浅埋煤层过沟开采矿压显现规律及防治水措施

赵二雷

(榆林汇森煤矿建设运营有限责任公司冯家塔分公司，陕西 府谷 719400)

0 引言

神府矿区煤层埋藏浅、储量丰富，但生态环境脆弱，沟谷、峁梁等地貌随处可见，过沟开采是神府浅埋煤层开采面临的难题之一[1-3]。沟谷段基岩与松散覆盖层的厚度与正常开采存在差异，沟谷底部煤层埋深浅、基岩薄，工作面开采形成的台阶岩梁结构易滑落失稳，采动裂隙易导通上覆含水层，造成涌水溃沙事故[4-6]。同时，沟谷地形也会对工作面矿压产生较大影响，坡角越大，矿压显现越剧烈。本文以神府矿区某煤矿52213工作面过沟地段开采为工程背景，研究影响综采工作面过沟开采的因素以及预防措施。

1 工作面开采条件

某煤矿52103工作面地表绝大部分为黄土和第三系粘土覆盖，起伏变化比较大，开采的5-2煤层埋深约140 m，正常回采条件下，上覆基岩厚度50～90 m，过沟地段基岩厚度30 m左右。52103工作面长度280 m，推进长度3 120 m，倾角1°～3°，采高4.0 m。选用ZY-9000/24/50型二柱掩护式液压支架。

2 工作面过沟开采矿压显现规律分析

52103工作面矿压观测表明，过沟谷阶段，共测得5次周期来压，来压相对较弱。第一次周期来压步距为14.8 m，来压期间液压支架安全阀开启，立柱下沉量较小；第二次周期来压步距为16 m，来压期间立柱未见明显下沉；第三次周期来压步距18.5 m，来压期间工作面有局部漏矸现象，工作面矿压显现特征详见表1。

表1 52103工作面过沟段的来压特征

分析认为，过沟谷期间工作面矿压显现较弱，生产现场表现为工作面以及两顺槽无明显片帮、炸帮现象，采煤机割煤阻力较大，生产期间更换截齿较为频繁。工作面周期来压步距明显增大，来压时支架工作阻力平均为31～42 MPa，较正常开采段来压时压力小，工作面正常周期来压曲面图如图1所示。

分析原因，这是由于浅埋煤层工作面来压期间多为顶板基岩沿全厚切落，上覆风化层及松散层作为载荷存在，因此，来压期间矿压显现较强烈。而在工作面过沟阶段，上覆松散层较薄或缺失，载荷变小，矿压显现较正常开采段变弱。同时，过沟阶段基岩变薄，顶板垮落后更易导通上部含水层及地表水，对于该矿而言，过沟阶段工作面安全防范的重点是防止工作面出现局部冒顶和突水溃沙事故。

图1 52103正常回采周期来压曲面图

3 过沟开采影响因素分析

在浅埋深、薄基岩、开采高度大的条件下，工作面上方的节理裂隙发育较快，导水裂隙带极易发育至上部含水层及地表，工作面开采时面临突水溃沙事故的威胁。

煤矿在开采时形成溃沙灾害必须具备沙源、水源、通道和空间4个条件[7-8]，具体为：有厚度足够的砂层,可简称为“物源条件”；有富水性好的含水层,可简称为“富水条件”；有适当的裂隙通道宽度,可简称为“通道条件”；有容纳砂水混合物的空间，可简称为“空间条件”。下面从水文地质条件和开采条件两方面进行分析。

3.1 水文地质条件

薄基岩浅埋煤层过沟开采时，涌水溃沙的主要水源是含水层水和沟底地表水。若导高发育至含水层，则含水层的水和沟底地表水将成为动力源，携带地表松散沙土进入工作面，造成安全事故的发生。

陕北地区的隔水岩组的上部直接为松散沙层。该条件的过沟开采，由于基岩较薄，基岩破断后形成的台阶岩梁结构，会在地表呈“O-X”破断，在开采边界区域内将形成较大的导水和溃沙通道，极易造成严重的涌水溃沙事故。

3.2 开采条件

合理的推进速度能实现工作面避压和让压，通过提前分析过沟开采的影响区域，过沟阶段可通过提高工作面推进速度达到减轻矿山压力的影响。

煤层开采高度越大，顶板垮落高度就越大，更容易导通上部含水层及地表水，因此，可以通过降低开采高度减轻上部含水层及地表水对工作面的威胁。

合理布置开采时间，尽可能将过沟时间与雨季错开，防止雨水灌入井下造成事故。

4 过沟开采防治措施

通过对上述影响因素的分析， 52103工作面在过沟开采时，针对性地提出防治水措施。

(1)准确掌握区域水文地质及工程地质资料。对52103工作面进行分区，确定突水溃砂威胁区域，并进行水力坡度、安全水头计算，进行事故发生等级划分，对于重点区域提前因地制宜地采取防治措施。

(2)在浅埋薄基岩过沟开采中，对52103工作面的支架载荷数据及时分析。了解支架安全阀开启率；记录顶板淋水、片帮情况及顶板垮落情况；及时对工作面涌水和顶板淋水进行观察，发现有挂红、挂汗、空气变冷、出现雾气、顶板淋水加大、顶板来压、底板鼓起或产生裂隙出现渗水、水色发浑、有臭味等突水预兆时，必须停止作业，立即报告矿调度室，发出警报，撤出所有受水威胁地点的人员。

(3)加强巷道支护。目前神府矿区的大断面巷道多采用锚杆支护方式，在基岩厚度很薄处，为了确保安全生产，采用了密集型的锚网索联合支护方式。

(4)进行疏水降压分析，提前进行疏放水。对含水层水源进行控制，降低含水层的富水性，开采期间，在沟渠设置了排水沟，同时，提前打放水孔，确保水砂分离，防止发生淹井事故[9]。

5 结语

根据52103工作面水文地质条件及开采条件，在工作面过沟开采中，通过采取诸如采前疏放水、地面导流、工作面来压预测预报等措施，成功完成了过沟开采，防止了涌水溃沙事故发生。如果上覆含水层含水丰富、地表水量大，还可采取控制煤层采高和工作面推采速度、过沟时间安排在雨季之外等技术措施，保证工作面安全开采。