燕家河煤礦近距離煤層群上行開采可行性分析

張建超

摘要：根據(jù)燕家河煤礦的開采實(shí)際狀況和采礦地質(zhì)條件，為解決5-1煤層51105工作面安全回采可行性問題，以及為5-1煤層的上行開采提供理論支持，應(yīng)用上行開采比值判別法、圍巖平衡法、“三帶”判別法、數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析法和國外研究成果進(jìn)行理論分析，得出8煤冒落帶高度和安全開采層間距值，以及從煤層的頂板巖性、采高、開采時(shí)間、瓦斯等方面對其進(jìn)行論述，得出51105工作面上行開采是可行的。

關(guān)鍵詞：近距離；綜合放頂煤；上行開采；冒落帶

中圖分類號：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2016.30.100

1礦井采礦地質(zhì)條件

燕家河煤礦主要可采煤層共有3層，由上往下為5-1、5-2和8煤層。5-1煤為區(qū)內(nèi)次要可采煤層，厚度0.25～3.00m，平均1.38m，為中厚煤層。頂板為泥巖、砂質(zhì)泥巖及砂巖，底板為泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖。5-1煤層與5-2煤層間距為0.55～7.63m，平均3.03m，巖層為泥巖和炭質(zhì)泥巖；5-1煤層與8煤層間距為29.7m～62.8m，平均44.1m，巖層多為泥巖、（細(xì)、粉）砂巖。5-2煤為區(qū)內(nèi)次要可采煤層，煤層底板標(biāo)高+520～+870m，厚度0.15～2.75m。平均1.07m。為中厚煤層。結(jié)構(gòu)較簡單，夾矸1～2層，夾矸與頂?shù)装鍘r性多為泥巖、砂質(zhì)泥巖與砂巖，少見炭質(zhì)泥巖偽頂與偽底。8煤層為井田內(nèi)主要可采煤層，位于延安組下含煤段下部。厚度0.37～7.64m，平均4.78m，為厚煤層。結(jié)構(gòu)簡單～復(fù)雜，夾矸一般為1～2層，最大可達(dá)8層，夾矸巖性為炭質(zhì)泥巖、泥巖，局部為粉～細(xì)粒砂巖。

5-1煤層與5-2煤層的間距較小（平均3.03m），5-2煤層與8煤層的間距較大（平均30.62m），煤層傾角較?。?～15°），5-1煤層與5-2煤層聯(lián)合開采，8煤層單獨(dú)開采。

礦井屬瓦斯礦井，煤層自燃發(fā)火傾向性為Ⅰ類容易自燃煤層，煤塵爆炸危險(xiǎn)性。礦井水文地質(zhì)類型劃分為簡單類型。

礦井目前開采8煤二采區(qū)資源和5煤一采區(qū)資源。礦井采用綜采放頂煤回采工藝已回采了8煤12個(gè)面，采用綜采回采工藝回采了5-1煤3個(gè)面。

51105工作面是礦井5-1煤擬定開采的第四個(gè)工作面。51105工作面位于5-1煤一采區(qū)中部東翼，51104工作面采空區(qū)的北部，下部為8煤8105工作面采空區(qū)。51105工作面煤層厚度最大為2.35m，平均為2m，工作面長度為125m，工作面推進(jìn)長度約為1273m，綜采工藝開采。地表為溝壑區(qū)，地表無村莊、河流、道路。

51105工作面正下方為8煤8105綜采放頂煤工作面采空區(qū)，回采時(shí)間2011年7月至2012年3月，8105工作面長175m，推進(jìn)長度929m，采高4.44m。根據(jù)51105工作面附近67號鉆孔、Y5鉆孔、X2鉆孔、X7鉆孔，5-1煤與8煤最小間距為34m；根據(jù)51105工作面煤層底板等高線，5-1煤與8煤最小間距為33.3m。

2安全開采層間距的確定

研究上行開采安全開采層間距的方法較多，本文主要采用比值判別法、圍巖平衡法、“三帶”判別法、數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析法、波蘭上行開采判別法和前蘇聯(lián)上行開采判別法進(jìn)行分析。

2.1上行開采比值判別法

K=HM2

式中：K—上下煤層層間距與下煤層采厚的比值；

H—上下煤層層間距，m；

M2—8煤的采厚，m。

經(jīng)計(jì)算：K=8.1。

我國煤礦上行開采的實(shí)踐及研究證明：當(dāng)上、下煤層之間為堅(jiān)硬巖層時(shí)，K=8；中硬巖層時(shí)，K=7.5；軟弱巖層時(shí)，K=7。先采下部一個(gè)煤層，一般可以不影響在上煤層內(nèi)正常準(zhǔn)備和采煤。

8煤頂板為灰黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖夾粉～細(xì)粒砂巖、中～細(xì)粒粉砂巖，屬軟弱～中等堅(jiān)硬頂板。由計(jì)算結(jié)果=8.1可知，51105工作面可以開采。

2.2上行開采圍巖平衡法

H=MK1-1+hP

式中：H—圍巖平衡高度，m；

M—8煤采高，m；

K1—距煤壁L（周期來壓步距）處的巖石碎脹系數(shù)，取值1.2；

hP—平衡巖層本身的厚度，m。取5.1m。

經(jīng)計(jì)算：H=27.3m。

當(dāng)上煤層位于距下煤層最近的平衡巖層之上時(shí)，可上行開采。根據(jù)計(jì)算，5-1煤位于距8煤最近的平衡巖層之上，可以上行開采。

2.3上行開采“三帶”判別法

H=100M4.7M+19±2.2

式中：H—8煤冒落帶高度，m；

M—8煤采高，m；

經(jīng)計(jì)算：H=8.9～13.3m。

2.4上行開采數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析法

H1.14M2+4.14+MS

式中H—上行開采的必要層間距，m；

M—8煤采高，m；

MS—5-1煤厚度，m。

經(jīng)計(jì)算：H=28.6m。

另根據(jù)波蘭上行開采判別法和前蘇聯(lián)上行開采判別法計(jì)算結(jié)果，上行開采所需上、下煤層的層間距分別為27.8m和22.3m。

根據(jù)“三帶”判別法、數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析法、波蘭上行開采判別法和前蘇聯(lián)上行開采判別法分別計(jì)算的上行開采必要的層間距均小于5-1煤與8煤最小間距33.3m，可以上行開采。

