厚硬覆岩动力灾害影响下综采工作面安全回采实践

【摘 要】海孜煤矿Ⅲ101采区上覆两层火成岩和多层坚硬厚砂岩，随着开采面积和强度的增加，顶板活动剧烈，频繁引发动力事件，严重影响矿井安全生产。针对受顶板坚硬厚岩动力灾害影响的综采工作面，在回采期间通过采取一系列防治举措，有效减弱动力冲击强度，消除次生灾害，保证回采安全，并为类似条件下的工作面安全回采提供借鉴。

【关键词】厚硬覆岩 动力灾害 安全回采 防治举措

1 引言

海孜煤矿属煤与瓦斯突出矿井，目前矿井已开采至三水平（-700m--1000m），主采煤层10煤为突出煤层。正在开采的Ⅲ101采区位于矿井东翼，以浅与Ⅱ101采区采空区相邻，该区域顶板覆有两层火成岩和多层坚硬厚砂岩，随着开采面积的增加，对开采造成一定威胁。

首采面Ⅲ1012综采工作面面长平均173m，煤层倾角平均23°，工作面标高-662.89～-732.32m，煤厚平均3.05m。该工作面于2014年8月31日开始回采，回采期间发生大能量动力事件13次。其中105J 7次，106J 5次，107J 1次。最大一次发生在2015年1月1日，能量为4.52×107J，位于Ⅱ1019工作面采空区，井下震感较为强烈，地面有震感。

为确保安全回采，经反复研究论证，决定在Ⅲ1012综采工作面回采期间采取一系列防治动力灾害举措，有效保障了回采安全，为其它工作面开采提供借鉴依据。

2 采区及工作面覆岩结构概况

Ⅲ101采区火成岩主要以岩床形式侵入，以7煤上最多，侵入层位具有一定的规律性，平面上呈片状出现，在采区东翼，侵蚀边界呈NE向展布，且合并分叉现象较为频繁。本采区内岩浆岩距10煤层顶板110～156m，厚度为0-40m。采区东翼存在火成岩对10煤层的侵蚀现象。

Ⅲ1012工作面上覆火成岩覆盖范围自切眼向外511m，距10煤层顶板120～142m，厚0～26m。根据钻孔，该区域火成岩共有两层，层间距为48～52m，自10煤向上第一层厚0～11m，第二层厚0～26m，第一层沿7煤层顶板侵入，第二层沿5煤层侵入，两层侵入均存在不连续性，其中在17线附近两层火成岩较完整，在3线附近火成岩不连续，在DF12断层附近存在断裂、尖灭现象。

采区范围内10煤层顶板150m范围内存在坚硬岩层，根据钻孔资料显示，坚硬岩层主要以砂岩、粉砂岩为主，尤其在一区段以深区域，随着深度增加坚硬岩增多、增厚趋势较明显，06-1、06-23-4孔揭露的砂岩、粉砂岩占基岩总厚度的81.7%～83.7%。分布范围主要集中在采区中下部。

3 实施方案和举措

3.1 区域保障措施

（1）微震监测指标。煤（岩）动力灾害危险等级分微震监测预警指标为强、中等、弱、无四个等级，分别对应A、B、C、D。分级的具体参考指标见表1。

火成岩防治办公室每天对监测到的震动事件及安全生产信息中心或区队反馈的震动信息进行分析、总结并上报，以便及时采取进一步措施。

（2）钻屑量预测临界值标定。在距采掘工作面300m以外施工一组5个标定钻孔，孔间距2m，孔深10m，孔径φ42mm，每米取钻屑量称重，分别以1-5m钻屑量（Kg/m）平均值的1.5倍和6-10m钻屑量（Kg/m）平均值的2倍，作为预测临界值。

（3）地面沉降观测。建立地面沉降观测站，动态监测岩层弯曲下沉或破断情况。观测原则上一个月不少于两次，确保观测质量。数据收集上来以后及时分析，重点研究沉降变化和沉降速度，若沉降速度变化较大，要结合微震数据进行分析，确定是否岩层活动加剧。沉降速度变化较大时，加大观测密度，一周不低于一次，直至沉降速度恢复正常。

