不同采煤工藝在極近距煤層中的聯(lián)合應(yīng)用

卞志強(qiáng)

(山西焦煤西山煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司官地煤礦，山西 太原 030053)

引 言

煤炭作為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的核心動(dòng)力，其產(chǎn)率是保證其用量的關(guān)鍵。近年來，隨著綜采工作面設(shè)備自動(dòng)化水平的不斷提升，影響工作面采煤效率的關(guān)鍵因素為不同采煤工藝在不同煤層中的應(yīng)用。對(duì)于極近距煤層而言，鑒于其獨(dú)特的性質(zhì)，當(dāng)其上部煤層開采完成繼續(xù)開采其下部煤層時(shí)容易在下部形成集中壓力，導(dǎo)致開采過程中出現(xiàn)頂板垮落的事故。因此，針對(duì)極近距煤層的開采需特別關(guān)注出現(xiàn)冒頂、漏風(fēng)的事故[1]。故，針對(duì)極近距煤層需對(duì)采煤工藝的要求極高。目前，針對(duì)極近距煤層采用相同采煤工藝時(shí)，可準(zhǔn)確得出開采錯(cuò)距的具體值，而對(duì)于極近距煤層采用不同采煤工藝時(shí)，尚缺乏可靠的依據(jù)確定開采錯(cuò)距。本文將著重探討極近距煤層采用不同采煤工藝時(shí)開采錯(cuò)距參數(shù)的確定依據(jù)。

1 工程概況

極近距煤層指的是，煤層與群層之間的距離非常小，在開采過程中受上下煤層影響較大的煤層。在開采過程中，煤層的圍巖應(yīng)力會(huì)重新分布導(dǎo)致對(duì)相鄰煤層的頂板或者底板塑形造成影響[2]。經(jīng)研究可知，煤層間距越小，相鄰煤層開采的相互影響程度越嚴(yán)重。在對(duì)極近距煤層進(jìn)行判定時(shí)，可依據(jù)式(1)進(jìn)行判定。

(1)

式中，γ為煤層上方巖層的平均容重，kN/m3；H煤層的平均埋藏厚度，m；L為煤層所處工作面的長(zhǎng)度，m；Rrmc為煤層上方巖層的單軸抗壓強(qiáng)度，MPa。

本文所研究的工作面9#、10#煤層的γ=25 kN/m3、H=210 m、L=150 m、Rrmc=55.2 MPa～55.63 MPa。將上述參數(shù)帶入式(1)中，得該煤層的最大間距范圍為4.18 m～5.92 m<6 m。因此，可以定義本文所研究煤層為極近距煤層。

9#煤層和10#煤層的相對(duì)位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 煤層分布示意圖

如圖1所示，9#煤層歸屬于0908工作面，10#煤層歸屬于1008工作面。其中，9#煤層的平均厚度為1 m，其底板類型為砂質(zhì)泥巖，平均厚度為2.3 m。10#煤層的平均厚度為3.5 m，其頂板為9#煤層的底板。

2 錯(cuò)距不合理的影響

鑒于9#煤層和10#煤層煤層厚度相差較大，且頂?shù)装迩闆r不同，所以9#和10#煤層采用不同的采煤工藝。錯(cuò)距作為不同煤層開采時(shí)的關(guān)鍵參數(shù)，該參數(shù)的合理性直接決定兩個(gè)工作面的開采效率和安全性[3]。

在實(shí)際開采過程中，隨著9#煤層開采任務(wù)的不斷推進(jìn)，其頂板會(huì)在開采結(jié)束后不斷下沉。由于9#煤層的厚度僅為1 m，導(dǎo)致9#煤層頂板下沉1 m后就與10#煤層的頂板相接觸。此時(shí)，9#煤層砂質(zhì)泥巖的頂板與10#煤層頂板相接觸，在砂質(zhì)泥巖的作用下導(dǎo)致10#煤層的頂板膨脹系數(shù)為1.2。而10#煤層頂板此時(shí)的頂板厚度為1.2 m×2.3 m=2.76 m。隨著10#煤層開采的不斷推進(jìn)，9#煤層頂板的下沉量為：(1+3.5) m-2.76 m=1.74 m，從而導(dǎo)致9#煤層工作面出現(xiàn)周期性斷裂。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)所測(cè)得數(shù)據(jù)可得，當(dāng)步距為16 m～18 m時(shí)9#煤層工作面會(huì)出現(xiàn)周期性垮落現(xiàn)象；10#煤層出現(xiàn)超前影響劇烈區(qū)為25 m～27 m。

