近距離煤層上行開采可行性判定賈志明【摘要】本文針對現(xiàn)階段煤礦資源短缺的難題，提出可以采用上行開采提高礦井煤炭資源采出率.介紹了目前上行開采的影響因素及判別方法，通過理論計算判別了晉華宮煤礦下煤層采出后造成的上覆煤巖層損傷范圍未波及到上部煤層，并進行了工業(yè)試驗，取得了良好的應用效果.【期刊名稱】《煤礦現(xiàn)代化》【年(卷)，期】2019(000)002【總頁數(shù)】3頁(P188-190)【關鍵詞】上行開采;煤炭采出率;損傷范圍【作者】賈志明【作者單位】山西焦煤西山煤電股份有限公司馬蘭礦仙西古交030205【正文語種】中文【中圖分類】TD8230引言上世紀由于許多煤礦追求經濟效益越過了賦存條件較差的薄煤層，優(yōu)先開采了下面賦存條件較好的厚煤層，但由于煤炭是不可再生資源，隨著煤炭資源的不斷開采，地質賦存條件好的煤層逐漸減少，為了滿足日益增長的煤炭需求量，許多煤礦開始關注之前棄采的薄煤層，此類煤層下方大多存在采空區(qū)，因此，在開采之前需要進行上行開采可行性判定［1］。由于下部煤層垮落式開采后，受開采的影響，上覆煤層會發(fā)生水平和垂直變形，原有的應力狀態(tài)也遭到了破壞，圍巖大范圍松散破碎，穩(wěn)定性變差，掘進巷道難于維護［2］，對上行開采的安全性造成很大的影響。因此，進行下煤層開采后對上覆煤巖層造成損傷范圍的研究，對于上行開采的安全生產和提高煤炭采出率具有重要意義。1近距離煤層群上行開采研究現(xiàn)狀下部煤層開采造成上覆煤巖層的應力環(huán)境發(fā)生變化，且發(fā)生一定的移動變形。若下煤層開采造成上覆煤巖層的破壞范圍波及到上覆煤層，上煤層發(fā)生較大的下沉變形，則不能進行安全上行開采；若破壞范圍未波及到上覆煤層，上煤層保持了較好的連續(xù)性和完整性，則可以保證上行開采的安全性［3,4］。1.1上行開采可行性影響因素總結前人研究經驗，可以得到上行開采可行性的影響因素有：采煤方法、下部煤層采高、上下煤層層間距、層間巖層巖性以及采動時間效應。1） 采煤方法。采煤方法主要分為壁式和柱式，若采用壁式垮落法采煤，下煤層采出后，煤層頂板垮落至采空區(qū)內，上覆煤巖層會發(fā)生較大的移動變形，對上覆煤層的連續(xù)性和完整性容易造成影響，對上行開采的安全不利；若采用柱式采煤法，下煤層采出后，只有直接頂發(fā)生垮落下沉，而上覆老頂及層間巖層不會發(fā)生較大的下沉變形，因此上部煤層保持了良好的連續(xù)性和完整性，大部分都可以進行安全開采，但要防止二次采動影響產生再次垮落。2） 下部煤層采高。下部煤層的采高直接決定了采出后的垮落帶、裂隙帶高度。若上部煤層處于下部煤層采出形成的垮落帶內，則不能進行安全開采，若處于裂隙帶內則可以采取一定安全措施后進行上行開采。因此，在層間距一定的情況下，下部煤層采高越大，越不利于進行上行開采。3） 層間距。上下煤層之間的層間距是影響上行開采的重要因素。層間距較大時，下部煤層開采造成的損傷范圍未波及到上部煤層，則可以進行上行開采；反之，則不可以上行開采。因此，再采高一定的情況下，層間距越大越有利于進行上行開采。4） 層間巖層巖性。層間巖層巖性也是影響上行開采的因素之一。若層間巖層為細砂巖等較硬的巖層，則層間巖層可以保持良好的結構，利于上行開采的進行。若層間巖層為較軟的巖層，不能形成穩(wěn)定的結構，則無法保證上行開采的安全性。5） 采動時間效應。下煤層采出后，需要一定的時間上覆煤巖層才會發(fā)生垮落，下沉變形直至壓實穩(wěn)定，根據(jù)前人研究，可以得到上下煤層采動間隔時間為T=2.5H（H為最大層間距），待采動影響穩(wěn)定后，則可以進行上行開采。1.2現(xiàn)有上行開采可行性判別方法1） 〃三帶”判別法。根據(jù)下部煤層的采高和層間巖層的巖性，選擇合適的〃三帶”計算經驗公式，對下部煤層采出后的三帶高度進行計算。若上部煤層處于下煤層采出后形成的垮落帶內，則不可以進行上行開采，若位于裂隙帶和彎曲下沉帶內，則可以進行上行開采。2） 采動影響倍數(shù)法。通過對以往進行上行開采的煤礦實例分析，得到了一個判別是否可以上行開采的經驗公式。即：采動影響倍數(shù)k=H（層間距）/M（下煤層采高），若k>7.5,則可以進行上行開采；若kv7.5,則上煤層處于下煤層采動影響范圍內，不可以進行上行開采。3） 數(shù)理統(tǒng)計分析法。根據(jù)近年來許多煤礦成功運用上行開采的工作面實踐經驗，我國煤炭科學研究總院同分現(xiàn)場實測、一系列理論計算得到了關于下煤層開采后上行開采需要的安全層間距的經驗公式：H>1.14M下2+4.14+M上式中：H為安全層間距；M下為下部煤層的采高；M上為上部煤層的厚度。