金山煤礦綜放開采技術應用可行性分析

（山西忻州神達金山煤業有限公司，山西 忻州 036600）

1 工程背景

山西忻州神達金山煤業有限公司井田北鄰陽泉煤業集團五鑫煤業有限公司，南接山西忻州神達晉保煤業有限公司，東部為煤層露頭，西部無煤礦。井田地層沿走向、傾向的產狀變化不大，總體走向為近南北，向西傾伏的單斜構造，傾角7°～9°，一般8°，井田內無斷裂構造，未發現有巖漿巖侵入體，不影響采區的合理劃分和采煤工作面的連續推進，本井田地質構造類型屬簡單類型。

井田內含可采煤層2層，即12、13號煤層，12號煤層剩余可采儲量為1.662 Mt，結合礦井目前12號煤層開采情況，12號煤層剩余服務年限不足1年。為了保障礦井正常生產接續，對13號煤層進行放頂煤可行性分析已成為亟待解決的問題。

2 開采條件分析與論證

2.1 水文地質

13號煤層正常涌水量21.4m3/h，最大涌水量27.9m3/h，采區水文地質條件中等，可以采用放頂煤開采。水患類型有地表水、裂隙水、采空區積水和奧灰水等[1-2]。其中，奧灰水位標高低于12號、13號煤層的最低底板標高，奧灰水對煤層開采無影響。針對其他水患類型，加強地表巡查，做好雨季地面塌陷、地裂縫治理等工作；嚴格執行“預測預報，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采面及上幫進行探放水，然后方可開始回采，推進過程中必須保持探水進超前距不少于20 m。

2.2 瓦斯

根據2018年的瓦斯鑒定報告，礦井相對瓦斯涌出量為0.74m3/t，絕對瓦斯涌出量為1.19m3/min，相對二氧化碳涌出量為1.1m3/t，回采工作面絕對瓦斯涌出量為0.5m3/min，掘進工作面絕對瓦斯涌出量為0.38m3/min，礦井瓦斯等級鑒定為低瓦斯礦井，不存在瓦斯突出的危險，可以進行放頂煤開采。

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]。針對上隅角瓦斯聚集，在生產過程中，必須及時回撤工作面機尾的液壓支架，加強工作面機尾端頭的支護管理。加強通風管理，減少上隅角的風流渦流區域，從而降低上隅角的瓦斯濃度。

2.3 煤層賦存

13號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，煤層賦存穩定，含夾矸0～3層，夾矸單層厚度0.25～0.75m，頂板為砂質泥巖或泥巖，底板為砂質泥巖或砂巖，為本井田穩定的全區可采煤層，該煤層在井田的東部剝蝕。在井田13號煤層露頭附近有一開采深度約10 m左右的小窯，小窯口位于礦界外，且所采的為風氧化煤，對煤礦生產無影響。從賦存條件來看，煤層穩定，結構簡單，有利于放頂煤開采。

煤層平均厚度13.53m，工作面設計采用MG300/730-WD雙滾筒采煤機割煤，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，符合規范要求，可以進行放頂煤開采。

2.4 自燃性

根據13號煤層掘進工作面處的煤樣自燃等級測試，13號煤層吸氧量0.56 cm3/g，自燃等級為Ⅱ級，傾向性為自燃。目前井下未發現火區，地面未發現煤層自燃現象。

鑒于煤層傾向于自燃，為了保證正常的放頂煤生產，需要對工作面的煤堆自燃情況進行實時監測。設計采用現有的JSG8煤礦自然發火束管監測系統及自帶煤礦專用火災氣體色譜分析系統，借助束管將礦井井下各測點的氣體，經抽氣泵負壓抽取、匯總到指定地點，借助氣相色譜檢測裝置對束管采集的井下氣樣進行分析，實現對CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、O2、N2等氣體含量的在線監測，其監測結果在以實時監測報告、分析日報等方式提供數據的同時，亦可自動存入數據庫中，以便今后對某種氣體含量的變化趨勢分析，從而實現對礦井自燃火災的早期預報。

2.5 頂板

13號煤層直接頂為厚2.30～23.44m的泥巖或砂質泥巖，抗壓強度為8.0～8.8MPa，平均8.3MPa，抗壓強度小，屬軟弱巖石，一般會隨采隨落，符合放頂煤開采的相關要求。

2.6 頂煤冒放性

依據《采礦工程設計手冊》頂煤冒放性評價的方法進行評價。影響頂煤冒放性的自然因素主要有開采深度、煤層厚度、煤層結構、夾矸層數多少及其硬度和厚度、煤層頂板巖性及其煤厚和巖、煤體裂隙發育程度，還有煤巖層交界面地質結構整合程度等[5-6]。因此，需要對各影響因素的隸屬度進行取值計算。

選取13號煤層13101首采工作面進行評價，工作面采深H為145～235m，煤層單向抗壓強度Rc為6.40MPa，采深與煤層強度之比：H/Rc=22.6～36.7，隸屬度值μ1取0.9；直接頂屬于2類中等穩定頂板，隸屬度值μ2取0.8；老頂為Ⅱ類頂板，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號煤層煤體強度約為6.40MPa，隸屬度值μ5取0.9；13號煤層夾矸層厚度250～750 mm，夾矸層強度小于10MPa，隸屬度值μ6取1.0；夾矸層巖性為炭質泥巖和泥巖，強度較小，隸屬度值μ7取0.8。

采場頂煤整體冒放性計算方法見下式，將取值數據代入式中，計算得μ=0.841，根據計算結果，查表得出13101工作面頂煤冒放性評價結果為“好”。

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

綜合以上6方面的詳細分析，認為金山煤業公司13號煤層在現有的條件下能夠采用放頂煤開采技術。

3 結語

1）通過對水文地質、瓦斯、煤層賦存條件、頂板性質、自燃性、頂煤冒放性等影響因素進行綜合分析。

2）對影響放頂煤開采技術進行了初步論證后，認定金山煤業公司13號煤層在當前條件下可以采用放頂煤開采技術。