肥城礦區衰老礦井資源挖潛開采可行性分析

尹萬才，彭濤

(1.山東能源集團，山東 濟南　250014；2.山東興楊公司，山東 肥城　271600)

肥城礦區衰老礦井資源挖潛開采可行性分析

尹萬才1，彭濤2

(1.山東能源集團，山東 濟南250014；2.山東興楊公司，山東 肥城271600)

介紹了肥城礦區煤層開采情況，分析了煤層賦存現狀，研究了8，9，10煤層采空區上方7煤層開采的可行性，對于提高資源枯竭礦井的煤炭資源回收率，延長礦井的服務年限，穩定礦區的生產生活具有重要意義。

采空區；上覆煤層；開采可行性；肥城礦區

引文格式：尹萬才，彭濤.肥城礦區衰老礦井資源挖潛開采可行性分析[J].山東國土資源，2015,31(2)：40-42.YIN Wancai，PENG Tao. Feasibility Analysis on Exploring Mineral Resources of in Old Mine Area in Feicheng City[J].Shandong Land and Resources, 2015,31(2):40-42.

0　引言

肥城煤田位于魯西臺背斜肥城斷陷盆地內，為第四系覆蓋的全隱蔽式煤田，東西走向長22km，南北傾斜寬2～7km，面積98km2，是一個較完整的盆地地形。該區地層自下而上有前震旦系、寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、古近系、第四系。主要含煤地層為石炭-二疊紀太原組和山西組。主要可采煤層為3，7，8，9，10層煤(圖1)。中石炭世本溪組厚約50m，夾薄層灰巖2～3層，其中徐家莊灰巖位于煤系地層底部，為礦井充水的直接含水層，奧灰為礦井充水的水源層。煤田內斷裂構造發育，使五灰、奧灰水力聯系密切，形成了復雜的水文地質條件。肥城礦區經過50多年的開采，上組煤(3煤層)已基本開采完畢，目前主要開采下組煤。礦區東部的五里垢礦、楊莊礦等煤礦的下組煤8，9，10煤層也接近開采完畢。如何深入挖掘資源潛力，最大限度的回收煤炭資源，延長礦井的服務年限成為關系礦井壽命的重要問題。

太原群地層中的7煤層厚度1m多，因該煤層斷層較多，灰分較高，發熱量稍低，效益不明顯，多數礦井前期未作為開采重點，尤其是礦區東部的五里垢礦、楊莊礦等礦井7煤層基本未開采。通過研究反程序開采7煤層的可行性，順利實現7煤層開采，可延長礦井的服務年限5～10年，對于保證礦區生產和職工生活，提高煤炭資源回收率，維護礦區的穩定具有重要意義。

1　煤層賦存基本狀況

肥城礦區東部的楊莊礦、五里垢等礦井7煤層因斷層較多，灰分較高，發熱量偏低，效益不明顯，礦井前期開采時均未作為重點煤層開采。7層煤平均厚度1.05m,向下與8層煤間距42m,煤層賦存穩定，結構簡單。整個礦井煤層幾乎未采，煤層賦存完整，如楊莊礦的7煤儲量為418.6萬t，按45萬t產能計算，可延長礦井服務年限5年多。

2　采空區上覆煤層開采可行性分析

因7煤層下面的8，9，10煤層均已開采完畢，7煤層的開采存在8，9，10煤層采空區及其冒落裂隙帶影響的可能性，也存在底板承壓水威脅的可能性。因此，影響7煤層開采的因素主要有兩個方面：一是7煤底板8，9，10煤層開采造成的采空區冒落裂隙帶是否會延伸至7煤，影響煤層底板的完整性；二是7煤底板五灰奧灰承壓水是否威脅該煤層的開采。

2.1下部煤層開采垮落裂隙帶有關問題分析

圖1　肥城煤田地層柱狀圖

2.1.1垮落裂隙帶高度計算

煤層開采后，其上覆巖層與底板巖層的原始應力狀態遭到破壞，應力重新分布，上覆巖層隨之發生移動和變形，造成上覆巖層的垮落、斷裂及彎曲下沉。在上覆巖層穩定后在垂直方向上一般分為冒落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶(圖2)。

圖2　上覆巖層冒落裂隙帶示意圖

一般情況下，當上下煤層的間距小于或等于下部煤層的冒落帶高度時，上部煤層的整體性遭到破壞，無法正常開采；當上下煤層的間距大于冒落帶的高度而小于或等于裂隙帶的高度時，上部煤層只是受到一定程度的裂隙破壞，采取一定的維護措施后可以正常開采；當上下煤層的層間距大于下部煤層的冒落裂隙帶的高度時，上部煤層只發生整體下沉位移，煤層整體連續性沒有被破壞，可以正常回采。