2下煤層工作面采空區(qū)上方巖層損傷影響范圍分析總結前面研究，是否可以上行開采決定于下部煤層開采造成上覆巖層的損傷破壞范圍有關，為了進一步確定上覆巖層發(fā)生損傷破壞的具體范圍，需對下煤層采出后上覆巖層的受力狀態(tài)進一步分析。下部煤層采出后，上煤層圍巖力學狀態(tài)發(fā)生變化，導致發(fā)生一系列移動變形，對于長壁垮落法開采工作面，可以將采場圍巖簡化為平面力學模型分析其圍巖破壞狀態(tài)。根據(jù)力學分析可以得到下部煤層采出后采空區(qū)上覆煤巖層的損傷影響范圍［5］為：式中：L為采場的開采寬度；H為下部煤層埋深；W為冒落過程中頂板的下沉值；M為下部煤層采高；K為碎脹系數(shù)；a為煤層傾角；y為采場上覆巖層的平均容重;Rc為上覆巖體平均抗壓強度；B為巖體節(jié)理裂隙影響系數(shù)。由此可以判斷上部煤層與損傷影響范圍的關系，若波及到上部煤層，則不可以上行開采；反之，則可以上行開采。3工程實例3.1工程概況晉華宮煤礦是典型的資源短缺型老礦，由于經濟及人為因素、技術設備落后等，晉華宮煤礦跨過上部9號煤層優(yōu)先開采了下部12號地質賦存條件好的厚煤層，下部12號煤層采用垮落法開采，現(xiàn)由于煤炭資源短缺，現(xiàn)想要上行開采回收上部9號煤層。晉華宮煤礦9號、12號煤層屬于典型的近距離煤層，12號煤層平均厚度為5.7m,平均傾角為3°,煤層結構穩(wěn)定，9號煤層平均厚度為1.7m，平均傾角為2°,煤層結構較穩(wěn)定，部分可采，上下煤層平均層間距為54m。3.2上行開采可行性判定根據(jù)現(xiàn)場工作面資料，可以得到煤巖層參數(shù)：M=5.7m；H=293m；W=4.3m,K=1.3；a=0°；L=160m邙=0.65；Rc=14.5MPa；Y=25kN/m3,代入到式（1）中，計算可得：h1=35.3m<37.5m。可知：晉華宮煤礦下部12號煤層開采造成的上覆煤巖層損傷破壞范圍未波及到上部9號煤層，因此，可以進行上行開采。再考慮采動影響時間效應：由前文所述公式可得T=2.5x54=135天，可知上行開采最少間隔時間為135天。3.3上行開采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律分析為驗證晉華宮煤礦9號煤層上行開采工作面的合理性，對9號煤層9122上行開采工作面安裝KJ533礦山在線監(jiān)測壓力表，對上行開采工作面推進過程中的支承壓力進行監(jiān)測，在上行開采工作面設置三條測線，即分別在端頭、中部、端尾安裝壓力檢測表，通過記錄液壓支架壓力的數(shù)據(jù)，可以得到晉華宮煤礦9號煤層上行開采工作面推進過程中液壓支架工作阻力的變化規(guī)律，如圖1所示：圖19122上行開采工作面推進過程中支承應力分布由圖1（a）、（b）、（c）可知，晉華宮煤礦9號煤層上行開采工作面推進過程中，工作面端頭、中部及端尾的支架普遍受力狀態(tài)良好，沒有支架被壓壞的情況產生。由圖可以得到，上行開采工作面觀測期間共經歷了7次周期來壓，周期來壓平均步距為15~30m，來壓期間支架平均支承應力約為2570kN。由圖1可知，工作面推進過程中，工作面長度推進方向上，工作面兩端來壓支承壓力略小于工作面中部，支承壓力整體呈現(xiàn)為中間大兩端小的分布特點，這是因為推進到工作面中部時，老頂及上覆巖層發(fā)生垮落中部下沉量最大，而兩端受區(qū)段煤柱支承影響液壓支架受力較小。可知晉華宮煤礦9號煤層上行開采工作面中部最大支承壓力為2890kN，采取一定安全措施后可以保證上行開采工作面的安全推進。4結束語針對現(xiàn)階段許多礦井煤資源短缺問題，可以采用上行開采回收之前棄采的地質賦存條件較差的薄煤層，上行開采的可以提高煤炭采出率，促進可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。本文著重介紹了現(xiàn)階段上行開采的研究現(xiàn)狀，影響上行開采的主要因素分別為層間距、下煤層采高、采煤方法、巖性及采動時間效應，及其主要的幾種判別是否可以上行開采的方法，提出了計算下部煤層開采上覆煤巖層損傷范圍與層間距相比較，確定是否可以上行開采的方法，并在晉華宮煤礦得到了成功應用，通過分析現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)表明上行開采工作面可以保持穩(wěn)定。參考文獻：【相關文獻】龐義輝，劉俊峰,袁任遠.龍王溝煤礦特厚煤層上行開采可行性分析[J].煤炭工程,2013,（2）:8-10,13.王洪明，徐強，孫偉，等.某礦2-2煤層上行開采可行性