杨庄煤矿7600北翼采区上行开采技术可行性判定

杨庄煤矿7600北翼采区上行开采技术可行性判定
马全礼;孙晖;王红军;付晨光
【摘要】肥城矿业集团杨庄煤矿为确保七层煤上行开采的可靠性,以7600北翼采区为对象进行了上行开采可行性技术研究,利用"三带"判别法、比值判别法、围岩平衡法等进行了技术判定,并从采煤方法及采净程度、上下煤层回采时间间隔等方面进行了分析,确保了七层煤的安全开采,取得了良好的效果.
【期刊名称】《煤》
【年(卷),期】2007(016)007
【总页数】3页(P37-39)
【关键词】上行开采;技术判定;三带;比值;围岩平衡
【作者】马全礼;孙晖;王红军;付晨光
【作者单位】山东科技大学,山东,泰安,271021;肥城矿业集团,杨庄煤矿,山东,肥城,271600;肥城矿业集团,杨庄煤矿,山东,肥城,271600;肥城矿业集团,杨庄煤矿,山东,肥城,271600
【正文语种】中文
【中图分类】TD82
肥城矿业集团有限责任公司杨庄煤矿七层煤煤层薄，稳定性差，结构较复杂;其下部八、九、十Ⅱ层煤属中厚煤层，开采条件好。

从而导致下部八、九、十Ⅱ煤层先于七层开采。

随着杨庄煤矿煤炭资源的枯竭，为了提高矿井煤炭资源回收率，延长矿井服务年限，经研究决定对七层煤进行反程序开采。

为保证七层开采的安全可靠
性，杨庄煤矿和山东科技大学合作组成课题组，对七层煤上行开采的可行性、开采工艺与矿山压力显现规律等进行了实验研究。

根据国内外上行开采的理论研究和开采经验，上行开采的可行性，主要表现在以下几个方面:
1) 当层间距小于或等于下煤层垮落带高度时，上煤层结构将遭到严重破坏，无法进行上行开采;
2) 当层间距小于或等于下煤层断裂带高度时，上煤层结构只发生一定程度的裂隙扩展，采取一定措施后可正常进行上行开采;
3) 当层间距大于下煤层断裂带高度时，上煤层只发生整体移动，结构不受破坏，可正常进行上行开采;
4) 当层间有中硬或坚硬岩层时，上煤层应位于下煤层最近的平衡岩层之上，当层间均为软岩时，上煤层应位于下煤层断裂带内。

上部煤层是否受到破坏，主要取决于煤层的间距与下煤层采厚之比、层间岩层性质及结构、下煤层的回采方法及采净程度、上下煤层先后开采时间间隔等因素。

以下就杨庄矿7600北翼采区的实际地质及技术情况进行可行性判定。

“三带”判别法就是比较“三带”高度与层间距的关系。

“三带”高度是衡量下煤层回采后，采空区上覆岩层垮落破坏的高度，当上下煤层的层间距大于下煤层的断裂带高度时，上煤层只发生整体移动，结构不受破坏，可正常进行上行开采。

根据煤炭部制订的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》规定的计算公式，计算得出该采区八、九、十Ⅱ三个煤层分别回采后上覆岩层的垮落带和断裂带高度。

计算结果见表1。

从表1中所计算的数据可以看出:八层煤开采后垮落带高度为6．7～11．7 m，远远小于层间距(39．07 m)，所以七层煤肯定位于八层煤开采后的垮落带之上;八层煤开采后断裂带高度为34．7～52．5 m，说明七层煤有可能位于八层煤开采后引起的断裂带(上部)之内。

从以上数字可以肯定，七层煤一定位于八层煤开采后所
引起的断裂带的上位岩层，最多七层煤受八层煤采动影响产生少量裂隙，不会产生台阶错动。

因而可以判断，七层煤的开采是可行的。

九、十Ⅱ煤层开采后所产生的垮落带高度和断裂带高度均小于各煤层与七层煤之间的层间距。

这说明九、十Ⅱ二个煤层开采后不会破坏七层煤的完整性，不会影响七层煤的开采。

比值判别法亦称柱厚采厚比法。

1) 当只考虑八层煤对七层煤的影响时，其层厚比K为:
式中:H为七、八层煤的层间距，m;M为八层煤采高，m。

根据我国上行开采的生产实践经验及研究资料，八层煤不会破坏七层煤的结构，上行开采七层煤是可行的。

2) 当下部开采多个煤层时，用综合比值来判断，即:
式中
H1、H2、…、Hn分别为至M1煤层的垂距，m;分别为下部各煤层的采高，m。

主要参数计算见表2。

经以上计算可以看出，杨庄煤矿7600北翼采区七层煤开采时，柱厚采厚综合比值K＇=9．9，超过国内反程序开采成功的经验值(6．3)，这说明了七层煤是可以安
全开采的。

上下煤层间的岩性及岩层结构是控制采动影响的重要因素。

根据国内开采的实践经验，当上下煤层间的岩层由硬岩和软岩组成时，下部软岩垮落后能够有效的充填采空区，降低上部坚硬岩石运动高度，有利于上部坚硬岩层形成传递岩梁(平衡拱)，从而阻止了上部岩层的继续断裂破坏，保证了上部煤层的完整性。

