刀柱采空區(qū)上部煤層蹬空開(kāi)采實(shí)踐

王 強(qiáng)

（大同煤礦集團(tuán)同生精通興旺煤業(yè)有限公司，山西 大同 037003）

1 概述

煤礦開(kāi)采大多是從上向下開(kāi)采，但受裝備技術(shù)、開(kāi)采技術(shù)以及開(kāi)采成本等因素的影響，有時(shí)也會(huì)優(yōu)先開(kāi)采那些煤質(zhì)較好、賦存穩(wěn)定、瓦斯以及圍巖狀況都相對(duì)較好的下層優(yōu)質(zhì)煤層，即蹬空開(kāi)采。

進(jìn)行蹬空開(kāi)采作業(yè)時(shí)，若上覆煤層存在嚴(yán)重破碎性，出現(xiàn)大面積陷落現(xiàn)象、懸空，發(fā)生嚴(yán)重的頂?shù)装鍞嗔?、破碎，下覆煤層存在?yán)重的采空區(qū)瓦斯涌出，礦壓不穩(wěn)定現(xiàn)象等，將會(huì)嚴(yán)重影響到煤礦蹬空開(kāi)采作業(yè)的順利進(jìn)行。因此，研究煤礦蹬空開(kāi)采的可行性十分重要。

2 蹬空開(kāi)采可行性研究方法

9#層8101工作面刀柱采空區(qū)上部煤層蹬空開(kāi)采時(shí)，下部12-2#層開(kāi)采方式為采8～18m、留設(shè)3～5m煤柱的刀柱式采煤方法。12-2#煤層厚2.05～6.27m，平均4.47m，最大采高6.27m。蹬空開(kāi)采時(shí)，下層的頂板已經(jīng)垮落，對(duì)本工作面煤層開(kāi)采造成影響，這主要取決于下層煤層開(kāi)采的影響范圍與本工作面位置關(guān)系以及地質(zhì)條件、巖性。因此，在論證蹬空開(kāi)采可行性時(shí)，合理的層間距是首要問(wèn)題。

在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中，為深入研究煤礦蹬空開(kāi)采的可行性，必須深入分析下部開(kāi)采“三帶”影響范圍并進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算。

煤層開(kāi)采時(shí)，其上部的煤層受采動(dòng)影響會(huì)逐漸垮落，按照垮落程度不同，自下而上分為冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶，下圖1為“三帶分布圖”。若上部煤層處于冒落帶中，煤層必然遭受破壞，無(wú)法開(kāi)采；若上部煤層處于裂隙帶中，煤層會(huì)根據(jù)裂隙情況受部分程度的破壞，在采取措施后，可以開(kāi)采。若上部煤層處于彎曲下沉帶中，煤層基本不遭受破壞，可以開(kāi)采。本工作面對(duì)應(yīng)位置9#層與12-2#層間距平均53.71m。

假定12-2#煤層煤柱全部破壞，頂板全部垮落，按長(zhǎng)壁全部垮落式開(kāi)采法預(yù)計(jì)，假定采寬為（8+18）/2=13m、煤柱寬為（3+5）/2=4m，則平均采出率為13/（13+4）=76%，平均采出厚度為5.0×76%=3.8m，最大采出厚度為6.27×76%=4.7652m。

圖1 “三帶”分布圖

根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)及壓煤開(kāi)采規(guī)程》，按平均采出厚度計(jì)算的垮落帶最大高度為（式中∑M為累計(jì)采出厚度）：

按最大采出厚度計(jì)算的垮落帶最大高度為：

按平均采出厚度計(jì)算的裂隙帶最大高度為：

按最大采出厚度計(jì)算的裂隙帶最大高度為：

按下部煤層開(kāi)采后上覆巖層冒落碎脹系數(shù)K保守估算冒落帶高度。冒落帶高度主要取決于采出厚度和冒落巖層的碎脹系數(shù)，通常為采出厚度的3～5倍；薄煤層開(kāi)采時(shí)，一般為采出厚度的1.7倍左右；頂板巖石堅(jiān)硬時(shí)，冒落帶高度較大，為采出厚度的5～6倍；頂板巖石松軟時(shí)，冒落帶高度較小，為采出厚度的2～4倍。

