荣泰矿上组煤蹬空开采可行性研究.pdf

煤炭与化工 Co al and Chemical Industry 第43卷第5期 2020年5月 Vo l.43 No .5 May 2020 采矿与井巷工程 荣泰矿上组煤蹬空开采可行性研究 武剑 山西冀中能源集团矿业有限责任公司，山西太原030000 摘要荣泰矿现采煤层资源临近枯竭，为了缓解采掘接替紧张，高效利用上部遗留煤 炭资源，延长矿井服务年限，采用比值判别法、“三带”判别法和围岩平衡法，对上组煤 蹬空开采可行性进行了研究，结合实际情况，分别从煤层间距、层间结构及岩性、煤层厚 度、采煤方法、时间间隔、煤层倾角等几个方面进行了研究分析，结果表明，该矿满足 上行蹬空开采的各项条件，上组煤可安全开采，预计可延长矿井服务年限2.9 a,创造经 济效益5.2亿元。 关键词上组煤；蹬空；上行开采 中图分类号TD823 文献标识码B 文章编号2095-5979 2020 05-0013-04 Feasibility study on mining above hollow upper group coal seam of Rongtai Mine Wu Jian Sh anxi Jizh ong Energy Group Mining Corporat ion Lt d., Taiyuan 030000, Ch ina Abstract In o rder to relieve the tensio n o f ex tractio n and successio n, ef f iciendy utilize the remaining co al reso urces in the upper part o f the mine and ex tend the service lif e o f the mine, the f easibility o f the upper g ro up o f co al stirrup mining has been studied using the ratio metho d, the “three-band** metho d and the perimeter ro ck balance metho d. Co mbined w ith the actual situatio n, the co al seam spacing , interlayer structure and litho lo g y, seam thickness, co al mining metho d, time interval, co al seam dip ang le w ere taken into acco unt. The results sho w ed that the mine met the co nditio ns o f upper g ro up co al seam mining , the service lif e o f the mine w as ex pected to be ex tended by 2.9 years, creating eco no mic benef its o f 520 millio n yuan. Key w o rds upper g ro up co al seam; mining abo ve ho llo w ; upstream mining 1 概 况 我国大多数煤矿采用下行式开采，随着采深不 断增加，地质及水文地质因素影响日益突出，给生 产带来一定困难。而上行式开采在安全、技术及经 济效益方面体现出自身优势。本文结合荣泰矿实际 情况，对上组煤蹬空开采进行了可行性研究，通过 对各种影响因素和理论计算分析，上行开采在荣泰 矿可行。 2荣泰矿开采情况 荣泰矿兼并重组后以开采10号煤层为主，现 10号煤层资源已面临枯竭，剩余服务年限为la。 根据补充勘探地质报告，现井田内新增3、4、6号 煤层，为了延长矿井的服务年限，急需进行上部的 3、4、6号煤层的蹬空开采。该矿3、4、6号煤层 属于中低灰、特低硫、特高发热量之焦煤，属于国 家稀缺煤种，国家对特殊和稀缺煤类实行保护性开 发利用。增加开采上组煤后，可以有效延长矿井的 服务年限，增加企业的经济效益，也可以使资源得 到很好地利用。 3影响上行开采的主要因素 影响上行开采的因素较多，其主要因素有煤 责任编辑郭媛媛 DOI 10.19286/ki.cci.2020.05.004 作者简介武 剑1989,男，河北邢台人，助理工程师。 引用格式武 剑.荣泰矿上组煤蹬空开采可行性研究[J].煤炭与化工，2020, 43 5 13-16. 13 2020年第5期 煤炭与化工 第43卷 层间距、层间结构、层间岩性、煤层厚度、采高、 采煤方法、时间间隔及煤层倾角等，结合荣泰矿开 采条件，分析影响该矿上行开采的主要因素。 3.1煤层间距 上行开采需要足够的层间距，当层间距大于最 大冒落高度，方可实施上行开采。 井田在3、4与6号煤层的可采范围内，3号煤 层与10号煤层间距为79.55 94.65 m, 4号煤层与 10号煤层间距为52.15 -63.45 m, 6号煤层与10 号煤层间距为27.75 37.75 m。 