(1)8煤層開采垮落帶高度計算。該煤層頂板為4.5～5.0m的石灰巖，初壓步距11～25m，開采時頂板不易冒落，易懸頂，據有關規程規定冒落帶高度采用下式：

式中：M為煤層厚度，取平均厚度1.75m；α為煤層傾角，取8；K為垮落巖石碎脹系數，取1.25；W為頂板下沉量，m取0。代入上式計算得8煤層開采冒落帶高度H=7.01m。

(2)8煤層開采裂隙帶高度計算。頂板覆巖主要為灰巖、砂巖、粘土巖等，按中硬頂板公式計算：

H=100∑M/(1.6∑M+3.6)±5.6

8煤層厚度取平均厚度1.75m，代入數據計算得8層煤開采裂隙帶高度為21.74～32.94/27.34m。

(3)9，10煤層開采跨落帶高度計算。兩層煤間距1.58～3.05m,為近距離煤層，根據規程規定，其開采冒落帶高度計算公式如下：

H=100∑M/(4.7∑M+19)±2.2

式中：∑M為9，10層煤的綜合厚度，取平均值2.71m代入上式計算得9，10層煤開采垮落高度為6.34～10.74/8.54m。

(4)9，10煤層開采裂隙帶高度計算：

H=100∑M/(1.6∑M+3.6)±5.6

9，10煤層的綜合厚度，取平均值2.71m代入上式得9，10煤層開采裂隙帶高度為28.55～39.75/34.15m。經計算論證表明，7，8煤層的間距大于8煤開采引起的垮落裂隙帶的高度，7煤與9，10煤的間距大于9，10煤開采引起垮落裂隙帶的高度(表1)。因此，下部8，9，10層煤的開采造成頂板巖石的垮落裂隙帶不會影響7層煤的開采。

表1　煤層間距與垮落裂隙帶高度對比

2.1.2下部煤層開采后上覆巖層的穩定時間

下部煤層開采使上覆巖層出現垮落、裂縫、彎曲變形，如在變形期間在此巖層內進行采掘活動，地應力重新分布引起的巖移變形未穩定，會造成巷道及工作面的維護困難，影響采掘活動的正常開展。因此，上部煤層的采掘活動應在下部煤層開采造成的巖層移動變形穩定后進行。根據我國部分煤礦反程序開采的實例總結統計分析，一般上下煤層的開采間隔時間大于12個月時，下部煤層開采造成的巖層移動趨于穩定，上部煤層能實現正常回采。

2.27層煤開采受底板五灰與奧灰承壓水威脅程度

3　結論

經計算分析，在下部8，9，10煤層開采完畢的情況下，開采上覆的7煤層儲量在技術上是可行的，底板采空區垮落裂隙帶不影響7煤底板的完整性，7煤開采亦不受底板承壓水的威脅。因此能夠實現7層煤的安全回采。通過開采7層煤，可大幅度提高煤炭資源的回收率，延長礦井的服務年限，對條件類似礦井的煤炭資源回收具有借鑒作用，對于礦區的生產生活穩定發展具有重要意義。

[1]金連生，牟金鎖.建筑物水體鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程[M].北京：煤炭工業出版社，2000.

[2]武強.煤礦防治水規定[M].北京：中國礦業大學出版社，2009.

[3]吳文彬.煤炭工業礦井設計規范[M].北京：中國計劃出版社，2005.

[4]魏黎明.深入挖潛細致改造延長礦井開采服務年限[J].煤炭技術，2009，(3)：16-19.

[5]李文蒙.泰安市煤炭資源開采老區開展資源挖潛的途徑和對策[J].山東國土資源，2012，28(10)：60-63.

Feasibility Analysis on Exploring Mineral Resources of in Old Mine Area in Feicheng City

YIN Wancai1，PENG Tao2

(1.Shandong Energy Group, Shandong Jinan 250014, China; 2.Shandong Xingyang Company， Shandong Feicheng 271600, China)

In this paper, mining situation of coal strata in Feicheng mining area has been introduced, present occurrence situation of coal strata have been analyzed, and exploration feasibility of No.7 layer in mined-out areas of No.8, No.9 and No.10 coal strata have been studied. It has important significant for the improving recovery rate of resource depletion mines, prolonging the service life of mine, and stable production and life in this area.

Mined-out area; overlying coal strata; mining feasibility; analysis

2014-08-15；

2014-11-27；編輯：曹麗麗

尹萬才(1966—)，男，山東昌樂人，研究員，主要從事礦井地質及防治水工作；E-mail：cmzyin@163.com

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