潘西煤礦主采煤層為19層煤,該煤層在開采中長期受底板高承壓水威脅,曾多次發(fā)生工作面底板突水事故,潘西煤礦在4196面奧灰富水性強、水壓大的后四采區(qū)通過采用ZY2800/14/32型綜采支架和采取多種疏排水措施克服奧灰水突水的嚴重威脅,實現(xiàn)了4196面的安全開采。
1 工作面概況
4196西面為-740m水平后四采區(qū)第六亞階段,其上部為4195西面采空區(qū),其下部為未采區(qū)。工作面走向長度839m,傾斜長度142m,煤層傾角25',煤厚2.55m。直接頂為灰色粉砂巖,鈣泥質膠結,層理節(jié)理發(fā)育,性脆易碎易冒落;直接底板為砂質粘土巖,灰色到褐色,遇水膨脹,厚3.6m。
上順槽為軌道順槽,下順槽為運輸順槽,皆沿19層煤布置,運輸順槽下部設有工作面疏水巷,專為工作面排水用,疏水巷沿19層煤布置,梯形斷面,運輸順槽與疏水巷有8條聯(lián)絡巷連接,作疏水備用,本工作面采用走向長壁后退式采煤法,全部垮落法管理頂板,綜合機械化采煤。MG150/375-W型采煤機落煤、裝煤,SGD630/264W型刮板輸送機運煤,ZY2800/14/32掩護式支架支護頂板。采高2.55m,循環(huán)進度為0.6m。
2 工作面水文地質情況
2.1工作面突水情況分析
工作面主要的充水含水層為底板的五、六灰和奧灰,距19層煤間距分別為18.7、33、60m,五、六灰為直接充水水源、間接充水水源為奧灰,因采區(qū)位于礦井深部,五、六灰及奧灰賦水性變得十分不均勻,五、六灰主要以構造裂隙賦水,奧灰主要以古巖溶裂隙賦水,在破壞較強的構造帶附近,存在上下相互連通的垂直裂隙通道,使奧灰各主要含水巖段相互連通,通過這些裂隙,奧灰水又補給了五、六灰。
目前,后四采區(qū)已回采了8個工作面,除4194東面外,其它工作面均發(fā)生了突水,突水量在180一900m3/h,突水初期水量一般較大,水位下降明顯,最大水量持續(xù)時間短,從整個礦井突水水量及水位變化情況分析,井田內奧灰水應屬半封閉型的有限補給邊界條件,動水補給量小,因此進入后四采區(qū)的動水補給也不充分,但因為匯水面積大,奧灰水靜儲量大,造成最大突水量遠大于正常涌水量,4196西主巷觀測孔奧灰水壓為5.2MPa,大于臨界突水水壓4.2MPa,因此該面具有突水危險。根據(jù)物探資料分析,該面存在3個富水異常區(qū),易發(fā)生奧灰突水,這對礦井正常生產影響很大。
2.2涌水量預計
4196工作面和4195工作面是鄰近工作面,水文地質條件在正常情況下具有相似性,按如下經驗類比公式計算:
3 工作面頂?shù)装鍓毫Ψ植寂c突水的關系(圖I)
通過圖1可以看出,工作面推進過程中超前壓力集中在煤壁附近,工作面切頂排附近又呈現(xiàn)卸壓區(qū),底板在超前集中壓力的作用下受到破壞,卸壓區(qū)在水壓的作用下底板鼓起,高壓底板水在水力通道暢通的情況下,發(fā)生工作面突水,這也是工作面突水常常發(fā)生在切頂排附近的原因。
4196面于2004年11月23日工作面突水,突水前1h在突水點上下的支架阻力增阻較快(見圖2),較正常偏大10.5%,說明工作面推進速度較快時,突水具有突發(fā)性,表現(xiàn)在支架阻力上,突水征兆不明顯。但支架增阻較快時,預示工作面有周期來壓或其它(如:突水)狀況。工作面突水后,工作面推進3刀后,支架壓力降到正常壓力值(30MPa以下)。
4 采取的主要措施及效果
(1)加大探放水力度。根據(jù)物探資料圈定的低阻異常區(qū),在4196面西主巷施工了5個鉆機窩,鉆孔放水量240m3/h,水壓已由初始的6.2MPa下降到5.2MPa。
(2)嚴格控制工作面采高,嚴禁割煤時破壞底板。
(3)加強工作面支護質量管理。確保支架初撐力達到24MPa,確保底板受力均勻,減小支架壓力對底板的破壞。
(4)工作面實行偽傾斜開采,工作面下部超前上部10m,使工作面涌水順利進人采空區(qū)。
(5)工作面突水后,在工作面敷設直徑250mm的疏水管,并設置擋水墻,把水引向放水巷,以減輕水流對工作面底板的沖刷。
(6)地質人員加強4196面主巷鉆孔水的觀測,出水量如果突然增大及時匯報調度室,并找出原因。
(7)礦壓科人員分三班上崗,巡查工作面支架阻力變化情況,當工作面周期來壓前或支架阻力突然增大時及時通知工區(qū)采取防范措施。
(8)派專人隨時清挖4196面主巷、后四沉淀池、后四石門水溝,防止煤炭沖人水倉,減小水倉容量。
5 結束語
該綜采面從2004年10月15日初采到2005年5月7日結束,共發(fā)生底板突水2次,由于各項措施的及時到位,沒有造成工作面停采和搬家,最高月產達到了11萬t,平均單產達到了8萬t以上,實現(xiàn)了“高產高效”,而且多回收煤炭8萬余t,節(jié)約搬家費用100萬元,合計經濟效益1200余萬元。
作者簡介:劉城男,工程師,潘西煤礦技術科工作。