某煤矿放顶煤开采技术的实践应用研究

靳亮亮

（山西焦煤汾西矿业集团柳湾煤矿，山西孝义 032300）

某煤矿六盘区一区段及一区段上部回采时均受上部“四含”水的威胁，本文作者以最浅部的61117综放面为研究对象，对61117综放面的实际回采情况、采取的防治水措施、水害治理效果等方面进行总结分析。

1 61117工作面概况

1.1 工作面概况

61117工作面位于某煤矿六盘区，南与另一煤矿七采区相邻，西至防塌煤柱线，北至防塌煤柱线及采区上山，下为61113采空区。61117工作面机巷长590 m，风巷长620 m，切眼长140 m，煤层厚度为8.59～11.27 m，倾角3°～10°。上限标高-240.467 m（巷道顶板），按防塌煤柱进行综放开采。

1.2 地质概况

3煤层为稳定的特厚煤层，工作面F5-1断层以里煤层倾角为3°～10°，F5-1断层以外有一条向斜构造，两翼较宽缓。工作面受断层影响，总体趋势为切眼和石门口较高，中部较低洼，风巷顶板标高为-240.467～-250.533 m，机巷顶板标高为-241.997～-263.135 m。根据勘探及已施工的巷道资料分析，61117工作面地质构造较为复杂，共发现断层4条，工作面内小断层发育，断层落差在1～3 m的2条，大于3 m的2条，全部为正断层。

1.3 水文地质概况

61117工作面由补13、Ⅵ-Ⅶ线两条勘探线控制，勘探线间距350 m，周围300 m范围内有12个钻孔。根据钻孔揭露资料和柳湾煤矿矿井地质报告分析，“四含”上部为50～102 m稳定的黏土隔水层，阻隔了“四含”与一到三含的水力联系，“四含”厚度为2.38～7.48 m的沙砾层，含有大量的黏土成分，使得孔隙率大大减小，渗透性能降低，岩性结构较为简单，局部沙砾层之上有半胶结砂。根据采前水文检查孔抽水试验资料，单位涌水量q=0.000 018～0.000 91L/（s·m）。该区段“四含”底板标高为-214～-225 m。

根据该煤矿含水层下开采的试验与研究所获资料，3煤层开采影响范围内只有第四含水层，单位涌水量q=0.000 9～0.02 L/（s·m），其渗透系数很小为0.003 2～0.15 m/d。因而有利于提前疏干。而61113、61114、61109综放工作面的开采使得“四含”水已经得到了提前疏放，在61117开采时“四含”将渐变为无水的含水层。另外在井下61117风巷施工的24个“四含”疏放钻孔，只有2个钻孔有少量出水，其余钻孔均无“四含”水渗出。因此，分析认为该段“四含”富水性弱，且经六盘区多个浅部工作面的成功开采，使得“四含”得到提前疏放，“四含”已基本处于疏干状态，对61117工作面的综放开采极为有利。

2 “两带"发育情况分析

2.1 “两带”孔观测情况

六盘区共有2个“两带”观测孔，均布置在61113工作面，根据表1可知，61113工作面3煤层垮采比为1.44～1.69。

表1 六盘区“两带”观测孔资料一览表

2.2 “两带”发育高度预计

61117工作面地质、水文地质及工程地质情况与1113工作面类似，因此，借鉴1113-1#、1113-2#“两带”孔资料进行分析，预计61117工作面一次采全高时最大冒落带高度按Hm=采高×垮采比计算。煤厚11.27 m时，垮采比按1.69计算，则Hm=11.27 m×1.69=19.0 m。即一次采全高时最大垮落带高度为19 m；按最小煤厚8.59 m计算，则垮落带高度为14.5 m。

该面按防塌煤柱设计开采，“三下”采煤规程规定：留设防塌煤岩柱的目的是不仅允许导水裂缝带波及弱松散含水层或已疏干的松散含水层，同时允许冒落带接近松散层底部。其垂高（Ht）应等于或接近于冒落带的最大高度（Hm），即 Ht≈Hm。

3 回采期间采取的防治水措施

为最大限度地回收煤炭资源，同时又避免水患的威胁，且考虑到现场实际可操作性，在整个工作面回采期间主要采取以下措施确保安全生产。

3.1 严格工程质量，防止局部冒顶

必须加强61117综放工作面的质量管理工作，保障局部顶板不出现抽冒现象。同时做好相应木料的准备工作，回采时要加强顶板维护，增加支护强度，防止局部冒顶事故的发生；另外在覆岩厚度小于15 m的区域内采取“超前铺双层网、控制采高、只采不放”的措施[1]。

3.2 开展综合性的观测研究，掌握水、土、岩变化规律

加强采区及工作面出水情况观测，并采集“四含”水进行水质分析，以掌握水源及出水规律。工作面开采前后松散含水层的水位动态，是反映和衡量开采影响的重要特征之一[2]。与工作面采动关系密切的是松散层底部的第四含水层，为掌握其他含水层与四含的补给情况，要对工作面上部附近区域的地表各含水层的水文长观孔进行定期观测。

3.3 控制切眼附近的采放高度，减小初次冒落高度

根据61117工作面的地质采矿条件，其采放高度在初次来压之前，应控制在3.0 m之内，以减少“两带”发育高度。控制采放高度的范围为自切眼推进20 m范围内[3]。同时必须加强相应的回采工作面组织和技术管理工作，合理确定回采工艺方式和工作程序。要实行正规循环作业，保持工作面以较高速度连续推进。在整个回采过程中，要结合现场煤厚和覆岩厚度，控制采放高度，防止风化软弱的顶板产生过量下沉而引起覆岩抽冒，以杜绝涌水、溃沙灾害事故的发生。

4 回采实践总结分析

（1）防治水技术措施。尽管已确认“四含”为处于疏干状态的弱富水性含水层，按防塌煤柱进行回采，但为了在确保安全的情况下多回收煤炭资源，仍然在覆岩厚度小于15 m的区域内采取“超前铺双层网、控制采高、只采不放”的措施回采，从根本上提供了安全保障[4-6]。

（2）采煤工艺。为提高工作面单产和劳动生产率，61117工作面采用走向长壁一次采全高综采放顶煤采煤方法，选用ZF6000/17.5/28型综放液压支架支护，最大采高2.6 m。按最大采高“只采不放”作业时能很好地控制顶板，抑制“两带”高度的发育[7]。

（3）经济及社会效益。从煤炭资源回收方面看，61117工作面为上提面，按防塌煤柱进行回采后，回收煤炭资源约120万t，增创产值约4.6亿元，创造了巨大的经济及社会效益。

综上所述，对采取一定措施可以实现安全回收的煤炭资源，要利用现有系统尽可能地进行回收，避免采区封闭及系统破坏后无法开采，造成煤炭资源的浪费。

5 总结

主要对某煤矿61117工作面放顶煤开采技术的实践应用进行研究，实践结果证明该工作面成功进行回采。但是在实践过程中仍存在以下问题，在以后类似工作面的回采过程中可以进一步改善。（1）由于浅部岩层风化程度高，覆岩较软弱，易发生塑性变形，在工作面开始生产后，要保持正规循环也可降低溃沙的可能性。（2）采取“超前铺网、只采不放”的措施对防治水工作有利，但同时加大了防自然发火的难度[8]。（3）在上提面生产过程中，即使落差1 m的小断层也应足够重视，必须加强断层段的支护强度，严防漏冒。