山西长治羊头岭北峙峪煤业有限公司9号煤层蹬空开采论证

郝 权

（山西长治羊头岭北峙峪煤业有限公司， 山西 长治 046000）

煤矿下部煤层巷柱式开采后，再对上层煤进行回采，既不符合低瓦斯矿井煤层开采的“由上向下”的顺序规定，也会给上覆煤层开采带来很大的潜在安全隐患。由于山西长治羊头岭北峙峪煤业有限公司下覆15号煤层开采后的顶板冒落高度、裂隙带高度都是未知数，对9号煤层的底板破坏程度的大小直接影响9号煤层的回采安全。因此在开采9号煤之前，首先对原15号煤层的开采情况进行周密调查、钻探、计算、分析、研究和论证，彻底搞清楚15号煤层在历史开采后顶板的冒落带和裂隙带情况和对9号煤层底板的影响程度，为9号煤层的开采提供可靠的技术依据，确保9号煤层回采的安全。

1 工程概况

为回收9号煤层一采区回风巷以北的煤炭资源，准确掌握本回采区域内的水文地质、煤层赋存参数等情况，必须通过多种可行的方式进行论证。经矿委会研究决定：先进行探巷勘探，在探巷施工过程中对其底板进行钻探探测。其施工具体位置、底板情况及下覆煤层叙述如下。

1）本煤层情况：计划在9号煤一采区回风巷以北施工1号、2号探巷，进而开掘切眼，形成一个壁式开采的回采工作面进行回采，而两条此探巷位于一采区回风巷北侧，西侧为主斜井，东侧为村庄保安煤柱，经过调查，这块煤田是实体煤。

2）下层煤情况：1号、2号探巷下部距离15号煤层约30 m，其中间有三层石灰岩，由上至下依次为k4、k3和k2，其普氏系数f=6左右，硬度较大。k4层厚度为3.95 m、k3层厚度为3.35 m、k2层厚度为5.7 m，其余大部分为砂质泥岩，普氏系数f=3，还有1.8 m厚的粉砂岩，普氏系数f=5。

2 探巷施工风险性论证

2.1 下覆15号煤层开采情况调查

9号煤层计划施工的1号、2号探巷的下覆15号煤层已经开采过，据调查是采用巷柱式采煤法开采，该方法一般是先掘进4 m宽的数条巷道，中间留有20 m左右的煤柱，每隔50 m在两巷之间开掘一条联巷，当掘进至设计位置时，从里向外逐渐扩帮退出，直至扩帮至距离巷口20 m停止。从开掘巷道至向两侧扩帮，一般宽度为10～16 m左右，扩帮后，两巷道中间一般留有8～14 m宽度不等的煤柱支撑着顶板。

2.2 利用下覆采动区内垮落带高度论证

采用长壁式采煤采空区垮落带高度进行预测比对。根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》（2017年5月）计算垮落带高度。

因为15号煤层直接顶为k2石灰岩，普氏系数f=6，所以这里采用如下公式计算：

通过以上计算，不难看出计算结果比9号至15号的层间距小，也就是说，即使是长壁式开采，垮落带也不会波及到9号煤层底板。

表1 厚煤层（0°～54°）分层开采的垮落带高度计算公式

2.3 按照自然平衡拱冒落带高度预测对比

普氏理论认为冒落带的形状为抛物线，其冒落高度可以用下式计算：

式中：a为巷道半宽；f为各岩层叠加后的普氏系数，取加权平均值2。

分析巷道冒落高度数据，与9号、15号层间距30 m进行对比，即使巷道有冒落，其高度只有采高的2倍左右，不会波及到9号煤层的底板，据此推断探巷施工是安全的。

2.4 在探巷中底板进行钻探探测验证

为了彻底探清1号、2号探巷之间资源区下覆15号煤层采动后对上覆9号煤层的破坏程度，一方面进行巷道探测，另一方面在探巷的底板布孔进行钻探验证。

2.4.1 探巷验证

在1号、2号探巷施工过程中，采用炮掘，巷道宽度为3.5 m，高度为2.2 m，沿着顶板向前掘进，由于煤层厚度为1.25 m，所以卧底0.95 m。顶板为泥岩或砂质泥岩，底板为细砂质泥岩。支护方式为锚网索支护，锚杆间排距为0.9 m，锚索间距为1.8 m，排距为2.7 m，顶板破碎时加设自制钢筋梯子梁。锚杆直径18 mm，长度2000 mm，左螺旋无纵筋，锚索直径17.8 mm，长度5000 mm。钢筋网直径4 mm，网片长1.7 m，宽度1.1 m。

