上 行 式 开 采 顺 序

1、可以采用上行式采煤的条件
其先决条件是：先采下部的煤层不破坏上部煤层的 完整性和连续性，且能给矿井带来较大经济效益。 （1）上部煤层为劣质煤或薄煤层或不稳定煤层，开采 困难，下部煤层为厚煤层，上下煤层间距较大，开采 设备利用率、经济效益和矿井达产期因开采顺序不同 而差别很大； （2）上部煤层开拓困难，需要巨额投资，下部煤层开 拓容易，且上下煤层间距较大； （3）下部煤层为国家急需的煤种。
（6-1 ）
式中 K—上下煤层层间距与下煤层采厚的比值；
H—上下煤层层间距，m；
M2—下位m2煤层的采厚，m。
我国垮落上行顺序开采的生产实践和研究证明，当 比值K7.5时，先采下位m2煤层后，在上位m1煤层中 可以进行正常采掘活动。
图6-7 两层煤层上行顺序
2）多层煤间的判别 有n+1层煤层，m1煤层之下有n层煤，当先采下部n层煤时，用 综合比值Kz判别，如图6-8和（6-2）式。
2、采高
采高是影响上覆岩层破坏状况及其高度的根本因素。 采高越大，采出的空间越高，采场上覆岩层结构可能获得 平衡的机率就越小，势必导致采场上覆岩层的严重破坏。 一般采高越大，上煤层的下沉越大，各种变形值也增大。 开采单一煤层及厚煤层第一分层时，垮落带及断裂带高度 与采高基本上成正比关系。在分层开采厚煤层时，垮落带 及断裂带高度与累计采高成分式函数关系。当分层数增加 时，此两带高度趋于稳定并略有下降。
6、时间
煤层采出之后，覆岩垮落、移动至移动稳定，
有一个时间发展过程。据实测资料，当覆岩为坚 硬岩层时，断裂带发展到最高后，达到稳定，一 般历时2～4个月，顶板为中硬岩层时，断裂带发 育到最高后，稳定，一般历时为1～3个月；当顶 板为软岩层时，断裂带发展到最高而后稳定的时 间一般为1～2个月、总之，上行开采时，上、下 煤层的开采应间隔足够的时祠。否则，即是有足 够的层间距，开采上煤层也会遇到困难
采用充填法管理顶板后的直接顶，相当于用全部垮
落法的裂隙带。因此，采用充填法时的采高M。相当于同 样条件下使用全部垮落法的垮落带高度Σh加上采高M，即 M。=（Kp/ Kp一1）M，也就是说，用充填法时的采高M。 相当于用全部垮落法时的采高的（Kp/ Kp一1）倍。或者 说垮落法的采高相当于采用充填法的采高的（Kp一1/ Kp）；采用充填法的采高相当于采用垮落法时的采高缩 小了[1一(Kp一1/ Kp)]。顶板下沉量与采高成正比关系。 因此，采用充填法时的顶板下沉相当于垮落法时的（Kp 一1/ Kp）。
（6-2）
式中 Kz—综合比值；
H1、H2......Hn——M2、M3、Mn+1煤层分别与M1煤层的距离，m； M2、M3Mn+1——分别为m 2、m 3 m n+1煤层的厚度，m。 我国垮落上行顺序开采的生产实践和研究表明，当综合比值Kz6.3时， m1煤层之下的n层煤层先采后，在m1煤层中可以进行正常采掘活动。
采空区上部遗留煤炭资源的原因：
①地质勘探不详，在已采煤层上部又发现了可采煤层。 ②设计时把薄及不稳定煤层划分为不可采煤层，生产过程中又 发现可采， 但已来不及布置采煤工作面，只好丢弃了上部煤 层而采下部煤层。 ③因生产任务及经济效益，必须先开采下部主采煤层，而主采 煤层与上部非主采煤层在空间上的开采错距未拉开，只好注销 上部非主采煤层的部分储量。 ④因下行开采顺序与采区布署和生产能力之间产生矛盾，而丢 弃了上部非主要煤层的部分储量。
2、“三带”判别法
1）三带判别法的基本观点
当上位煤层位于下位煤层开采引起的垮落带之内时，上位煤层的结构 遭到严重破坏，下位煤层先采后上位煤层无法开采；
当上位煤层位于下位煤层开采引起的断裂带之内时，上位煤层的结构 只发生中等程度破坏，下位煤层开采后，采取一定技术和安全措施，上位 煤层可以开采；
当上位煤层位于下位煤层开采引起的断裂带之外时，上位煤层只产生 整体移动，结构不受破坏，下位煤层开采后，上位煤层可以正常开采。
K∠6时，不宜上行开采。
K
H M
2．当下部开采多个煤层时，综合采动影响倍数 K2 6 3 ，成功进行
上行开采；当 K25 时，上煤层不同程度破坏，采取技术措施，可上 行开采。
