復(fù)采上覆殘煤技術(shù)在曉南煤礦應(yīng)用與研究

靳 瑞 李 鑫 趙書遠(yuǎn)

(遼寧省鐵煤集團(tuán)曉南礦 遼寧 鐵嶺 112700)

1 殘煤復(fù)采可行性分析

1.1 復(fù)采工作面概況

鐵煤集團(tuán)曉南礦位于鐵法煤田的東南角。2004年核定能力為214萬t/a，目前礦井實際可生產(chǎn)210萬t/a。礦井劃分兩個水平，上水平目前只剩西二和西三兩個采區(qū)生產(chǎn)，二水平正在開拓之中，劃分兩個采區(qū)，即南翼采區(qū)和北翼采區(qū)。開采程序為下行開采，采區(qū)推進(jìn)方式為前進(jìn)式，工作面為后退式回采。采煤方法采用緩傾斜走向長壁和緩傾斜傾斜長壁兩種方法，頂板管理為自然冒落，綜采機械化采煤。

W3-422工作面位于西三采區(qū)二期中部，東為0.80m可采邊界；南為東一采區(qū)；西以F23-1斷層為界與西三一期相鄰；北為階段保護(hù)煤柱。上部為2#煤，不可采，與2#煤層間距32～38m之間。傾角4°-8°。工作面所開采的煤層為上含煤段的4-2#煤，煤層厚度1.3m-1.75m，平均厚度1.50m，煤層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，含夾石2-3層，巖性為泥巖或砂質(zhì)泥巖，平均0.30m，煤層呈條帶狀結(jié)構(gòu)，暗亮型長焰煤，煤質(zhì)相對較好，煤炭自燃發(fā)火期1-3個月。工作面下覆的7#煤層已開采，已開采工作面為W3-719工作面，采面長200m，走向長830m，煤厚2.1m。7#煤層與4#煤層間距平均37m，煤層傾角4-8°，頂板以砂巖、粉砂巖為主。

1.2 殘煤復(fù)采可行性分析

下覆煤層開采后，上覆煤層的完整性和連續(xù)性是否遭到破壞，是衡量采空區(qū)殘煤復(fù)采可行性的重要指標(biāo)。分析開采可能性的方法有比值判別法、圍巖平衡法等。

1.2.1 比值判別法分析

應(yīng)用比值判定法判定下覆7#煤層對4#煤層的影響程度，用比值K判別，即

其中：H——上下煤層之間的垂距，37m；

M——下煤層平均采高，取2.1m。

計算得K=17.6＞7.5，上行開采的生產(chǎn)實踐和研究證明，當(dāng)比值＞7.5時，先采下覆煤層一般不會影響上覆煤層，煤層內(nèi)進(jìn)行正常的準(zhǔn)備和回采。

1.2.2 圍巖平衡法分析

上覆煤層開采時必要的層間距估算公式為：

式中M——下覆煤層平均采高，2.1m；

K1——巖石碎脹系數(shù)，K1=1.6-1.8；

h——平衡巖層本身厚度，根據(jù)頂板賦存情況，估算取10m；

得，上覆煤層開采時必要的層間距應(yīng)大于12.6-13.5m，4#煤層與7#煤層的實際層間距為37m，滿足開采時必要的層間距要求。

1.2.3 開采時間間隔分析

下覆W3-719工作面于2002年9月回采結(jié)束，至今已有9年時間，根據(jù)地表巖移觀測站數(shù)據(jù)顯示，近半年的地表下沉量為22mm，屬于巖移穩(wěn)定階段，說明上覆煤層的頂?shù)装逡褜賶簩崰顟B(tài)，故可以進(jìn)行采掘活動。

