参考文献：

［1］ 刘佳佳.综采工作面采空区流场和瓦斯分布规律研究［D］.河南：河南理工大学,2011.

［2］ 郭海东.综采工作面瓦斯涌出量的预测及瓦斯运移规律的研究［D］.太原：太原理工大学,2009.

［3］ 连清旺.矿井顶板（围岩）状态监测及灾害预警系统研究及应用［D］.太原：太原理工大学,2012.