3．采用充填法上行开采时， K2 2 3 ~ 2 9 可正常上行开采。
4．上下层开采间隔时间为1年以上。
（二）前苏联 1.煤层时，下部采一个煤层时，K＞10，成功进 行上行开采；K＜10时，采取一定措施，可上行 开采。 2. 煤层а＞45时，K＞8，可上行开采。 3. 开采煤层时，上、下层间隔时间为3-12个月。 开采煤层时，上、下层间隔时间为3-10个月。
3、采煤方法
采煤方法是控制覆岩破坏高度的重要因素。如前所 述，厚煤层分层开采可以使垮落带和断裂带的发育高 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软化。这时，采空区的空间主 要由上覆岩层的整体弯曲来充填。因而，地表或覆岩 下沉量大、下沉速度快及波及地表或覆岩的时间短。
采煤方法中，其顶板管理方式决定着覆岩破坏的空 间形态和高度。全部垮落法管理顶板时，采场上覆岩 层一般都形成“三带”。而采用充填法管理顶板时， 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。
Hk=2.110M0M 16 2.5 Hk=4.7100MM 19 2.2
软弱（10-20，泥岩，泥质砂岩）
Hk=6.210M0M 32 1.5
H = 极软弱（<10，铝土岩，风化泥岩，粘土，砂质粘土）
k 100M 1.2
7.0M 63
注：——累计采厚，单层采厚1-3m，累计采厚不超过15m，±号项为中误差。
按先采的分层、煤层或煤组相对于未采的对应部分， 如图，上行式开采顺序可分为煤层间上行式开采、分 层间上行式开采和煤组间上行式开采。
图1 厚煤层分层间、煤层间和煤组间上行式开采顺序
(a)—先采m2煤层，后采m1煤层，煤层间上行开采； (b)—先采第3分层，而后采第2分层，最后采第1分层，分层间上行开采； (c)—先采第Ⅱ组煤层，后采第Ⅰ组煤层，煤组间上行式开采
煤层群上行开采技术
煤炭科学研究总院 文学宽 研究员
一、上行开采研究现状
煤层间、厚煤层分层间及煤组间先采标高低的煤层、 分层或煤组，后采标高高的煤层、分层或煤组称为上 行式开采顺序，反之，则称为下行式开采顺序。
按下行式开采顺序是开采方法的一般技术原则，也 是生产矿井常用的开采方法，但在特殊地质和开采条 件下，上行式开采顺序在技术、经济或安全方面可能 优于下行式开采顺序。
（三）近水平、缓倾斜和中倾斜 煤层煤层间垮落上行顺序开采的 判别方法
上下煤层之间的层间距和下位煤层的 采厚是影响上行顺序开采的主要技术因素， 煤层间或煤层群间能否采用上行式开采的 各种判别方法都是围绕层间距和采厚进行 的。
1、比值判别法
1）两层煤间的判别Hale Waihona Puke Baidu
上下煤层层间距与下煤层厚度的比值K计算如图6-7和 （6-1）式 ：
表2 厚煤层分层开采时导水断裂带高度计算公式 Table 2. The Formula of the height of the fracture Zone in Thick
Slicing Seams
岩性
计算公式/m
计算公式/m
坚硬
Hd=
100M 1.2M 2.0
8.9
H d 30 M 10
中 硬 Hd =1.610M0M3.6 5.6
H d 20 M 10
软弱
Hd
= 100M
3.1M 5.0
4.0
H d 10 M 5
H = 极软弱
d
100M 3.0 5.0M 8.0
-----
注：——累计采厚；公式应用范围：单层采厚1-3m，累计采厚不超过15m。
3、围岩平衡法
上行开采破坏了采场上覆岩(煤)层的原 始应力平衡状态，必然引起上覆岩(煤)层 的横向及纵向变形与破坏。上覆岩(煤)层 的横向及纵向离层变形产生大量采动裂隙， 破坏煤层，但随时间延长，采动裂隙会重 新闭合压实；而纵向剪切变形则表现为煤 层发生台阶错动，破坏煤层整体性，后者 是影响上行开采的最大障碍。
