深部承压水体上煤层综合机械化开采技术实践

新汶矿业集团潘西煤矿 刘城 刘学征

摘要：潘西煤矿在4196面奥灰富水性强、水压大的后四采区通过采用ZY2800/14/32型综采支架和采取多种疏排水措施克服奥灰水突水的严重威胁，实现了4196面的安全开采。
关键词：综采工作面 承压水 突水 探放水 疏排水
    潘西煤矿主采煤层为19层煤，该煤层在开采中长期受底板高承压水威胁，曾多次发生工作面底板突水事故，潘西煤矿在4196面奥灰富水性强、水压大的后四采区通过采用ZY2800/14/32型综采支架和采取多种疏排水措施克服奥灰水突水的严重威胁，实现了4196面的安全开采。
1 工作面概况
    4196西面为-740m水平后四采区第六亚阶段，其上部为4195西面采空区，其下部为未采区。工作面走向长度839m，倾斜长度142m，煤层倾角25'，煤厚2.55m。直接顶为灰色粉砂岩，钙泥质胶结，层理节理发育，性脆易碎易冒落；直接底板为砂质粘土岩，灰色到褐色，遇水膨胀，厚3.6m。
    上顺槽为轨道顺槽，下顺槽为运输顺槽，皆沿19层煤布置，运输顺槽下部设有工作面疏水巷，专为工作面排水用，疏水巷沿19层煤布置，梯形断面，运输顺槽与疏水巷有8条联络巷连接，作疏水备用，本工作面采用走向长壁后退式采煤法，全部垮落法管理顶板，综合机械化采煤。MG150/375－W型采煤机落煤、装煤，SGD630/264W型刮板输送机运煤，ZY2800/14/32掩护式支架支护顶板。采高2.55m,循环进度为0.6m。
2 工作面水文地质情况
2.1工作面突水情况分析
    工作面主要的充水含水层为底板的五、六灰和奥灰，距19层煤间距分别为18.7、33、60m，五、六灰为直接充水水源、间接充水水源为奥灰，因采区位于矿井深部，五、六灰及奥灰赋水性变得十分不均匀，五、六灰主要以构造裂隙赋水，奥灰主要以古岩溶裂隙赋水，在破坏较强的构造带附近，存在上下相互连通的垂直裂隙通道，使奥灰各主要含水岩段相互连通，通过这些裂隙，奥灰水又补给了五、六灰。
    目前，后四采区已回采了8个工作面，除4194东面外，其它工作面均发生了突水，突水量在180一900m³/h，突水初期水量一般较大，水位下降明显，最大水量持续时间短，从整个矿井突水水量及水位变化情况分析，井田内奥灰水应属半封闭型的有限补给边界条件，动水补给量小，因此进入后四采区的动水补给也不充分，但因为汇水面积大，奥灰水静储量大，造成最大突水量远大于正常涌水量，4196西主巷观测孔奥灰水压为5.2MPa，大于临界突水水压4.2MPa，因此该面具有突水危险。根据物探资料分析，该面存在3个富水异常区，易发生奥灰突水，这对矿井正常生产影响很大。
2.2涌水量预计
    4196工作面和4195工作面是邻近工作面，水文地质条件在正常情况下具有相似性，按如下经验类比公式计算：           

3 工作面顶底板压力分布与突水的关系（图I)    
    通过图1可以看出，工作面推进过程中超前压力集中在煤壁附近，工作面切顶排附近又呈现卸压区，底板在超前集中压力的作用下受到破坏，卸压区在水压的作用下底板鼓起，高压底板水在水力通道畅通的情况下，发生工作面突水，这也是工作面突水常常发生在切顶排附近的原因。
    4196面于2004年11月23日工作面突水，突水前1h在突水点上下的支架阻力增阻较快（见图2），较正常偏大10.5%，说明工作面推进速度较快时，突水具有突发性，表现在支架阻力上，突水征兆不明显。但支架增阻较快时，预示工作面有周期来压或其它（如：突水）状况。工作面突水后，工作面推进3刀后，支架压力降到正常压力值（30MPa以下）。

4 采取的主要措施及效果
    （1）加大探放水力度。根据物探资料圈定的低阻异常区，在4196面西主巷施工了5个钻机窝，钻孔放水量240m³/h，水压已由初始的6.2MPa下降到5.2MPa。
    （2）严格控制工作面采高，严禁割煤时破坏底板。
    （3）加强工作面支护质量管理。确保支架初撑力达到24MPa，确保底板受力均匀，减小支架压力对底板的破坏。
    （4）工作面实行伪倾斜开采，工作面下部超前上部10m,使工作面涌水顺利进人采空区。
    （5）工作面突水后，在工作面敷设直径250mm的疏水管，并设置挡水墙，把水引向放水巷，以减轻水流对工作面底板的冲刷。
    （6）地质人员加强4196面主巷钻孔水的观测，出水量如果突然增大及时汇报调度室，并找出原因。
    （7）矿压科人员分三班上岗，巡查工作面支架阻力变化情况，当工作面周期来压前或支架阻力突然增大时及时通知工区采取防范措施。
    （8）派专人随时清挖4196面主巷、后四沉淀池、后四石门水沟，防止煤炭冲人水仓，减小水仓容量。
5 结束语
    该综采面从2004年10月15日初采到2005年5月7日结束，共发生底板突水2次，由于各项措施的及时到位，没有造成工作面停采和搬家，最高月产达到了11万t，平均单产达到了8万t以上，实现了“高产高效”，而且多回收煤炭8万余t，节约搬家费用100万元，合计经济效益1200余万元。
作者简介：刘城男，工程师，潘西煤矿技术科工作。