計(jì)算公示為：

式中：

h-煤層采高，取平均采出厚度值3.8m，最大采出厚度4.7652m；

K-巖石碎脹系數(shù)，K值一般在1.15～1.3，初始碎脹取1.25，殘余碎脹取1.10。

取初始碎脹系數(shù)1.25代入公示得hm=15.2～19.1m；取殘余碎脹系數(shù)1.10代入公示得hm=38.0～47.65m。

根據(jù)上述計(jì)算，按最差情況考慮，8101工作面煤將處于裂隙帶中，甚至部分處于彎曲下沉帶中，因此受影響較小，采取一定措施后可以進(jìn)行開(kāi)采。

3 開(kāi)采安全措施

3.1 加強(qiáng)礦壓監(jiān)測(cè)及頂板管理工作

（1）在工作面兩順槽每隔10m布置一組測(cè)量頂?shù)装逡平考耙平俣鹊幕c(diǎn)，頂?shù)装寤c(diǎn)垂直對(duì)應(yīng)并安設(shè)牢固。

（2）加大回采工作面頂板壓力觀測(cè)，在通常所采用的“三區(qū)五線”基礎(chǔ)上，在工作面中部增加兩條以上測(cè)線，嚴(yán)密監(jiān)控工作面支架工作狀態(tài)。

（3）加大礦壓監(jiān)測(cè)密度，工作面由通常日采集數(shù)據(jù)頻率加大到每班采集數(shù)據(jù)，并及時(shí)分析、反饋。

（4）順槽頂?shù)装寤c(diǎn)測(cè)量在超前支護(hù)范圍內(nèi)必須做到班班有數(shù)據(jù)，超前支護(hù)外30m范圍內(nèi)基點(diǎn)測(cè)量必須做到日日有數(shù)據(jù)，并保證數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。

（5）為保證工作面控頂范圍內(nèi)圍巖的整體性，避免工作面局部或整體失穩(wěn)，應(yīng)提高支架初撐力，實(shí)現(xiàn)追機(jī)移架和擦頂移架。

（6）加大超前支護(hù)支護(hù)范圍，在頂?shù)装逡平繑?shù)據(jù)異?；蝽敯迤扑?、巷道片幫嚴(yán)重的情況下，超前支護(hù)支護(hù)范圍增加至30～50m，縮小支護(hù)間距，煤層底板有松軟現(xiàn)象，單體支柱必須穿鐵鞋。

（7）嚴(yán)格執(zhí)行工作面初次放頂及步距放頂工作，開(kāi)采過(guò)程中，密切注意頂板活動(dòng)情況，發(fā)現(xiàn)采空區(qū)大面積懸板或塌落，應(yīng)停止生產(chǎn)采取強(qiáng)制放頂。

3.2 加強(qiáng)通風(fēng)管理工作

（1）加強(qiáng)工作面風(fēng)量管理，發(fā)現(xiàn)工作面進(jìn)回風(fēng)量誤差大于規(guī)定值時(shí)必須查明原因并采取相應(yīng)措施。

（2）加強(qiáng)一氧化碳及瓦斯等有害氣體的檢測(cè)工作，采取加大風(fēng)量、瓦斯排放等措施，防止瓦斯超限。

（3）回采工作面形成后，在兩順槽每隔20m向下層進(jìn)行鉆探，探測(cè)有害氣體，探明下部冒落帶距離及底板孔隙、裂隙分布規(guī)律。

（4）日?；夭晒ぷ髦?，若檢測(cè)到工作面底板有裂縫時(shí)，必須采用高標(biāo)號(hào)水泥加速凝劑水泥漿進(jìn)行噴注裂縫處，起到密封效果。

（5）若工作面底板出現(xiàn)臺(tái)階下沉或貫通裂縫時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況應(yīng)采用鉆孔注水泥砂漿或裂縫注漿方式，注漿深度不得小于10m。

4 結(jié)論

興旺煤礦9#層8101工作面開(kāi)采期間，從9#層工作面兩順槽向下層進(jìn)行鉆探，探明距裂隙帶距離最小為19m，煤柱垮落后致使上部頂板冒落，裂隙帶最大高度為38m。工作面開(kāi)采期間僅觀測(cè)到頂?shù)装宕嬖谏倭恳平闆r，未出現(xiàn)臺(tái)階下沉情況，移近量最大為22mm，充分說(shuō)明了蹬空開(kāi)采可行性分析的三帶高度的準(zhǔn)確性，其冒落區(qū)域?qū)?yīng)9#層位置處于彎曲下沉帶。