金山煤礦綜放開(kāi)采技術(shù)應(yīng)用可行性分析

（山西忻州神達(dá)金山煤業(yè)有限公司，山西 忻州 036600）

1 工程背景

山西忻州神達(dá)金山煤業(yè)有限公司井田北鄰陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)五鑫煤業(yè)有限公司，南接山西忻州神達(dá)晉保煤業(yè)有限公司，東部為煤層露頭，西部無(wú)煤礦。井田地層沿走向、傾向的產(chǎn)狀變化不大，總體走向?yàn)榻媳?，向西傾伏的單斜構(gòu)造，傾角7°～9°，一般8°，井田內(nèi)無(wú)斷裂構(gòu)造，未發(fā)現(xiàn)有巖漿巖侵入體，不影響采區(qū)的合理劃分和采煤工作面的連續(xù)推進(jìn)，本井田地質(zhì)構(gòu)造類(lèi)型屬簡(jiǎn)單類(lèi)型。

井田內(nèi)含可采煤層2層，即12、13號(hào)煤層，12號(hào)煤層剩余可采儲(chǔ)量為1.662 Mt，結(jié)合礦井目前12號(hào)煤層開(kāi)采情況，12號(hào)煤層剩余服務(wù)年限不足1年。為了保障礦井正常生產(chǎn)接續(xù)，對(duì)13號(hào)煤層進(jìn)行放頂煤可行性分析已成為亟待解決的問(wèn)題。

2 開(kāi)采條件分析與論證

2.1 水文地質(zhì)

13號(hào)煤層正常涌水量21.4m3/h，最大涌水量27.9m3/h，采區(qū)水文地質(zhì)條件中等，可以采用放頂煤開(kāi)采。水患類(lèi)型有地表水、裂隙水、采空區(qū)積水和奧灰水等[1-2]。其中，奧灰水位標(biāo)高低于12號(hào)、13號(hào)煤層的最低底板標(biāo)高，奧灰水對(duì)煤層開(kāi)采無(wú)影響。針對(duì)其他水患類(lèi)型，加強(qiáng)地表巡查，做好雨季地面塌陷、地裂縫治理等工作；嚴(yán)格執(zhí)行“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，有掘（采）必(鉆)探，先探后掘，先治后采”的探放水原則，綜放工作面回采前先對(duì)采面及上幫進(jìn)行探放水，然后方可開(kāi)始回采，推進(jìn)過(guò)程中必須保持探水進(jìn)超前距不少于20 m。

2.2 瓦斯

根據(jù)2018年的瓦斯鑒定報(bào)告，礦井相對(duì)瓦斯涌出量為0.74m3/t，絕對(duì)瓦斯涌出量為1.19m3/min，相對(duì)二氧化碳涌出量為1.1m3/t，回采工作面絕對(duì)瓦斯涌出量為0.5m3/min，掘進(jìn)工作面絕對(duì)瓦斯涌出量為0.38m3/min，礦井瓦斯等級(jí)鑒定為低瓦斯礦井，不存在瓦斯突出的危險(xiǎn)，可以進(jìn)行放頂煤開(kāi)采。

該礦井雖鑒定為低瓦斯礦井，但上隅角一直是瓦斯容易聚集的地方[3-4]。針對(duì)上隅角瓦斯聚集，在生產(chǎn)過(guò)程中，必須及時(shí)回撤工作面機(jī)尾的液壓支架，加強(qiáng)工作面機(jī)尾端頭的支護(hù)管理。加強(qiáng)通風(fēng)管理，減少上隅角的風(fēng)流渦流區(qū)域，從而降低上隅角的瓦斯?jié)舛取?/p>

2.3 煤層賦存

13號(hào)煤層位于太原組中部，S2砂巖之下，煤層厚度11.04～15.59m，平均13.53m，煤層賦存穩(wěn)定，含夾矸0～3層，夾矸單層厚度0.25～0.75m，頂板為砂質(zhì)泥巖或泥巖，底板為砂質(zhì)泥巖或砂巖，為本井田穩(wěn)定的全區(qū)可采煤層，該煤層在井田的東部剝蝕。在井田13號(hào)煤層露頭附近有一開(kāi)采深度約10 m左右的小窯，小窯口位于礦界外，且所采的為風(fēng)氧化煤，對(duì)煤礦生產(chǎn)無(wú)影響。從賦存條件來(lái)看，煤層穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有利于放頂煤開(kāi)采。

