近距离薄煤层综采工作面上行开采技术的探索与研究

近距离薄煤层综采工作面上行开采技术的探索与研究

摘要：通过对国内和国外上行开采现状和开采技术的分析对比，结合五矿己组煤层的具体地质条件，根据矿压三带、三区理论和实验室数据模拟实验对己15煤层采用上行开采的可行性研究分析；同时掌握我己组煤层“三带”分布规律、上行开采顶板控制技术、上行开采矿压显现规律、快速推进优化技术，确保了工作面安全高效生产。

关键词：近距离；薄煤层；矿压显现；上行开采

1、概述

煤层群层间，厚煤层分层间，各层之间一般采用下行开采，在特定的地质和开采技术条件下，由于安全、技术、经济方面某种原因，煤层群采用上行开采会更为有利。煤层群上行开采是一种特殊开采顺序。煤层分层间上行开采时，下部煤层先采后，上部煤层的整体性不能遭受到严重破坏，最大程度上制约矿井的机械化水平和矿井的生产能力，同时随着矿井开采时间的延续，煤炭资源的不断减少，矿井面临资源的枯竭，在提高煤炭资源的回收率，是增加矿井服务年眼的重要手段，因此对矿井以前遗留的己15近距离薄煤层上行开采进行探索与研究，以己15-23040采面为实验场地。

2、近距离薄煤层上行开采影响因素的可行性分析

煤层群上行开采对上部煤岩层的采动影响程度与开采造成的上

覆岩层的垮落、位移特征密切相关。煤层间距、层间岩层特征、煤层倾角、采高、采煤、采空区处理、时间间隔等是影响煤层群上行

开采的主要因素。

2.1 煤层层间距影响因素

煤层（群）上行开采的生产实践及科学研究证明，足够的层间距是上行开采的基本条件。上、下煤层的层间距（或h/m）越大，上覆岩层移动越平缓，倾斜、曲率等变形值越小，越有利于上行开采。反之，层间距（或h/m）越小，上覆岩层变形愈剧烈，甚至出现台阶下沉。采场上覆岩层的冒落性破坏及台阶错动是影响上行开采的最大障碍。

该采面己15煤层与己16-17煤层层间距为12.4m。根据国内外上行开采的成功经验，当上、下煤层的层间距大于20m 的高度时，上煤层发生台阶错动的机率就小，采取一定技术措施，就可以进行上行开采。

2.2 采高影响因素

采高是影响覆岩破坏程度及其垮落高度的根本因素。采高越大，采出的空间越大，采场覆岩结构可能获得平衡的机率就越小，势必导致覆岩的严重破坏。一般采高越大，上煤层的下沉越大，各种变形值也增大。岩石力学性质及层间结构影响覆岩破坏的高度。

当顶板岩石硬度较高时，冒落带和裂隙带的发育较高。在冒落过程中，顶板下沉量较小，采空区空间高，冒落过程较充分，当直接顶的厚度大于1/kp-1 倍采高时，冒落矸石充满采空区，覆岩在断裂下沉中易于形成平衡岩层结构，位于平衡岩层之上的煤层将缓慢下沉，有利于上行开采。

2.3 采煤方法影响因素

采煤方法是控制覆岩破坏高度的重要因素。近距离煤层群开采可以使冒落带和裂隙带的发育高度有所降低。这是由于重复采动时，已被破坏的上覆岩层的力学性质进一步弱化。这时，采空区的空间主要由上覆岩居的整体弯曲来充填。因此，地表及覆岩下沉量大、下沉速度快及波及地表和覆岩的时间短。

采空区处理决定着覆岩破坏的空间形态和高度。采用全部垮落法处理采空区时，采场上覆岩层一般形成“三带”，而采用充填法处理采空区时，一般只引起覆岩的开裂性破坏，顶板下沉量要比全部垮落法小，顶板下沉量随采高而变化。