（4）瓦斯抽采、预警指标检测。地面抽采孔的瓦斯抽采参数（负压、浓度、流量）一旦发现剧变化时，及时向矿安全生产信息中心汇报。 工作面内预测煤与瓦斯突出危险性，预测指标达到临界值时，必须采取钻孔卸压措施。

（5）压风自救。压风自救必须安设在距采掘工作面25～40m的巷道内、放炮地点、撤离人员与警戒人员所在的位置以及回风道内有人作业处，每处设置5～8个，保证平均每人的压缩空气供给量不少于0.1m3/min。

（6）电气管理。井下电气设备、电缆及小型电器的防爆性能必须符合《煤矿安全规程》和集团公司的有关规定，杜绝失爆现象。

3.2 回采工作面具体安全保障措施

（1）加强工作面矿压观测。采用在线监测支架初撑力和工作阻力，工作面每隔10架安装一块分站，该分站每隔15分钟记录并上传一次支架的初撑力和工作阻力，准确掌握工作面顶板来压情况。

（2）应力在线监测。实现工作面开采过程中相对应力变化的动态监测；监测系统传感器，布置在冲击危险区域范围内，监测测点初始应力值、测点实时监测应力值，测点应力变化曲线。

（3）两巷变形观测。在工作面两巷每隔50m建立一个变形观测站，采用“十字”观测法，对巷道变形情况进行定期观测。

（4）工作面两巷超前管理。两巷超前管理范围严格按作业规程要求执行，提高上下端头和切顶线的支护强度，巷道断面不小于设计断面的70%，单体支柱初撑力不小于70KN。

（5）工作面风巷超前顺层卸压钻孔。工作面风巷施工大孔径顺层卸压钻孔，开孔间距2m，孔深不小于60m，钻孔直径Φ133mm。钻孔施工过程中孔内瓦斯无异常，终孔后钻孔不封堵，自然释放孔内瓦斯；若孔内瓦斯异常，则临时用Φ50mm的PE封孔管进行封孔，并及时合茬抽采瓦斯。

（6）工作面内顺层超前卸压钻孔。工作面生产班割煤前，在工作面风巷顺层大直径卸压钻孔未控制区域至机头向上20m范围内施工超前卸压钻孔，要求与风巷顺层大直径卸压孔压茬不小于10m。孔深不小于 25m，孔间距 5m，孔径不小于75mm。每循环卸压孔超前距不小于20m，即允许回采不超过5m。

（7）工作面注水。工作面内实施浅孔动压注水，孔深10m，孔间距5m，孔径Φ42、60mm，工作水压不小于6Mpa。

工作面前方两巷利用预抽钻孔实施深孔静压注水，注水范围为煤壁前方40m。

（8）工作面控制推进度。当工作面发生大能量微震事件或工作面回采期间震动发生较频繁，则控制推进度，根据降低推进度后，震动事件发生的能量及频次情况再相应调整具体推进度。

（9）加强工作面特殊时段、地段管理。特别是工作面过断层、煤层异常区域、周期来压和“见方”前后50m范围，及时分析微震能量、频次、预测指标（△h2、Smax）、瓦斯浓度、支架工作阻力等参数，合理提出预警级别，指导工作面安全开采。

（10）工作面上、下隅角沿走向每 10m 施工一个隔离带，采用碎矸充填，厚度不小于2m。

（11）割煤期间，工作面下风侧及回风系统停电、撤人、设置警戒。

（12）工作面出口向外150m范围内，禁止存放刚性材料，临时物料存放在巷道底板底角处，并码放整齐生根固定。

（13）控制工作面总人数，生产班限制总人数不超过26人。

4 效果

事实表明，采取一系列举措后，特别是限制工作面推进度后，矿震无论从频率还是从能量来看，都有所减弱，未发生大于105J以上能量的动力事件，有效保障了回采安全，为下一步其它类似条件块段的安全开采提供了宝贵的经验，起到了很好的借鉴意义。

参考文献：

[1]钱鸣高，石平五，许加林.矿山压力与岩层控制.中国矿业大学出版社，2010（2）.

[2]徐永圻.煤矿开采学.中国矿业大学出版社，1998.

作者简介：朱性周（1979—），男，汉族，中共党员，采矿工程师，国家注册安全工程师，2002年毕业于华北科技学院采矿工程专业，现在淮北矿业股份有限公司海孜煤矿从事生产技术管理工作。