煤層平均厚度13.53m，工作面設(shè)計(jì)采用MG300/730-WD雙滾筒采煤機(jī)割煤，首采工作面采高3.6m，平均放頂高度9.93m，采放比1:2.76，小于1:3，符合規(guī)范要求，可以進(jìn)行放頂煤開(kāi)采。

2.4 自燃性

根據(jù)13號(hào)煤層掘進(jìn)工作面處的煤樣自燃等級(jí)測(cè)試，13號(hào)煤層吸氧量0.56 cm3/g，自燃等級(jí)為Ⅱ級(jí)，傾向性為自燃。目前井下未發(fā)現(xiàn)火區(qū)，地面未發(fā)現(xiàn)煤層自燃現(xiàn)象。

鑒于煤層傾向于自燃，為了保證正常的放頂煤生產(chǎn)，需要對(duì)工作面的煤堆自燃情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。設(shè)計(jì)采用現(xiàn)有的JSG8煤礦自然發(fā)火束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及自帶煤礦專(zhuān)用火災(zāi)氣體色譜分析系統(tǒng)，借助束管將礦井井下各測(cè)點(diǎn)的氣體，經(jīng)抽氣泵負(fù)壓抽取、匯總到指定地點(diǎn)，借助氣相色譜檢測(cè)裝置對(duì)束管采集的井下氣樣進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、O2、N2等氣體含量的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，其監(jiān)測(cè)結(jié)果在以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)告、分析日?qǐng)?bào)等方式提供數(shù)據(jù)的同時(shí)，亦可自動(dòng)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便今后對(duì)某種氣體含量的變化趨勢(shì)分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井自燃火災(zāi)的早期預(yù)報(bào)。

2.5 頂板

13號(hào)煤層直接頂為厚2.30～23.44m的泥巖或砂質(zhì)泥巖，抗壓強(qiáng)度為8.0～8.8MPa，平均8.3MPa，抗壓強(qiáng)度小，屬軟弱巖石，一般會(huì)隨采隨落，符合放頂煤開(kāi)采的相關(guān)要求。

2.6 頂煤冒放性

依據(jù)《采礦工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》頂煤冒放性評(píng)價(jià)的方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。影響頂煤冒放性的自然因素主要有開(kāi)采深度、煤層厚度、煤層結(jié)構(gòu)、夾矸層數(shù)多少及其硬度和厚度、煤層頂板巖性及其煤厚和巖、煤體裂隙發(fā)育程度，還有煤巖層交界面地質(zhì)結(jié)構(gòu)整合程度等[5-6]。因此，需要對(duì)各影響因素的隸屬度進(jìn)行取值計(jì)算。

選取13號(hào)煤層13101首采工作面進(jìn)行評(píng)價(jià)，工作面采深H為145～235m，煤層單向抗壓強(qiáng)度Rc為6.40MPa，采深與煤層強(qiáng)度之比：H/Rc=22.6～36.7，隸屬度值μ1取0.9；直接頂屬于2類(lèi)中等穩(wěn)定頂板，隸屬度值μ2取0.8；老頂為Ⅱ類(lèi)頂板，隸屬度值μ3取0.6；13101工作面采放比為1：2.77，隸屬度值μ4取0.8；13號(hào)煤層煤體強(qiáng)度約為6.40MPa，隸屬度值μ5取0.9；13號(hào)煤層夾矸層厚度250～750 mm，夾矸層強(qiáng)度小于10MPa，隸屬度值μ6取1.0；夾矸層巖性為炭質(zhì)泥巖和泥巖，強(qiáng)度較小，隸屬度值μ7取0.8。

采場(chǎng)頂煤整體冒放性計(jì)算方法見(jiàn)下式，將取值數(shù)據(jù)代入式中，計(jì)算得μ=0.841，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，查表得出13101工作面頂煤冒放性評(píng)價(jià)結(jié)果為“好”。

式中：Ai為頂煤冒放性影響因素權(quán)重分配系數(shù)；μi為頂煤冒放性影響因素隸屬度值。

綜合以上6方面的詳細(xì)分析，認(rèn)為金山煤業(yè)公司13號(hào)煤層在現(xiàn)有的條件下能夠采用放頂煤開(kāi)采技術(shù)。

3 結(jié)語(yǔ)

1）通過(guò)對(duì)水文地質(zhì)、瓦斯、煤層賦存條件、頂板性質(zhì)、自燃性、頂煤冒放性等影響因素進(jìn)行綜合分析。

2）對(duì)影響放頂煤開(kāi)采技術(shù)進(jìn)行了初步論證后，認(rèn)定金山煤業(yè)公司13號(hào)煤層在當(dāng)前條件下可以采用放頂煤開(kāi)采技術(shù)。