極近距離煤層開采方式的優(yōu)化研究

張 輝

（山西焦煤西山煤電集團公司安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局，山西 太原 030053）

在我國，近距離煤層占煤炭資源總量的比重較大，據(jù)統(tǒng)計，有超過40%的煤炭資源都屬于近距離煤層[1-2]。西山煤電集團西銘礦8#、9#煤層屬于極近距離煤層，目前采用下行開采的方法，即先采8#煤層，然后開采9#煤層。為提高礦井經(jīng)濟效益，改善工作面的開采環(huán)境，本文對現(xiàn)有開采方式進行分析并提出相應優(yōu)化方案。

1 工程背景

西山煤電集團西銘礦是山西西山煤電股份公司旗下礦井，主采2#、3#、8#和9#煤層，目前，其上組2#、3#煤層資源逐年減少，8#和9#煤層已成為礦井的主采煤層。8#和9#煤層相距0.5～6.9m，平均僅1.8m，層間巖層巖性以砂質(zhì)頁巖為主，強度較低，完整性較差，屬于極近距離煤層。8#煤層平均厚度為4.2m，9#煤層平均厚度為2.8m。在9#煤層開采過程中，受上煤層開采的影響，層間頂板穩(wěn)定性差，維護困難，尤其在層間巖層較薄處，極易發(fā)生冒頂?shù)劝踩鹿蔥3]。因此，基于上、下煤層層間距較薄的實際情況，對極近距離煤層合層綜放開采的可行性進行分析研究。

2 頂煤冒放性預測

對于放頂煤開采頂煤冒放性，許多學者進行了大量研究[4-5]，太原理工大學靳鐘銘教授[4]等利用模糊數(shù)學和破壞系數(shù)兩種方法建立頂煤冒放性計算模型，并在實踐中得到了驗證。由于利用模糊綜合預測的方法對冒放性進行預測時，其計算量大，且夾矸層厚度上限為0.5m，不適合本文地質(zhì)條件的使用。因此，利用破壞系數(shù)法對工作面頂煤冒放性進行預測。

2.1 破壞系數(shù)法預測

根據(jù)大量的實驗結果，利用多元回歸分析，建立頂煤破壞系數(shù)方程，可以對頂煤冒放性進行合理預測，極大地簡化了計算過程，回歸方程為：

式中：

Y—頂煤破壞系數(shù)；

H—煤層埋深，m；

Md—頂煤厚度，m；

Rc—煤體單軸抗壓強度，MPa；

Mj—夾矸層厚度，m；

D—煤層裂隙分維值。得出的破壞系數(shù)與頂煤冒放性的分類對照表如表1所示。

表1 破壞系數(shù)法頂煤冒放性分類

2.2 西銘礦極近距離煤層冒放性預測

根據(jù)礦井地質(zhì)資料，西銘礦下組極近距離煤層埋深H約280m、頂煤厚度Md為6.04m、煤體單軸抗壓強度Rc為16MPa、夾矸層厚度Mj為0.5～6.9m、煤層裂隙分維值D為1.61。將數(shù)據(jù)代入式（1），對不同夾矸厚度下頂煤冒放性進行合理預測，所得結果如表2。

表2 冒放性預測

如表2所示，對于8#、9#極近距離煤層，層間距最小為0.5m時，頂煤冒放性為Ⅱ級，冒放性好，采用放頂煤開采可以取得良好的經(jīng)濟技術指標；層間巖層厚度為1.2m時，頂煤冒放性為Ⅲ級，冒放性中等，采用合理的放煤工藝和參數(shù)，也可以取得較好的技術經(jīng)濟指標；當層間巖層厚度為1.8m時，頂煤冒放性為Ⅳ級，冒放性差，采取適當?shù)拇胧?，也可以使用放頂煤開采；當層間巖層厚度為3m和4m時，頂煤冒放性為Ⅴ級，冒放性差，不能使用放頂煤開采。

3 開采方式優(yōu)化

根據(jù)前面的分析，9#煤層部分區(qū)域可以采用放頂煤開采的方式。上部已采空部分，仍采用原有下行開采的方法；上部8#煤層未采的部分，根據(jù)層間巖層厚度選取合適的開采方式：

（1）層間巖層厚度在1.2m以下時，頂煤冒放性較好，層間巖層可直接冒落，不需采用任何措施，就可以直接使用綜采放頂煤開采；

（2）層間巖層厚度為1.2～1.8m時，頂煤冒放性較差，主要是由于層間巖層較厚，影響頂煤的放出，可對層間巖層采取恰當措施（如水力致裂、挑頂開采等）后，采用綜采放頂煤開采；

（3）層間巖層厚度為1.8m以上時，難以冒落或冒落塊度過大，堵塞放煤口，不適合采用放頂煤開采，因此仍采用下行開采的方法進行回采。

根據(jù)西銘礦煤層實際賦存條件，層間巖層厚度平均值為1.8m，小于1.8m的區(qū)域比重較為可觀，采用放頂煤開采的方法后，具有以下優(yōu)勢：

（1）相比于下行開采，放頂煤開采前期只需布置一個工作面就可以將區(qū)域內(nèi)兩層煤全部回采，回采所需時間也極大地縮短，經(jīng)濟效益明顯提高；

（2）工作面布置更加簡單，頂板管理控制容易。采用下行開采時，受上煤層的開采影響，頂板較為破碎，穩(wěn)定性差，管理維護十分困難，而采用放頂煤開采后，則可避免這一問題的發(fā)生；

（3）放頂煤開采的巷道掘進量降低，巷道搬家次數(shù)減少，降低工人的勞動強度，工作面單產(chǎn)更高。

4 結論

（1）利用破壞系數(shù)法對其頂煤冒放性進行合理預測，得到不同層間距下頂煤冒放性，認為層間距在1.8m以下時，頂煤冒放性在Ⅳ級及以上，可采用放頂煤開采；層間距在1.8m以上時，頂煤冒放性為Ⅴ級，不能采用放頂煤開采；

（2）根據(jù)冒放性預測結果，提出開采方式的優(yōu)化方案。按照層間巖層厚度的不同，將煤層分為3個區(qū)域，認為層間巖層厚度在1.2m以下時，可直接采用綜放開采技術，層間巖層厚度為1.2～1.8m時，可在采取一定措施后采用綜放開采，層間巖層厚度為1.8m以上時，仍采用下行開采的方法。