3.2层间结构及岩性 3号与4号煤层之间岩层岩性多为砂质泥岩、 细砂岩、泥岩，裂隙较发育，较易垮落；4号煤层 与6号煤层之间岩性多为细砂岩、泥岩，岩性致 密、块状、坚硬，层间岩层厚度有厚、有薄；6号 煤层与10号煤层间岩性多为泥岩、细砂岩、砂质 泥岩，较稳定。10号煤层宜接顶为L1灰岩，厚17 m左右，中部常夹薄层砂质泥岩或泥岩，坚硬且不 易垮落。 3.3煤层厚度 煤层厚度不同将导致冒落带和裂隙带高度的不 同，煤层厚度越小，上覆岩层破坏程度越小，有利 于上行开采。 3、4、6号煤层被其下部的10号煤层采空。已 大部分开采的10号煤层的厚度1.63 -4.13 m,平 均厚度2.73 m。10号煤层采煤法为长壁综合机械 化开采，最大采高为3.29 m。 3.4采煤方法 不同的采煤方法导致上覆岩层破坏高度不同O 该矿10号煤层为全部垮落法管理顶板，上覆岩层 形成”三带”。 3.5时间间隔 一般来说，采空区上覆岩层垮落、移动至稳 定，大约2 4个月会形成新的平衡。10号煤层 大部分煤层在2015年前采空，至今的时间间隔均 在3 a以上，对上行开采3、4、6号煤层不会造 成影响。 3.6煤层倾角 煤层倾角影响冒落带和裂隙带的发育范围和程 度。本井田为近水平煤层，冒落带和裂隙带发育主 要集中在采空区边界。 4上组煤蹬空开采可行性论证 判别上行开采3号、4号和6号煤层的可行与 否，主要运用的方法有比值判别法、“三带”判别 法、围岩平衡法。 4.1比值判别法 比值判别法是运用采动影响倍数K K的大小进 行判别，即KMM （H为上、下煤层之间的垂距, m; M为下部煤层采高）。 K值大于或等于相应数值时，先采下部一个煤 层，只要上、下煤层开采有足够的时间间隔，一般 不会影响在上部煤层内进行采掘作业的。 当下部采空多个煤层时，用综合采动影响倍数 蜀的大小进行判别，即 式中比、H2H2分别为M2M2、M3M3％］煤层 至购煤层的垂距，m; M2M2、M3M3甌1分别为下 部各煤层的采高，m。基于该矿情况，在3、4、6 号煤层现有可采范围内，大部分下部为10号煤层 采空区，10号煤层厚度为3.0 3.29 m,用比值判 别法测算如下。下部煤层采空时，按综合采动影响 倍数弘为4号煤层至10号煤层的间距，取 52.15 m；弘为6号煤层至10号煤层的间距，取 27.75 m;购为10号煤层的采高，取3.29 m。 78.85 3.29 23.97 v _ 52.15 15.85 27.75 3_ 2.29 8.43 心23.97 15.85 心二 M为下部煤层的 采高，m; 为覆岩的碎胀系数；九为平衡岩层的 （上接第12页） （2） 在顶板持续受力时，岩梁破坏在恒定荷 载下会脆性断裂，在可变荷载作用下会形成暂时的 平衡状态，直到上部岩层再次作用后发生继续下沉 和再平衡，达到沉降极限后发生破坏。 （3） 数值模拟结果表明大断面层状顶板巷道 的破坏是在顶板中部发生拉伸破坏，在两帮深部发 生剪切破坏。其中对于顶板来说是拉伸破坏为主。 参考文献 [1] 周波，袁亮，薛 生.巷道层状顶板三向承载梁承载能 力弱化机理研究[J].煤炭科学技术，2019 , 47 （1） 199- 厚度。 从式（3）中可以看出，尹p是下部煤层采 空区的冒落带影响范围。综合考虑本矿煤（岩）层 的岩性、厚度以及结构，各组煤在10号煤层覆岩 上方的岩层中，均可找到层间岩性与结构能够起平 衡岩层作用的岩层。根据钻孔资料，10号煤层最 大采高为3.29 m,平衡岩层取K2石灰岩，高度为 3.74 7.08 m,取最大值 7.08 m 计算，禺29.01 m。 从围岩平衡的角度分析，3、4、6号煤层均在 下部采空区的综合冒落带的高度之上，且3、4、6 号煤层与10号煤层之间存在两层石灰岩，10号煤 层顶板为Li石灰岩，采空后垮落，上部还有一层 瓦石灰岩，可以作为平衡岩层，且3、4、6号煤 层均位于心石灰岩上方，故可进行上行开采O 5结语 通过运用缓倾斜煤层群上行开采的机理，根据 比值判别法、“三带”判别法和围岩平衡法，对该 矿3号、4号和6号煤层下部采空的部位（或孔位）、 采高、层间间距、层间结构和层间岩性，进行分 析、计算和判别得出，3号、4号和6号煤层下部 采空的情况下，实施上行蹬空开采是可行的。预计 可延长矿井服务年限2.9 a,创造经济效益5.2亿 元，具有使用和推广价值。 参考文献 [1] 赵东亮.盖州煤矿残采区上行可采性研究[J].煤炭技术， 2019 （11） 46 - 49. [2 ] 刘旭锋，熊祖强.海天煤业3煤层蹬空开采可行性研究[J ] 煤炭工程，2016, 48（8） 57 - 60. [3] 郭宁霍尔辛赫煤矿多煤层上行开采技术研究[J ].矿业装 备，2019（3） 60-61. 206. [2] 石志仁 陈世江，杨志东，等.哈拉沟矿排肝巷复合岩层顶 板稳定性分析[J].煤炭技术，2019, 38（3） 29-31. [3 ] 韩雁飞.浅析不稳定复合顶板煤层巷道支护技术的研究与应 用[J].石化技术，2019 , 26（2） 155, 162. [4] 蒋力帅，马念杰，白 狼，等.巷道复合顶板变形破坏特征 与冒顶隐患分级[J].煤炭学报，2014 , 39 （ 7 ） 1 205 - 1 211. [5 ] 刘生龙.煤巷层状软岩顶板破坏规律及支护研究[D ].西安 西安科技大学，2005. [6]卜庆为，高阳，常 瑞.水平应力作用下层状顶板回采巷 道围岩失稳机理及支护分析[J].煤炭技术，2017, 36 （11） 12 - 14. 16