该采区七、八煤之间，具有两层典型的能够起到平衡作用的岩层:一是八煤直接顶;
二是层间中上部的厚层粉砂岩。

八层煤的石灰岩直接顶，其平均厚度为5．8 m，fKP=8，可塑性较好。

据开采经验八层煤回采后，其直接顶能产生较长距离的悬顶，
控制上覆岩层不垮落，随工作面推进，其石灰岩顶板出现缓慢下沉，距煤壁15 m 左右与底板闭合，阻止了上覆老顶发生垮落性破坏，使之产生弯曲型破坏;中上部13 m厚的粉砂岩，进一步有效地控制了七、八层煤之间的岩层的层状结构，保证了七层的整体性。

九、十Ⅱ层煤的顶板岩层均为松软的泥岩、粉砂岩、砂页岩等，当九、十Ⅱ层煤分别回采后，由于泥岩、粉砂岩垮落厚度大、碎胀系数大，因而能填满回采空间，支撑上部坚硬的砂岩与石灰岩，使其不发生垮落性破坏，保证了上部岩层的层状结构，从而保持上部七层煤的整体性。

该采区八、九、十Ⅱ层煤均采用走向长壁式回采，工作面煤炭回收率在95%左右，回采范围内基本上都能保持干净回采。

但是由于断层及巷道布置的原因，下部八、九、十Ⅱ层煤中均留有一些断层煤柱和区段(护巷)煤柱，且这些煤柱排列不规则，导致七层煤下部各煤层采动的不均衡性。

这就在一定程度上增加了七层煤上行开采的难度，很可能使七层煤工作面各部位支承压力不均衡，甚至出现较大的应力集中区，因此需要进一步的研究，试验开采时在围岩控制上应特别注意。

煤层回采后，采空区上覆岩层垮落破坏过程，是随时间及采面推进距离由“垮落、稳定、再垮落、再稳定……”的循环进行的，每一循环有一定的时限，待垮落的岩层破坏膨胀充满垮落空间撑住老顶，在矿压作用下，出现弯曲下沉，这一活动过程延续到地面方可终止，这时采区上覆岩层才能稳定。

七层煤的开采、掘进工作，必须在下部八、九、十Ⅱ层煤回采后，其上覆岩层相对稳定的情况下方可进行。

根据杨庄煤矿开采资料，7600北翼采区下部各煤层的开采时间为:八层煤于1998
年12月回采完毕，九层煤于2000年7月回采完毕，十Ⅱ层煤于2001年4月回采完毕。

均在4～5 a以上，因此说七层煤现已稳定，个别处的支承压力也已基本
恢复，下部煤层的开采对七层煤的开采影响应该说已经很小，集中支承压力也应趋于平和。

应该相信，下部煤层的开采对七层煤肯定有残余影响，其影响程度只有通
过七层煤开采时的现场实测、对比才能明确。

根据理论分析和计算可以确定，7600北翼采区上行开采七层煤，从技术上是可行的，主要表现在以下几个方面。

1) 八层煤平均采高1．83 m，开采后垮落带高度为(9．2±2．5)m，断裂带高度
为(43．6±8．9)m，七、八层煤层的间距为39．07 m，由此可以确定七层煤位
于八层煤开采所引起的缓慢下沉带之内，但也有可能存在少量的采动裂隙。

八层煤的开采不会破坏七层煤的层状结构，七层煤可以正常开采。

九、十Ⅱ煤层距八层煤间距较大，采高较小，通过计算判定，九、十Ⅱ煤层开采后不破坏七层煤的完整性，不会影响七层煤的开采。

2) 当只考虑八层煤对七层煤的影响时，其柱厚采厚比K=21．35＞7．5，根据我
国上行开采的生产实践经验及研究资料，认为上行开采七层煤是可行的。

当考虑八、九、十Ⅱ三层煤开采的影响时，其柱厚采厚综合比值K＇=9．9＞6．3，超过国内反程序开采成功的经验值，这说明七层煤可以安全开采。

3) 八层煤的直接顶为平均厚度5．8 m、fKP=8的石灰岩，可塑性较好，当下部
煤层回采后，随工作面推进，该石灰岩顶板出现缓慢下沉，距煤壁15 m左右与底板闭合，阻止了上覆岩层发生垮落性破坏;七、八层煤中部13 m厚的粉砂岩，进
一步保证了七层的整体性。

4) 7600北翼下部各煤层，均已开采4 a以上，七层煤的开采基本不受下部煤层残余的采动影响，集中支承压力也应趋于平和。

杨庄煤矿7600北翼采区7607试采工作面于2006年4月16日开始回采，到8
月18日工作面共推进220m，回采面积18 260m2，采出煤炭29 756 t，工作面安全状况良好。

通过矿压观测证实，工作面初次来压步距27 m左右，周期来压步距9～10 m，顶板下沉量平均20 mm左右。

除断层外其它地段顶板较完整，工
作面顶板控制良好。

没有发现因下部煤层开采而导致的煤岩层断裂、错差、破碎等
现象，证明了研究及钻探结论的可靠性。

【相关文献】
［1］徐永圻．煤矿开采学［M］．徐州:中国矿业大学出版社，1999:17－170．。