老礦井村莊搬遷后多層煤柱區(qū)域高回收率開采技術(shù)

研發(fā)起止時間：2017.8~2021.4

完成單位：晉能控股集團有限公司、遼寧工程技術(shù)大學、晉能控股煤業(yè)集團有限公司、晉能控股山西科學技術(shù)研究院有限公司

成果水平：國際先進

1 項目背景

大同礦區(qū)煤峪口礦具有典型的“雙系”煤層群開采特征，目前正在開采上覆侏羅系煤層群，下方石炭系煤層正在進行巷道延伸及工作面的圈定工作。侏羅系煤層群的含煤地層總厚度為74 m～264 m，平均210 m，可采煤層21層，單層最大厚度7.81 m。礦井主要開采3#煤層、9#煤層、11#煤層、12#煤層和14#煤層，其中主采煤層的可采區(qū)域已基本開采完畢，受不同開采規(guī)劃及設計、開采方式、開采范圍等因素的影響，尚有部分村莊下保護煤柱沒有開采，形成了一部分孤島煤柱區(qū)域，目前11#煤層307盤區(qū)、12#煤層307盤區(qū)為多層煤柱開采區(qū)域，其中包括11#煤層與12#煤層合并層8701工作面、11#煤層8703工作面、12#煤層8705工作面，上述三個工作面的開采使得侏羅系煤層地質(zhì)與開采條件進一步復雜，開采難度加大，安全問題嚴峻，給巷道支護、工作面安全、高效生產(chǎn)帶來一定的威脅與隱患。為此亟須開展“老礦井村莊搬遷后多層煤柱區(qū)域高回收率開采技術(shù)”課題，為煤峪口礦多層煤柱區(qū)域安全開采提供技術(shù)支持。

2 研究內(nèi)容

（1）針對大同礦區(qū)煤峪口礦侏羅系煤層開采形成的多層煤柱區(qū)域情況，應用理論分析、數(shù)值模擬、實驗室試驗與現(xiàn)場監(jiān)測等多種方法與手段，從礦井地質(zhì)與開采技術(shù)條件分析出發(fā)，進行煤峪口礦多層煤柱區(qū)域地質(zhì)動力環(huán)境評估。

（2）分析區(qū)域開采條件、煤柱區(qū)域應力與能量分布特征，研究煤柱區(qū)域礦井動力災害影響因素與發(fā)生機制，進行煤柱區(qū)域動力災害危險性評價。

（3）提出煤柱區(qū)域安全開采技術(shù)方案與開采技術(shù)參數(shù)，確定礦井動力災害的防治技術(shù)措施，為煤峪口煤礦多層煤柱區(qū)域安全開采提供技術(shù)支持。

3 主要研究成果

（1）根據(jù)煤層沖擊傾向性鑒定、沖擊危險性評價與地質(zhì)動力環(huán)境評估結(jié)果，確定煤峪口礦11#煤層、12#煤層、14#煤層開采具備沖擊危險，確定11#煤層、12#煤層在采取有效的防治措施條件下可以進行開采，14#煤層不開采。

8705工作面開采后三角煤柱區(qū)應力與原巖應力相比，升高了251%，積聚的能量較大，發(fā)生沖擊地壓可能性增大，應采取相應的防治措施，煤柱區(qū)應力值情況見曲線圖1所示。

圖1 2個工作面不同開采距離時三角煤柱應力值變化情況

當8705工作面推進至380 m時，三角煤柱區(qū)受8703與8705開采的雙重影響，應力疊加，達到最高為22.74 MPa，三維應力圖如圖2所示。8705工作面推進至停采線時，三維應力如圖3所示。

圖2 8705工作面推進400m時三角煤柱區(qū)應力等值線

圖3 8705工作面推進停采線三角煤柱區(qū)應力等值線

（2）建立了地質(zhì)動力環(huán)境評價方法和評價指標體系，通過對斷裂構(gòu)造運動條件等評價指標進行分析，確定了煤峪口礦地質(zhì)動力環(huán)境的綜合評價指數(shù)為0.542（如表1），表明具有中等的沖擊地壓地質(zhì)動力環(huán)境，確定了沖擊地壓危險區(qū)。

表1 煤峪口礦地質(zhì)動力環(huán)境評價

（3）提出了多層煤柱區(qū)的鉆孔卸壓、爆破卸壓等防治技術(shù)方案，并在沖擊地壓危險區(qū)域采取了鉆孔卸壓措施（圖4、5所示），實現(xiàn)了煤峪口礦侏羅系煤層最后一個工作面的安全高效回采。

圖4 8705工作面卸壓范圍

圖5 卸壓鉆孔布置剖面圖

4 應用效益

該項研究成果在煤峪口礦得到了成功應用，8705工作面受8701采空區(qū)卸壓作用，8705開采工作面頂板應力與載荷平穩(wěn)，礦壓顯現(xiàn)穩(wěn)定，未發(fā)生動載礦壓或沖擊地壓等動力災害，實現(xiàn)了煤峪口礦侏羅系煤層最后一個工作面的安全回采，也為類似條件礦井安全高效生產(chǎn)提供借鑒。

本項目于2021年4月8日通過了中國煤炭工業(yè)協(xié)會組織的專家鑒定，研究成果達到國際先進水平。

（供稿：晉能控股山西科學技術(shù)研究院有限公司（大同）技術(shù)中心 臧歡歡）