蒋家河矿井首采工作面地质特征分析及意义

2013-09-04张西寨

中国煤炭工业 2013年12期

文/张西寨

蒋家河矿井首采工作面地质特征分析及意义

文/张西寨

蒋家河井田位于彬长矿区南缘，北邻大佛寺煤矿，西、东、南以煤层零线为界，构造上位于彬县背斜以南，太峪背斜以北。可采煤层为侏罗系延安组4#煤层，平均厚度5.29m，属厚煤层，含煤性好，分布稳定，结构简单，主要分布于赵坡向斜轴部及两翼。井田范围内未见断距较大断层发育，煤体及围岩完整性好，裂隙发育差，地下水流动滞缓。蒋家河矿井首采工作面掘进和回采过程中揭露的煤层赋存、瓦斯涌出、矿压显现、地下水的分布等特征，积累了矿井实际生产的第一手资料，并对不同的实际问题提出了解决措施，保证了矿井首采工作面的安全生产，并对彬长矿区相邻矿井提供参考依据，对指导安全生产具有一定的借鉴意义。

一、矿井区域地质特征

蒋家河井田范围主要被第四系黄土及第三系红土所覆盖，仅在蒋家河、范家河沟谷内出露有白垩系下统洛河组，依据钻孔揭露地层由老至新依次有：三叠系、侏罗系、白垩系、第三系及第四系。

矿区发育背斜从南到北有彬县背斜，路家—小灵台背斜及矿区北部的七里铺—西坡背斜。区内褶皱构造两翼多不对称，南缓北陡，南翼1°～3°，北翼4°～8°，对矿区煤层分布起着一定的控制作用，轴部常缺失含煤地层及煤层。地表未发现断层。在矿区东南部的水帘矿、火石嘴矿、下沟矿生产的矿井中见少量断距在1.2～6m的小断层。

二、工作面巷道剖面图

首采工作面两顺槽沿4#煤层底板掘进，根据煤层的产状变化调整巷道掘进的坡角，实际测量了巷道剖面图（图1），同时对矿压、瓦斯、水文地质特征进行了监测记录。

图1首采顺槽巷道实测示意图

三、首采工作面地质特征

1．掘进揭露的构造特征

剖面揭露的构造特征主要表现为一宽缓向斜褶皱构造，向斜的轴部距1402回风巷口约1210米左右，距1402运输巷1113.5米左右（以一采区回风巷口为起点），其中工作面切眼长度140米，走向56°，公式（1）得出巷道转折点连线与顺槽巷道的夹角为55°25′，可以得到该工作面通过的走向为0°35′。

向斜转折端高程差为3.77m，褶皱轴的倾伏角为北倾1°16′18.24″，说明赵坡向斜在此部位为枢纽近SN向的北倾褶皱。

2．煤层赋存特征

煤层厚度和展布特征为巷道中段厚，两端薄，且较厚部位恰好在向斜的轴部，最厚煤层为9.9米，最薄为1.7m米，该区为差异沉降区，成煤有机质沉积之前该褶皱已经形成，说明该区区域褶皱形成时代早于侏罗纪下统延安组，为燕山运动的产物，此后又经历了喜山运动的改造。

3．瓦斯涌出特征

首采工作面处于赵坡向斜的核心部位，横穿向斜瓦斯富集区，2010年7月份试生产，采用走向长壁综合机械化放顶煤采煤法，采煤高度3.0m，放煤平均高度4.0m，采放比1∶1.3，采用全部垮落法管理顶板。工作面设计风量1700m3/ min，实际供风量为1900m3/min，初采的100m范围内采煤层厚度约1.5～3.0m，割岩厚度0.1～1.5m，瓦斯涌出量为11.4m3/min，瓦斯主要来自煤层煤壁、顶板岩壁和落煤，采至120m，顶煤逐渐变厚，开始放顶煤开采，顶板自然垮落，邻近层瓦斯大量涌入到采空区，并涌出到工作面，特别是在工作面中部，瓦斯涌出量高达28.5m3/min左右，上隅角瓦斯浓度经常超限，严重威胁着矿井的安全生产，受瓦斯影响首采工作面一直无法正常生产，只能停止生产20～30min左右，待瓦斯浓度恢复正常后才能继续生产。

4．地下水涌出特征

首采工作面两顺槽及切眼巷道在掘进期间，顶板均有淋水现象，淋水量约为4～5m3/h。工作面回采时，分别推进至216m、229m、252m、360m、465m、506m、859m处，工作面支架的顶部及后部出现较大淋水，淋水量约10～60m3/h不等。这导致铝土质泥岩膨胀软化，底板强度大大降低，支护强度弱化严重，巷道底板和帮部均出现较大的变形。

5．矿压显现特征

在首采工作面掘进、安装准备和回采期间，运输、回风顺槽和工作面切眼中部大部分区段，均出现了较大的变形，特别是巷道顶板淋水较大、护底煤较薄、底板岩层铝土质含量较高的区段变形尤为严重，回采工作面出现了支架压架，两巷端头超前支护段单体支柱插底，巷中底鼓帮鼓等现象。根据不同区段变形程度和变形特点进行了起底、扩帮、补强支护和加强排水等有效治理措施，保证了首采工作面安全回采。