尹家溝煤業上覆2號煤層蹬空開采可行性研究

趙禹鵬

（陽城縣陽泰集團實業有限公司，山西 晉城 048100）

1 工程概況

陽泰集團尹家溝煤業位于山西省晉城市陽城縣鳳城鎮尹家溝村西，批準開采2號、10號煤層，井田面積為3.267 km2，批準開采標高+840～ +600 m，當前主要利用原有10號煤層開拓系統，開采上組2號煤層。2號煤層保有資源/儲量661萬t，設計可采儲量293.6萬t。根據補充勘探地質報告可知，2號煤層下方的部分10號煤層已采空，蹬空區保有資源/儲量188萬t。鑒于尹家溝煤業10號煤層采空區對上部未開采的2號煤層形成既成蹬空，因此，為確保2號煤層的安全開采，必須先對2號煤層蹬空開采的可行性進行論證研究分析[1-6]，提出保證安全生產的合理化技術措施。

2 蹬空開采影響因素分析

2.1 層間距

從目前蹬空開采理論研究看，層間距應至少大于下部煤層開采所形成的垮落帶高度。礦井10號煤層和2號煤層的最小層間距為41.42 m，10號煤層垮落帶高度8.32～13.32 m＜41.42 m，滿足2號煤層的蹬空開采要求。

2.2 下部煤層采高

對于單一煤層，垮落帶及裂隙帶高度與采高基本上成正比關系，基于陽泰集團同類型煤礦蹬空開采的經驗，考慮到尹家溝煤業10號煤層厚度為0.62～4.30 m，平均厚2.24 m，根據礦井實際開采情況，采高在1.6～2.8 m。認為10號煤層的采高在一個較為合理的采高范圍內，對2號煤層蹬空開采威脅較小。

2.3 采煤方法和頂板管理方法

采煤方法是控制覆巖破壞高度的重要因素，頂板管理方法決定著覆巖破壞的空間形態和高度。尹家溝煤業在投產后至2002年采煤方法改革以前，10號煤層采用的是刀柱式開采，全部垮落法管理頂板，工作面切眼長度為90 m，巷柱間距25 m，采17 m，留設17 m煤柱；蹬空區5、6、10、11下部10號煤層為2002年—2003年開采形成的采空區，采高為2.5 m左右，采用炮采一次采全高采煤方法；蹬空區7、8、9下部10號煤層為2004年—2009年開采形成的采空區，采高為2.2 m左右，采用炮采一次采全高采煤方法。

2.4 煤層傾角

煤層傾角主要影響采場上覆巖層破壞的空間形態，因此形成垮落帶和裂隙帶的不對稱，傾斜上方高，下方低。尹家溝煤礦10號煤層傾角2°～10°，為近水平煤層。結合以上分析可知采場上覆巖層垮落后就地堆積在煤柱的兩側，可有效抵制煤柱變形破壞，有助于煤柱實現三向受力狀態，從而有利于2號煤層的蹬空開采。

2.5 開采時間間隔

煤層采出之后，覆巖垮落、移動至穩定，有一個時間發展過程，覆巖類型不同，裂隙帶發育到最高后穩定時間也不一樣。尹家溝煤業2號煤層蹬空開采區域下方對應的10號煤層采空區為1989年—2012年開采所形成，上覆巖層垮落、下沉后，已基本穩定，有利于2號煤層的蹬空開采。

3 2號煤層蹬空開采可行性分析

3.1 采動影響比值判別法分析

采動影響比值判別法主要通過影響蹬空開采的兩個主要因素（層間距和下部煤層采高）的關系來衡量蹬空開采的可行性。尹家溝煤業有蹬空開采區域10號煤層最大厚度為4.30 m，煤層最小層間距為41.42 m。經計算得：對于2號煤層，最小采動影響比值K=9.63，而我國蹬空開采的實踐及研究成果證明，當綜合比值K＞ 6. 3時，理論上2號煤層不需要制定特殊安全技術保證措施即可安全蹬空開采。

3.2 “三帶”判別理論分析

蹬空開采是先開采下部煤層，當上、下煤層的層間距小于或等于下煤層垮落帶高度時，上煤層結構遭到嚴重破壞，無法進行蹬空開采；當上、下煤層間距小于或等于裂隙帶高度時，上煤層結構中等程度破壞，采取安全措施后可正常進行蹬空開采；當上、下煤層間距大于下煤層的裂隙帶高度時，上煤層結構不被破壞，可正常進行蹬空開采。

依據“三帶”高度計算公式，代入參數得到10號煤層開采后形成的導水裂隙帶高度33. 38 m。根據尹家溝煤業的實際情況，10號煤層和2號煤層的最小層間距為41.42 m，因此2號煤層可安全進行蹬空開采。

3.3 圍巖平衡判別法

開采應在下煤層開采引起破壞的巖層穩定之后進行，蹬空開采必要的層間距：

式中：Hb為必要層間距，m；M為下煤層最大采高，取2.80 m；K為巖石碎脹系數，取1.3；h為平衡巖層本身高度，取到10.35 m。

計算得Hb為19.68 m，10號煤層和2號煤層最小層間距為41.42 m，說明可以進行蹬空開采。

3.4 數理統計分析法

蹬空開采所必需的層間距的經驗公式為：

式中：H為必需層間距，m；M為下煤層采高，2.80 m；MS為上煤層高度，2號煤層采高取3.15 m。

計算得到H＞16.23 m。蹬空開采區域，10號煤層和2號煤層的最小層間距為41.42 m，故2號煤層可以進行蹬空開采。

綜上所述，尹家溝煤業2號煤層具有良好的蹬空開采條件，可以進行蹬空開采。

4 實測情況分析

目前，2號煤層已掘的201采區運輸巷、201采區軌道巷、20101工作面運輸順槽及回風順槽，其下方為1989年以前開采的10號層采空區。四條巷道均采用梯形斷面，凈寬3.7 m，凈高2.5 m，工字鋼棚支護，間距為600 mm。巷道兩幫及頂底板均未發現裂縫，巷道圍巖較完整，且2號煤層及其頂底板整體保持了良好連續性，未出現臺階下沉等不連續變形情況。礦壓觀測數據顯示，4條巷道圍巖無明顯變形，頂板無離層。201采區運輸巷、201采區軌道巷、20101工作面運輸順槽及回風順槽實測結果表明，2號煤層處于10號煤層開采后形成的垮落帶及裂隙帶之上，且其連續性未遭到破壞，整體完整性較好，從而表明該區域2號煤層可正常蹬空開采。

5 結論

針對影響尹家溝煤業2號煤層實施蹬空開采的主要因素進行了分析，利用采動影響比值判別法、“三帶”判別法、圍巖平衡判別法、數理統計分析法從理論方面驗證了尹家溝煤業2號煤層進行蹬空開采的可行性。201采區運輸巷、201采區軌道巷、20101工作面運輸順槽及回風順槽實測結果表明2號煤層可正常蹬空開采。