在掘进过程中未发现顶板和底板受15号煤层采动影响的裂隙，明显的表现是，掘进过程中有9号煤层顶板锚索钻孔在钻进至4 m时开始出水，经过与ZK-1水文钻孔柱状图对比，为砂岩含水层水，在9号煤层顶板3.35 m内为泥岩或砂质泥岩，本层为良好的隔水层，之上是2.45 m厚的细砂岩和粉砂岩，再向上又是1.55 m厚的泥岩，所以工作面顶板的锚索钻孔的水是砂岩含水层水，通过锚索钻孔进入掘进工作面。倘若1号探巷和2号探巷施工的地方受到原15号煤层采动的影响波及到9号煤层使9号煤层顶底板形成裂隙，那么砂岩含水层的水就会沿着裂隙泄入15号煤层采空区，现在掘进的巷道顶板就会没有淋水，或钻孔就不会出水。

所以，经过巷探验证，原15号煤层的采动对9号煤层底板和顶板没有影响。

2.4.2 钻探探测验证

在1号探巷和2号探巷施工过后，紧接着在后面巷道中布置钻孔验证底板的破坏情况和深度。

1）钻孔的布置。巷道每掘进30 m向底板布置一个钻孔，钻孔深度为30 m，钻孔方向在1号探巷中钻孔剖面垂直于2号探巷（俯角30°），钻孔与铅锤方向形成60°的夹角，在2号探巷中钻孔剖面垂直于1号探巷的方向（俯角30°），与铅锤方向形成60°的夹角。

2）钻探工具。采用ZYD1200S型岩石钻机进行钻进。

3）钻探成果。通过对1号、2号探巷底板的钻进，钻进深度30 m钻进角度俯斜向下30°，没有一个钻孔出现漏水现象。说明在9号底板以下15 m的范围内没有裂隙，进而说明原15号煤层采动后，其顶板没有冒落，对9号煤层的采掘没有影响。

2.5 其他因素论证

本探巷的下覆15号煤层原为巷柱式采煤法，巷道采宽一般最宽16 m左右，两巷道中间最小留有8 m宽度不等的煤柱支撑着顶板。

15号煤层底板为4～5 m的灰黑色铝质泥岩，硬度较小，遇水膨胀。

根据1511、15101和15102回采工作面的回采经验：这几个工作面在回采过程中其运输顺槽和回风顺槽在超前压力下呈现底鼓现象，帮部也在逐渐收敛，特别是在1511工作面回采时，其中间有一条与工作面垂直的旧巷道，随着回采工作面的向前推进，矿压逐渐显现，旧巷受压严重，底鼓、帮部收敛十分明显，巷道底鼓收敛使得底板和顶板接触在了一起，方言叫“亲嘴”，可是顶板没有冒落，只是底板鼓起，帮部收敛形成的。

15号煤层顶板为石灰岩，硬度大，底板为泥岩，遇水膨胀，在这样的条件下，探巷下覆的15号煤采动区也会出现“亲嘴”现象，这样就会阻止顶板的下沉和冒落，对巷道顶板的冒落起保护作用，进而9号煤层的底板也不会出现下沉和裂隙。

2.6 水文地质方面论证可行性

9号煤层上覆k5石灰岩是一层强含水层，下覆k4石灰岩也是强含水层。

在ZK4孔9号煤充水含水地层C3t上部k5灰岩与砂岩含水层混合抽水，静止水位埋深57.45 m，单位涌水量为3.138～4.494 L/（s·m），渗透系数平均19.6374 m/d，属强富水性。在探巷施工中为上山掘进勘探，水会自行流出工作面进入水仓，探巷施工较为安全。

15号煤充水含水地层k2、k3、k4灰岩及砂岩含水地层混合抽水试验，静止水位埋深125.63 m，单位涌水量为4.786～7.152 L/（s·m），渗透系数平均为25.1673 m/d，属强—极强富水性。其中k4石灰岩为9号煤层的底板，虽然9号煤层底板的k4石灰岩是强富水性，但是在施工9号煤层采区水仓的过程中曾经揭露了k4石灰岩的溶洞，现场发现溶洞中没有水，再则现在施工的探巷底板标高高于9号煤层采区水仓底部的标高。据此判断探巷的底板k4石灰岩中没有水。因此探巷施工是安全的。

3 结语

通过以上分析论证，在15号煤上部1号、2号探巷附近进行采掘活动不会受到蹬空、水患、采空区、钻孔、废弃井筒等的影响，采掘施工是安全的，进而形成的9104壁式回采工作面进行回采是安全的。

目前该回采工作面已经回采了180 m，周期来压已经过去9次，在回采过程中顶、底板和帮部没有发现任何裂缝和压力凸显现象，回采工作面支架和顶板没有任何异常现象。