燕家河煤矿近距离煤层群上行开采可行性分析

张建超

摘要：根据燕家河煤矿的开采实际状况和采矿地质条件，为解决5-1煤层51105工作面安全回采可行性问题，以及为5-1煤层的上行开采提供理论支持，应用上行开采比值判别法、围岩平衡法、“三带”判别法、数理统计分析法和国外研究成果进行理论分析，得出8煤冒落带高度和安全开采层间距值，以及从煤层的顶板岩性、采高、开采时间、瓦斯等方面对其进行论述，得出51105工作面上行开采是可行的。

关键词：近距离；综合放顶煤；上行开采；冒落带

中图分类号：TB

文献标识码：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2016.30.100

1矿井采矿地质条件

燕家河煤矿主要可采煤层共有3层，由上往下为5-1、5-2和8煤层。5-1煤为区内次要可采煤层，厚度0.25～3.00m，平均1.38m，为中厚煤层。顶板为泥岩、砂质泥岩及砂岩，底板为泥岩、砂质泥岩、砂岩。5-1煤层与5-2煤层间距为0.55～7.63m，平均3.03m，岩层为泥岩和炭质泥岩；5-1煤层与8煤层间距为29.7m～62.8m，平均44.1m，岩层多为泥岩、（细、粉）砂岩。5-2煤为区内次要可采煤层，煤层底板标高+520～+870m，厚度0.15～2.75m。平均1.07m。为中厚煤层。结构较简单，夹矸1～2层，夹矸与顶底板岩性多为泥岩、砂质泥岩与砂岩，少见炭质泥岩伪顶与伪底。8煤层为井田内主要可采煤层，位于延安组下含煤段下部。厚度0.37～7.64m，平均4.78m，为厚煤层。结构简单～复杂，夹矸一般为1～2层，最大可达8层，夹矸岩性为炭质泥岩、泥岩，局部为粉～细粒砂岩。

5-1煤层与5-2煤层的间距较小（平均3.03m），5-2煤层与8煤层的间距较大（平均30.62m），煤层倾角较小（3～15°），5-1煤层与5-2煤层联合开采，8煤层单独开采。

矿井属瓦斯矿井，煤层自燃发火倾向性为Ⅰ类容易自燃煤层，煤尘爆炸危险性。矿井水文地质类型划分为简单类型。

矿井目前开采8煤二采区资源和5煤一采区资源。矿井采用综采放顶煤回采工艺已回采了8煤12个面，采用综采回采工艺回采了5-1煤3个面。

51105工作面是矿井5-1煤拟定开采的第四个工作面。51105工作面位于5-1煤一采区中部东翼，51104工作面采空区的北部，下部为8煤8105工作面采空区。51105工作面煤层厚度最大为2.35m，平均为2m，工作面长度为125m，工作面推进长度约为1273m，综采工艺开采。地表为沟壑区，地表无村庄、河流、道路。

51105工作面正下方为8煤8105综采放顶煤工作面采空区，回采时间2011年7月至2012年3月，8105工作面长175m，推进长度929m，采高4.44m。根据51105工作面附近67号钻孔、Y5钻孔、X2钻孔、X7钻孔，5-1煤与8煤最小间距为34m；根据51105工作面煤层底板等高线，5-1煤与8煤最小间距为33.3m。

2安全开采层间距的确定

研究上行开采安全开采层间距的方法较多，本文主要采用比值判别法、围岩平衡法、“三带”判别法、数理统计分析法、波兰上行开采判别法和前苏联上行开采判别法进行分析。

2.1上行开采比值判别法

K=HM2

式中：K—上下煤层层间距与下煤层采厚的比值；

H—上下煤层层间距，m；

M2—8煤的采厚，m。

经计算：K=8.1。

我国煤矿上行开采的实践及研究证明：当上、下煤层之间为坚硬岩层时，K=8；中硬岩层时，K=7.5；软弱岩层时，K=7。先采下部一个煤层，一般可以不影响在上煤层内正常准备和采煤。