當(dāng)錯(cuò)距為15 m時(shí)，當(dāng)對(duì)9#和10#煤層工作面同時(shí)進(jìn)行回采時(shí)，9#煤層的周期性斷裂和10#煤層的支撐導(dǎo)致其各自工作面的液壓支架的壓力和煤壁壓力不斷增大，最終導(dǎo)致9#工作面液壓支架被壓爆、10#工作面出現(xiàn)煤壁片幫的事故[4]。

3 不同采煤工藝下錯(cuò)距的確定

3.1 錯(cuò)距確定原則

極近距煤層采用不同采煤工藝時(shí)錯(cuò)距的確定需遵循如下原則：

1) 基于合理錯(cuò)距的確定盡可能地規(guī)避9#煤層(上層)頂板圍巖活動(dòng)的區(qū)域和10#煤層(下層)超前支撐壓力峰值相重疊的區(qū)域。

2) 針對(duì)9#煤層工作面不斷推進(jìn)出現(xiàn)頂板緩慢下沉的現(xiàn)象，需適當(dāng)增大9#煤層采空區(qū)觸感段的距離，從而有效緩解9#煤層頂板的下沉情況，進(jìn)而減小9#煤層液壓支架的的壓力。

3) 針對(duì)9#煤層和10#煤層的間距僅為2.3 m，其間距小于10#煤層厚度的情況，而9#煤層采用綜采的開采方式，而10#煤層采用高檔普采的開采方式。在此情況下，錯(cuò)距值應(yīng)盡可能大，即，大錯(cuò)距的安全性高于小錯(cuò)距的安全性。

4) 錯(cuò)距的數(shù)值不能為上層出現(xiàn)周期性垮落步距的整數(shù)倍，應(yīng)盡可能避開下層工作面出現(xiàn)超前影響劇烈區(qū)域[5]。

3.2 最小錯(cuò)距的計(jì)算

極近距煤層采用不同采煤工藝最小錯(cuò)距的計(jì)算公式如式(2)所示。

X=b+L+Hcotδ

(2)

式中，X為最小錯(cuò)距，m；b為兩煤層的最大控頂距，取b=3 m；L為綜合9#煤層頂板巖石垮落、推經(jīng)速度不均衡情況下的安全距離，一般L的取值范圍為20 m～25 m，鑒于本文9#煤層與10#煤層之間的間距小于10#煤層的厚度，L應(yīng)取最大值25 m；δ為上下煤層頂?shù)装鍑鷰r的移動(dòng)角，一般的，對(duì)于堅(jiān)硬巖石而言，δ=65°；對(duì)于軟巖石而言，取δ=50°。本文9#煤層和10#煤層頂?shù)装宓膸r石均為軟巖石，取δ=50°。

將上述各值代入式(2)中，得不同采煤工藝下9#煤層和10#煤層的最小錯(cuò)距為30.3 m。

3.3 效果驗(yàn)證

經(jīng)3.2計(jì)算，適用于9#煤層和10#煤層不同采煤工藝時(shí)的最小錯(cuò)距為30 m。因此，將錯(cuò)距為30 m應(yīng)用于極近距煤層的開采中。對(duì)9#煤層和10#煤層的礦壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)可知，9#煤層工作面的液壓支架未出現(xiàn)壓爆的事故；10#煤層工作面未出現(xiàn)煤壁片幫的現(xiàn)象。

4 結(jié)論

極近距煤層的開采一直困擾著綜采工作面煤層的開采，在開采中錯(cuò)距參數(shù)的不合理常導(dǎo)致煤層工作面出現(xiàn)液壓支架壓爆、煤壁片幫的現(xiàn)象。尤其是針對(duì)極近距煤層采用不同采煤工藝時(shí)準(zhǔn)確確定合理的錯(cuò)距更加重要。針對(duì)我礦9#煤層和10#煤層采用不同采煤工藝開采時(shí)，為確保生產(chǎn)的安全性最小錯(cuò)距應(yīng)確定為30 m。此外，在實(shí)際開采時(shí)還需注意以下幾點(diǎn)：

1) 9#煤層工作面應(yīng)加強(qiáng)對(duì)采空區(qū)的支護(hù)；

2) 10#煤層工作面應(yīng)利用好液壓支架的護(hù)幫板和端頭支架的作用，從而達(dá)到防止液壓支架前出現(xiàn)漏頂現(xiàn)象并對(duì)頂板壓力進(jìn)行很好的控制。