急傾斜近距離薄煤層群下行開采上下煤層相互影響的探討

摘 要：以宣威市寶達(dá)煤礦為工程背景，通過理論探討、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、工程經(jīng)驗(yàn)分析等研究手段，對(duì)其地質(zhì)構(gòu)造、開采技術(shù)條件、下行開采時(shí)上下煤層相互影響進(jìn)行了系統(tǒng)分析。相關(guān)的研究成果可為宣威市寶達(dá)煤礦生產(chǎn)時(shí)提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：理論探討；下行開采；急傾斜近距離薄煤層群

1 概述

寶達(dá)煤礦開采煤層為急傾斜近距離薄煤層群，采用下行開采順序時(shí)，上部煤層的開采可能會(huì)對(duì)下部煤層構(gòu)成破壞。重慶中梁山煤礦煤層賦存條件與寶達(dá)煤礦類似，均屬急傾斜近距離薄煤層群，且該礦開采條件更差，屬煤與瓦斯突出礦井。調(diào)查中除與相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行交流及搜集資料外，還下井參觀了回采工作面的生產(chǎn)狀況。參觀的工作面所屬煤層為K2煤層，為先行開采的保護(hù)層，上下部均有可采煤層，煤層間距在3～8m。工作面煤層直接頂為砂質(zhì)泥巖，厚度1-2.5m，深灰色、塊狀，含黃鐵礦晶粒，與K2煤層接觸處有0.10m的菱鐵礦層。煤層底板為粘土巖，厚度0.15-0.80m，淺灰色、塊狀；老底為細(xì)粒砂巖，厚度1.3-3.5m，灰褐色，薄層狀，含菱鐵礦結(jié)核。工作面采厚0.8m，煤層傾角65-70°，工作面布置成俯偽斜正臺(tái)階，工作面垂高70m，采用風(fēng)鎬落煤，為降低煤塵影響并改善作業(yè)環(huán)境采用下行通風(fēng)。據(jù)介紹中梁山煤礦煤層間距在5m以上，開采上層煤就不會(huì)對(duì)下層煤造成破壞影響，究其原因是由于薄煤層開采后頂板垮落及時(shí)充填了采空區(qū)，限制了煤層底板的移動(dòng)和垮落，實(shí)際觀察看矸石充填的采空區(qū)高度達(dá)采面長(zhǎng)的三分之二以上，煤層底板沒有出現(xiàn)垮落的情況。對(duì)于煤層間距在5m以下的煤層，中梁山煤礦采用上下煤層配采的方法，即兩層煤同時(shí)回采、上層超前距離不超過20m，就能保障安全生產(chǎn)。

2 下行開采時(shí)上下煤層相互影響關(guān)系

中梁山煤礦的開采技術(shù)條件與寶達(dá)煤礦較為相似，由前者矸石充填采空區(qū)高度達(dá)采面的三分之二而煤層底板沒有出現(xiàn)垮落的情況看，只要充填及時(shí)，可以在很大程度上減小對(duì)下部煤層開采條件的破壞。急傾斜煤層采用下行開采順序時(shí)，上下煤層相互影響關(guān)系見圖1。

由圖可以看到，開采上層煤不對(duì)下層煤構(gòu)成破壞的條件為：

其中：M-層間距，m；hw-未充填垂高，m；hc-已充填垂高，m；α-煤層最大傾角，°；λ-底板巖層移動(dòng)角，°。

采空區(qū)矸石充填參數(shù)計(jì)算如下：

煤層開采后的直接頂每米充填體積Q1、直接頂垮落體積Q2、采煤體積Q3以及開采后的每米實(shí)際垮落體積Qz、未充填空間Qw以及未充填采空區(qū)長(zhǎng)度Lw按照以下公式計(jì)算：

（1）充填體積Q1根據(jù)直接頂厚度hzj、工作面?zhèn)涡遍L(zhǎng)P、巖石碎脹系數(shù)Kp計(jì)算：

Q1=hzj×P×Kp×1.0

（2）直接頂垮落體積Q2根據(jù)直接頂厚度、工作面?zhèn)涡遍L(zhǎng)P計(jì)算：

Q2=hzj×P×1.0

（3）采煤體積Q3按最大厚度M計(jì)算：

Q3=M×P×1.0

（4）Qz=Q2+Q3

Qw=Qz-Q1；

Lw=Qw/（hzj+M）

我國(guó)南桐礦區(qū)、淮南礦區(qū)和浙江長(zhǎng)廣礦區(qū)均有急傾斜煤層開采，采用走向長(zhǎng)壁陷落法或水平分層采煤法，煤層傾角分別為15-80°、20-84°、70-80°，采厚分別為0.9-3.4m、1.8-4.2m和1.8m。據(jù)統(tǒng)計(jì)，上述礦區(qū)的底板移動(dòng)角λ分別為54°、55°和65.5°，走向移動(dòng)角δ分別為70°、75°、71.5°。

寶達(dá)煤礦各煤層傾角在59-67°之間，隨著煤層向下水平延伸煤層傾角逐漸變緩。寶達(dá)煤礦煤層傾角與南桐、淮南和長(zhǎng)廣礦區(qū)相似，含煤地層均為二疊系，因此，本設(shè)計(jì)參照這些礦區(qū)實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，取它們的平均值作為寶達(dá)煤礦底板巖層移動(dòng)角，即λ=58.2°。

以下根據(jù)矸石充填參數(shù)、煤層傾角、煤層間距（采用表中的最小層間距）校核各煤層下行開采時(shí)是否對(duì)下部鄰近層構(gòu)成破壞。詳見表1。

3 結(jié)束語(yǔ)

由表1可以看到，寶達(dá)煤礦下行開采時(shí)，開采煤層頂板自然垮落，基本不會(huì)對(duì)下部煤層構(gòu)成破壞。但為了提高煤炭資源利用率，煤礦在生產(chǎn)過程中應(yīng)在部分區(qū)域回采工作面實(shí)施強(qiáng)制放頂，適當(dāng)增加工作面頂板冒落高度和充填高度，從而減小或避免上煤層開采對(duì)下煤層的破壞。

參考文獻(xiàn)

[1]高明中.急傾斜煤層開采巖移基本規(guī)律的模型試驗(yàn)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004.

[2]陳亞軍.急傾斜近距薄煤層群采煤方法初探[J].煤礦開采，2004.

[3]孫曉冬.急傾斜薄煤層開采礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究[J].煤礦開采，2011.

作者簡(jiǎn)介：張良保（1977，11-），采礦工程師，1995年畢業(yè)于昆明冶金工業(yè)學(xué)校采礦工程專業(yè)，現(xiàn)工作于曲靖市富源縣煤炭工業(yè)局規(guī)劃發(fā)展科，主要從事煤礦技術(shù)監(jiān)管工作。