8煤顶板为灰黑色泥岩、砂质泥岩夹粉～细粒砂岩、中～细粒粉砂岩，属软弱～中等坚硬顶板。由计算结果=8.1可知，51105工作面可以开采。

2.2上行开采围岩平衡法

H=MK1-1+hP

式中：H—围岩平衡高度，m；

M—8煤采高，m；

K1—距煤壁L（周期来压步距）处的岩石碎胀系数，取值1.2；

hP—平衡岩层本身的厚度，m。取5.1m。

经计算：H=27.3m。

当上煤层位于距下煤层最近的平衡岩层之上时，可上行开采。根据计算，5-1煤位于距8煤最近的平衡岩层之上，可以上行开采。

2.3上行开采“三带”判别法

H=100M4.7M+19±2.2

式中：H—8煤冒落带高度，m；

M—8煤采高，m；

经计算：H=8.9～13.3m。

2.4上行开采数理统计分析法

H1.14M2+4.14+MS

式中H—上行开采的必要层间距，m；

M—8煤采高，m；

MS—5-1煤厚度，m。

经计算：H=28.6m。

另根据波兰上行开采判别法和前苏联上行开采判别法计算结果，上行开采所需上、下煤层的层间距分别为27.8m和22.3m。

根据“三带”判别法、数理统计分析法、波兰上行开采判别法和前苏联上行开采判别法分别计算的上行开采必要的层间距均小于5-1煤与8煤最小间距33.3m，可以上行开采。

3其他条件下安全开采因素分析

3.1岩性及层间结构

当顶板岩石硬度较高时，冒落带和裂隙帶的发育较高。在垮落过程中，顶板下沉量较小，采空区空间高，垮落过程较充分，岩层主要以断块充填采空区。当顶板岩石强度较低时，在垮落过程中，覆岩下沉量较大，采空区高度不断缩小，垮落过程发展不充分，主要以岩层弯曲充填采空区。因此，冒落带及裂隙带发育较低。

8煤直接顶板多为灰黑色泥岩、砂质泥岩夹粉～细粒砂岩，为易冒落的软弱不稳定顶板。间接顶板为中～细粒粉砂岩，属软弱～中等坚硬的较稳定顶板。顶板岩石强度较低，冒落带及裂隙带发育较低。

3.2煤层倾角

煤层倾角主要影响采场上覆岩层破坏的空间形态。缓倾斜煤层，采场顶板岩层垮落后就地堆积。在采空区边界，由于煤柱支撑，剪切应力大，因此，冒落带及裂隙带发育较中部高。

8煤平均倾角6°，属于缓倾斜煤层，在采空区边界，冒落带及裂隙带发育较中部高。根据采动影响的空间关系研究，51105工作面巷道布置避开了采空区边界的影响范围，使工作面回采在冒落带及裂隙带发育较小的区域内进行。

3.3采高

一般采高越大，上煤层的下沉越大，各种变形值也增大。根据开采单一煤层及厚煤层第一分层时，冒落带及裂隙带高度与采高基本上成正比关系，许多矿在采高大于10m的情况下，成功进行上行开采。其中8105工作面采高为4.44m，因此，8105工作面采高正是在一个合理的采高范围内。

3.4时间

煤层采出之后，覆岩垮落、移动至移动稳定，有一个时间发展过程。据实测资料，当覆岩为坚硬岩层时，裂隙带发展到最高后，达到稳定，一般历时2～4个月；顶板为中硬岩层时裂隙带发育到最高后，达到稳定，—般历时为1～3个月；当顶板为软岩层时，裂隙带发展到最高而后稳定的时间一般为l～2个月。

8105工作面回采时间2011年7月至2012年3月，距今已70个月。

3.5瓦斯

燕家河煤矿为瓦斯矿井。据地质报告资料，矿井开采的8煤层及5煤层均属瓦斯风化带的范畴。据矿井多年的开采，采煤工作面的瓦斯涌出量不大。5-1煤层采用上行开采时，8煤层采空区的瓦斯通过裂隙涌入5-1煤层工作面及巷道系统，增加5-1煤层工作面瓦斯的涌出量。由于8煤层的瓦斯含量不大，开采时有部分瓦斯已释放，因此，5-1煤层开采时即使8煤层采空区瓦斯释放，采用通风和瓦斯综合治理措施，可保障采煤工作面安全生产。对于采空区瓦斯治理，可采用抽采的方法进行处理，这种技术在国内高瓦斯矿井为普遍采用的主要技术措施之一。

3.6煤层自燃

矿井开采的8煤层、5-2煤层及5-1煤层，其自燃倾向性等级均为Ⅰ级，属容易自燃煤层，对于近距离易自燃煤层群开采防灭火技术在我国已取得了成功的经验，该矿也积累了有效的防灭火经验。5-1煤层开采时，可对51105采煤工作面下部的邻近的已采采空区的密闭进行加固、封堵，减少8煤层采空区漏风。对51105采煤工作面巷道较明显的裂隙（可形成漏风）带井下注浆堵漏，对51105采煤工作面采空区进行黄泥灌浆、注氮等综合措施进行防火。可有效防止上行开采过程中煤层火灾的发生。

4结论

综合研究分析，51105工作面在近距离综放开采条件下满足上行开采条件，采取相应的安全措施后，实施上行开采是安全可行的。

参考文献

[1]陈勇，王红胜，郭念波等.厚煤层上行开采放顶煤技术研究与应用[J].煤炭科学技术，2009，（6）：913.

[2]贺兴元，续文锋.近距离煤层上行开采技术研究与应用[J].煤礦开采，2006，（4）.

[3]高春生等.大明一矿上行开采法的研究与应用[J].煤炭技术，2003，（5）.