1、层间距 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，上覆煤层移动越平缓，倾斜、曲率等各种变形 值越小，越有利于上行开采。反之，层间距（或H/M）越小， 上覆煤层变形愈剧烈，甚至出现台阶下沉。采场上覆岩层的 垮落性破坏及台阶错动是影响上行开采的最大障碍。当上、 下煤层的层间距大于下煤层的垮落带最大高度时，上煤层发 生合阶错动的机率就小，采取一定技术措施，一般可以上行 开采。
在上行式开采顺序条件下，根据煤层开采后 采空区的处理方式，有厚煤层分层充填上行开采、 厚煤层分层恒底式上行开采和煤层群垮落上行开 采。用水砂充填采煤法分层开采厚煤层时，各分 层间要采用上行式开采顺序，只有这样，后采的 各分层的顶板总是完整的实体煤，而不是松散的 充填材料。
（一）波兰
1．当下部开采一个煤层时，采动影响倍数K＞6时,可以上行开采;当
⑤解放前，帝国主义对我国煤炭资源进行掠夺 式开采，使上部非主采煤层大量丢弃。
对于上述丢弃的煤炭资源，只需增加少
量巷道工程量，就可以回收，特别是对于一 些储量不足的老矿区或矿井，利用已有井巷 和设备开采这些遗弃的煤炭资源，对于延长 矿区和矿井寿命，具有重要的现实意义。
（二）影响煤层（群）上行开采的主要因素
2）垮落带和断裂带高度计算
对应于不同的岩性，下位煤层开采后，上覆岩层中形成的垮落带和断 裂带高度的计算可用表1、表2给出的公式计算。
表1 厚煤层分层开采时垮落带高度计算公式
覆岩岩性（单向抗压强度及主要岩石名称）/Mpa
计算公式（m）
坚硬（40-80，石英砂岩、石灰岩、砂质岩、砾岩） 中硬（20-40，砂岩、泥质灰岩、砂质页岩、页岩）
二、煤层间垮落上行顺序采煤法
（一）近水平、缓倾斜和中倾斜煤层煤层间垮落 上行顺序采煤的条件
煤层相距较近时用垮落法处理采空区，先采下煤层后， 上煤层将随下煤层采空区上覆岩层垮落，遭受破坏，严重 时上煤层无法开采。因此煤层间一般采用下行式开采顺序。
在某些特定条件下，下行式开采顺序可能限制矿井生 产能力的增长和新建矿井的建设速度，增加巷道工程量和 维护量，在开采技术、经济效益和安全生产方面并不是最 优的，而上行式开采顺序在特定条件下能够避免上述缺陷， 并有独特的作用。
2、采用上行式采煤的条件
其先决条件是：在安全上和技术上是优越的。
（1）需要采用上部煤层有冲击地压危险或有煤与瓦斯突出 危险，下部煤层作为解放层开采。 （2）上部煤层含水丰富，先采下部煤层有利于疏水。 （3）上部煤层的顶板为坚硬顶板，需要降低上部煤层顶板 的周期来压强度。 （4）采用条带采煤法开采有一定层间距的多层煤层，为使 保留条带不受重复开采影响。 （5）深矿井开采中，先采下煤层有利于实现矿井高产高效， 有利于改善上煤层的巷道维护条件及经济技术指标。 （6）复采采空区上部遗留的煤炭资源。
当直接顶的厚度大于（1/Kp一1）倍采高时， 垮落矸石充满采空区，其上覆岩层在断裂 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。
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易于 形成缓慢下沉。显然，上覆岩（煤）层将 均匀下沉，有利于上行开采。
5、煤层倾角
煤层倾角主要影响采场上覆岩层破坏的空间形态。 缓倾斜煤层，采场顶板岩层冒落后就地堆积。在采空区边界， 由于煤柱支撑，剪切应力大，因此，垮落带及断裂带发育较 中部高。 倾斜煤层，随倾角增大，采场顶板岩层垮落后会沿煤层底板 向下滚动。煤层倾斜下方的顶板受矸石充填，垮落不充分， 而倾斜上方的岩层失去垮落矸石的支承，岩层垮落充分。因 此，垮落带和断裂隙的不对称，倾斜上方高，倾斜下方低。 急倾斜煤层，采空区垮落矸石下滑，上部岩层垮落更充分， 垮落带及断裂带的分布形态明显更向上部边界发展。同时， 媒层底板亦可发生滑脱来充填采空区。
4、岩性及层间结构
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，垮落带和断裂带的发育较高。 在垮落过程中标，顶板下沉量较小，采空区空间高， 垮落过程较充分。‘因此，岩层主要以断块充填采空 区。当顶板岩石强度较低时，在垮落过程中，覆岩下 沉量较大，采空区高度不断缩小，垮落过程发育不充 分，主要以岩层弯曲充填采空区。因此，垮落带及断 裂带发育较低。