3其他條件下安全開采因素分析

3.1巖性及層間結(jié)構(gòu)

當(dāng)頂板巖石硬度較高時(shí)，冒落帶和裂隙帶的發(fā)育較高。在垮落過程中，頂板下沉量較小，采空區(qū)空間高，垮落過程較充分，巖層主要以斷塊充填采空區(qū)。當(dāng)頂板巖石強(qiáng)度較低時(shí)，在垮落過程中，覆巖下沉量較大，采空區(qū)高度不斷縮小，垮落過程發(fā)展不充分，主要以巖層彎曲充填采空區(qū)。因此，冒落帶及裂隙帶發(fā)育較低。

8煤直接頂板多為灰黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖夾粉～細(xì)粒砂巖，為易冒落的軟弱不穩(wěn)定頂板。間接頂板為中～細(xì)粒粉砂巖，屬軟弱～中等堅(jiān)硬的較穩(wěn)定頂板。頂板巖石強(qiáng)度較低，冒落帶及裂隙帶發(fā)育較低。

3.2煤層傾角

煤層傾角主要影響采場上覆巖層破壞的空間形態(tài)。緩傾斜煤層，采場頂板巖層垮落后就地堆積。在采空區(qū)邊界，由于煤柱支撐，剪切應(yīng)力大，因此，冒落帶及裂隙帶發(fā)育較中部高。

8煤平均傾角6°，屬于緩傾斜煤層，在采空區(qū)邊界，冒落帶及裂隙帶發(fā)育較中部高。根據(jù)采動影響的空間關(guān)系研究，51105工作面巷道布置避開了采空區(qū)邊界的影響范圍，使工作面回采在冒落帶及裂隙帶發(fā)育較小的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。

3.3采高

一般采高越大，上煤層的下沉越大，各種變形值也增大。根據(jù)開采單一煤層及厚煤層第一分層時(shí)，冒落帶及裂隙帶高度與采高基本上成正比關(guān)系，許多礦在采高大于10m的情況下，成功進(jìn)行上行開采。其中8105工作面采高為4.44m，因此，8105工作面采高正是在一個(gè)合理的采高范圍內(nèi)。

3.4時(shí)間

煤層采出之后，覆巖垮落、移動至移動穩(wěn)定，有一個(gè)時(shí)間發(fā)展過程。據(jù)實(shí)測資料，當(dāng)覆巖為堅(jiān)硬巖層時(shí)，裂隙帶發(fā)展到最高后，達(dá)到穩(wěn)定，一般歷時(shí)2～4個(gè)月；頂板為中硬巖層時(shí)裂隙帶發(fā)育到最高后，達(dá)到穩(wěn)定，—般歷時(shí)為1～3個(gè)月；當(dāng)頂板為軟巖層時(shí)，裂隙帶發(fā)展到最高而后穩(wěn)定的時(shí)間一般為l～2個(gè)月。

8105工作面回采時(shí)間2011年7月至2012年3月，距今已70個(gè)月。

3.5瓦斯

燕家河煤礦為瓦斯礦井。據(jù)地質(zhì)報(bào)告資料，礦井開采的8煤層及5煤層均屬瓦斯風(fēng)化帶的范疇。據(jù)礦井多年的開采，采煤工作面的瓦斯涌出量不大。5-1煤層采用上行開采時(shí)，8煤層采空區(qū)的瓦斯通過裂隙涌入5-1煤層工作面及巷道系統(tǒng)，增加5-1煤層工作面瓦斯的涌出量。由于8煤層的瓦斯含量不大，開采時(shí)有部分瓦斯已釋放，因此，5-1煤層開采時(shí)即使8煤層采空區(qū)瓦斯釋放，采用通風(fēng)和瓦斯綜合治理措施，可保障采煤工作面安全生產(chǎn)。對于采空區(qū)瓦斯治理，可采用抽采的方法進(jìn)行處理，這種技術(shù)在國內(nèi)高瓦斯礦井為普遍采用的主要技術(shù)措施之一。

3.6煤層自燃

礦井開采的8煤層、5-2煤層及5-1煤層，其自燃傾向性等級均為Ⅰ級，屬容易自燃煤層，對于近距離易自燃煤層群開采防滅火技術(shù)在我國已取得了成功的經(jīng)驗(yàn)，該礦也積累了有效的防滅火經(jīng)驗(yàn)。5-1煤層開采時(shí)，可對51105采煤工作面下部的鄰近的已采采空區(qū)的密閉進(jìn)行加固、封堵，減少8煤層采空區(qū)漏風(fēng)。對51105采煤工作面巷道較明顯的裂隙（可形成漏風(fēng)）帶井下注漿堵漏，對51105采煤工作面采空區(qū)進(jìn)行黃泥灌漿、注氮等綜合措施進(jìn)行防火?？捎行Х乐股闲虚_采過程中煤層火災(zāi)的發(fā)生。

4結(jié)論

綜合研究分析，51105工作面在近距離綜放開采條件下滿足上行開采條件，采取相應(yīng)的安全措施后，實(shí)施上行開采是安全可行的。

參考文獻(xiàn)

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