2.4 煤层倾角影响因素

煤层倾角主要影响的是采场覆岩破坏空间形态。缓倾斜煤层，采场覆岩冒落后就地堆积。倾斜煤层，随倾角增大，采场覆岩冒落后会随煤层底板向下滚动。煤层倾斜下方的顶板被冒落矸石充填，冒落不充分，而倾斜上方的岩层失去冒落矸石的支承，冒落更充分。急倾斜煤层，采空区冒落矸石下滑，上部岩层冒落更充分，冒落带和裂隙带的分布明显向上部边界发展。

2.5 开采层岩性及层间结构影响因素

顶板岩性及层间结构是岩层结构平衡的重要条件，当顶板赋存有节理裂隙发育的石灰岩或坚硬砂岩时，这些岩层在下沉过程中容易形成缓慢下沉，其上覆岩层将均匀下沉，坚硬岩层即使折断，也容易形成平衡岩层结构，有利于上行开采。

2.6 采动时间间隔

煤层开采之后，覆岩的冒落、移动至稳定，有一个时间过程。国内外上行开采实践表明：当覆岩为坚硬岩层时，一般历时2～4 个月，裂隙带发展到最高后达到稳定；顶板为中硬岩层时，一般历时1～3 个月，裂隙带发育到最高后稳定；当顶板为软岩时，一般1～2 个月裂隙带发展至最高而后稳定。己15煤和己16-17煤的开采时间间隔约在8 年以上，有足够的时间让覆岩稳定，因而从时间上考虑4-2年上行开采是可行的。总之，上行开采时，上、下煤层应间隔足够的时间，否则，即使有足够的层间距。

3、近距离薄煤层上行开采根据“三区、三带”的判别

根据矿压三带、三区理论，对走向长壁跨落法采煤工作面，当采深为采高的25倍或25倍以上时，沿工作面推进方向上覆岩层分别经历煤壁支撑影响区、离层区和重新压实区，由下向上岩层移动分为跨落带、裂隙带和弯曲下沉带，三带判别法认为，上、下煤层的层间距大于下煤层开采的冒落高度，即可进行上行开采。

3.1 上行开采比值判别法

上行开采是否成功，主要取决于两层煤之间层间距与下部所采煤层的厚度之比（采动影响倍数）、层间岩层结构与性质、下层煤的采煤方法和上、下煤层采煤间隔时间等，对于两层煤实行“蹬空”开采还必须考虑通风的影响。如果上煤层处于下煤层采空区裂缝带下，另外，下层煤的残留煤柱及上、下煤层开采的时间间隔，都会影响上层煤上行开采的进行。根据采动影响系数判别，当k≥7.5

时，上煤层中可以进行正常采掘活动，其开采应在下煤层中开采引起的岩层变形稳定后进行，鉴于该采面层间距12.4m，依据此法判别符合上行开采条件。

3.2 上行开采围岩平衡分析法

上行开采破坏了上覆岩层的原始应力平衡状态，必然引起上覆岩层的横向及纵向变形与破坏。上覆岩层的横向及纵向剪切变形则表现为煤层发生台阶错动，破坏煤层结构，后者是影响上行开采有最大障碍。控制岩层台阶错动，就是采场围岩力系平衡问题。在回采过程中，当上覆岩层中有坚硬岩层时，上煤层位于距下煤层最近的平衡岩层之上；当采场上覆岩层均为软岩时煤层应位于裂隙带内，上煤层的开采应在下煤层开采引起的岩层稳定。

总之，通过对上行开采影响因素分析和“三区、三带”的判别，确定五矿近距离薄煤层上行开采的可行性。同时在实践过程掌握五矿己组煤层“三带”分布规律、上行开采顶板控制技术、上行开采矿压显现规律、快速推进优化技术，确保了工作面安全高效生产，充分证实五矿近距离薄煤层上行开采是可行，扩大了上行开采的范围，为复采采空区上部遗失的煤炭资源提供了开采依据和经验。

参考文献

[1]徐永圻。采矿学[m]。徐州：中国矿业大学出版社，2003.

[2]张铁岗。矿井瓦斯综合治理技术。煤炭工业出版社，2003.