急傾斜近距離薄煤層群下行開采上下煤層相互影響的探討

摘 要：以宣威市寶達煤礦為工程背景，通過理論探討、現場調研、工程經驗分析等研究手段，對其地質構造、開采技術條件、下行開采時上下煤層相互影響進行了系統分析。相關的研究成果可為宣威市寶達煤礦生產時提供理論依據。

關鍵詞：理論探討；下行開采；急傾斜近距離薄煤層群

1 概述

寶達煤礦開采煤層為急傾斜近距離薄煤層群，采用下行開采順序時，上部煤層的開采可能會對下部煤層構成破壞。重慶中梁山煤礦煤層賦存條件與寶達煤礦類似，均屬急傾斜近距離薄煤層群，且該礦開采條件更差，屬煤與瓦斯突出礦井。調查中除與相關技術人員進行交流及搜集資料外，還下井參觀了回采工作面的生產狀況。參觀的工作面所屬煤層為K2煤層，為先行開采的保護層，上下部均有可采煤層，煤層間距在3～8m。工作面煤層直接頂為砂質泥巖，厚度1-2.5m，深灰色、塊狀，含黃鐵礦晶粒，與K2煤層接觸處有0.10m的菱鐵礦層。煤層底板為粘土巖，厚度0.15-0.80m，淺灰色、塊狀；老底為細粒砂巖，厚度1.3-3.5m，灰褐色，薄層狀，含菱鐵礦結核。工作面采厚0.8m，煤層傾角65-70°，工作面布置成俯偽斜正臺階，工作面垂高70m，采用風鎬落煤，為降低煤塵影響并改善作業環境采用下行通風。據介紹中梁山煤礦煤層間距在5m以上，開采上層煤就不會對下層煤造成破壞影響，究其原因是由于薄煤層開采后頂板垮落及時充填了采空區，限制了煤層底板的移動和垮落，實際觀察看矸石充填的采空區高度達采面長的三分之二以上，煤層底板沒有出現垮落的情況。對于煤層間距在5m以下的煤層，中梁山煤礦采用上下煤層配采的方法，即兩層煤同時回采、上層超前距離不超過20m，就能保障安全生產。

2 下行開采時上下煤層相互影響關系

中梁山煤礦的開采技術條件與寶達煤礦較為相似，由前者矸石充填采空區高度達采面的三分之二而煤層底板沒有出現垮落的情況看，只要充填及時，可以在很大程度上減小對下部煤層開采條件的破壞。急傾斜煤層采用下行開采順序時，上下煤層相互影響關系見圖1。

由圖可以看到，開采上層煤不對下層煤構成破壞的條件為：

其中：M-層間距，m；hw-未充填垂高，m；hc-已充填垂高，m；α-煤層最大傾角，°；λ-底板巖層移動角，°。

采空區矸石充填參數計算如下：

煤層開采后的直接頂每米充填體積Q1、直接頂垮落體積Q2、采煤體積Q3以及開采后的每米實際垮落體積Qz、未充填空間Qw以及未充填采空區長度Lw按照以下公式計算：

（1）充填體積Q1根據直接頂厚度hzj、工作面偽斜長P、巖石碎脹系數Kp計算：

Q1=hzj×P×Kp×1.0

（2）直接頂垮落體積Q2根據直接頂厚度、工作面偽斜長P計算：

Q2=hzj×P×1.0

（3）采煤體積Q3按最大厚度M計算：

Q3=M×P×1.0

（4）Qz=Q2+Q3

Qw=Qz-Q1；

Lw=Qw/（hzj+M）

我國南桐礦區、淮南礦區和浙江長廣礦區均有急傾斜煤層開采，采用走向長壁陷落法或水平分層采煤法，煤層傾角分別為15-80°、20-84°、70-80°，采厚分別為0.9-3.4m、1.8-4.2m和1.8m。據統計，上述礦區的底板移動角λ分別為54°、55°和65.5°，走向移動角δ分別為70°、75°、71.5°。

寶達煤礦各煤層傾角在59-67°之間，隨著煤層向下水平延伸煤層傾角逐漸變緩。寶達煤礦煤層傾角與南桐、淮南和長廣礦區相似，含煤地層均為二疊系，因此，本設計參照這些礦區實測統計數據，取它們的平均值作為寶達煤礦底板巖層移動角，即λ=58.2°。

以下根據矸石充填參數、煤層傾角、煤層間距（采用表中的最小層間距）校核各煤層下行開采時是否對下部鄰近層構成破壞。詳見表1。

3 結束語

由表1可以看到，寶達煤礦下行開采時，開采煤層頂板自然垮落，基本不會對下部煤層構成破壞。但為了提高煤炭資源利用率，煤礦在生產過程中應在部分區域回采工作面實施強制放頂，適當增加工作面頂板冒落高度和充填高度，從而減小或避免上煤層開采對下煤層的破壞。

參考文獻

[1]高明中.急傾斜煤層開采巖移基本規律的模型試驗[J].巖石力學與工程學報，2004.

[2]陳亞軍.急傾斜近距薄煤層群采煤方法初探[J].煤礦開采，2004.

[3]孫曉冬.急傾斜薄煤層開采礦壓顯現規律研究[J].煤礦開采，2011.

作者簡介：張良保（1977，11-），采礦工程師，1995年畢業于昆明冶金工業學校采礦工程專業，現工作于曲靖市富源縣煤炭工業局規劃發展科，主要從事煤礦技術監管工作。