根據(jù)以上情況綜合分析，W3-422工作面綜合機械化開采是可行的。

2 巷道掘進(jìn)施工探查情況

2.1 掘進(jìn)施工探查

受下覆W3-719工作面采動影響，4#煤層巖層完整性已遭到破壞，頂板出現(xiàn)裂隙、離層，但經(jīng)9年時間的采后充實應(yīng)該形成再生底板。

W3-422工作面巷道探查施工于2010年5月10日開始施工，施工中特別加強頂、底板管理。采用綜掘，全斷面一次成巷。在日常掘進(jìn)過程中加強施工質(zhì)量管理。巷道中間每隔10m用Φ200mm圓木打一信號頂子，以便隨時觀察頂板壓力變化情況，及時采取補強措施。底板每隔10-15m向下覆7#采空區(qū)打探眼，以確定4#煤層與7#煤層采空區(qū)之間厚度及底板是否壓實及瓦斯賦存情況，采取措施，充實采空區(qū)，防止瓦斯?jié)B出，頂板壓力明顯地段或頂板破碎段及時采取架設(shè)金屬棚的聯(lián)合支護(hù)方式。通過采取多種加強支護(hù)形式，W3-422綜采工作面安全掘進(jìn)貫通。經(jīng)觀測，頂板離層值最大沒超過20mm，兩幫表面位移量不超過40mm，保持了圍巖的穩(wěn)定性，具備綜合機械化采煤的條件。

2.2 煤層頂、底板完整程度及連續(xù)性判定

通過W3-422工作面運、回順的掘進(jìn)施工實踐可以看出，4#煤層層理、煤巖層結(jié)構(gòu)均沒有發(fā)生大的錯動現(xiàn)象，處于穩(wěn)定下沉狀態(tài)，而與下覆煤柱區(qū)過渡的相交點也只是煤層起伏發(fā)生變化，而煤層的連續(xù)性基本上沒有遭到破壞。

3 生產(chǎn)實踐

3.1 “一通三防”安全管理

采空區(qū)上覆殘煤復(fù)采主要優(yōu)點就是可以有效地釋放上覆煤層的瓦斯和泄出上覆煤體內(nèi)的水。采面掘進(jìn)、開采期間加強瓦斯管理，對下覆W3-719采空區(qū)進(jìn)行打鉆，一是，探明下層的充實情況，如果鉆孔沒有返水現(xiàn)象，說明下層已充實，而下覆充實時瓦斯賦存也較少；二是，對下層瓦斯進(jìn)行抽放，有效減少下覆采空區(qū)瓦斯向上層涌出。同時對W3-422工作面上覆和本層煤層進(jìn)行瓦斯抽放，控制工作面瓦斯?jié)舛?，避免瓦斯超限事故發(fā)生。

3.2 頂板管理

工作面自6月14日開始回采，推進(jìn)16.8米后，直接頂初次跨落，推進(jìn)57米時，基本頂初次來壓，周期來壓步距為38米。

頂板管理措施：工作面回采期間，兩巷超前支護(hù)20m范圍內(nèi)受采動的影響，應(yīng)力比較集中；工作面位于W3719采空區(qū)上方，工作面及兩巷超前支護(hù)有明顯的礦壓顯現(xiàn)工作面初次來壓和周期來壓期間，地質(zhì)部門做好來壓的預(yù)測預(yù)報。工作面液壓支架要達(dá)到初撐力，支護(hù)狀態(tài)要良好，保證有效支護(hù)頂板。加強前后端頭頂板控制，頂板破碎處及時補打單體液壓支柱或背大柈棚支護(hù)。加快推進(jìn)速度，減小控頂距，嚴(yán)禁空頂作業(yè)。在頂板破碎的地段，為了有效地防止頂板冒落，控制煤壁片幫，采取帶壓擦頂移架；在工作面局部片幫嚴(yán)重地段，采取超前移架，及時支護(hù)頂板，必要時要挑工字鋼或圓木。

在掘進(jìn)、回采期間全面進(jìn)行跟蹤觀測分析，確定下覆采空區(qū)通過9年時間的充實已達(dá)到基本穩(wěn)定，并形成再生頂、底板，雖存在斷裂、離層、裂隙，但采取措施后沒有影響上覆4#煤層的開采。

4 結(jié)語

通過實踐證明，采空區(qū)上覆殘煤復(fù)采的成功，對于資源萎縮礦井挖掘礦井煤炭資源，延長礦井服務(wù)年限是有益的。尤其對老礦井大部分主采層已開采，而對于有些煤層較薄、范圍較小的煤層進(jìn)行殘復(fù)采，只要下覆開采后已充實，并且煤層的連續(xù)性沒有破壞，就可以進(jìn)行殘覆開采。