＊崔貴波

（山西新景礦煤業(yè)有限責(zé)任公司 山西 035000）

“蹬空”開采受其下覆煤層采動(dòng)影響，圍巖穩(wěn)定性遭到破壞，增加了安全隱患。為保證開采順利進(jìn)行，消除礦井生產(chǎn)安全隱患，需對(duì)蹬空工作面開采前進(jìn)行可行性論證，為現(xiàn)場(chǎng)的安全生產(chǎn)提供必要的技術(shù)支持[1]。新景礦蘆南8#煤北翼采區(qū)8128工作面由于其下伏15#煤層80124工作面已開采完畢，回采8128工作面為蹬空開采。因此，在結(jié)合實(shí)際地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)理計(jì)算分析其蹬空開采的可行性，以保證工作面的安全高效開采。

1.工程概況

新景礦位于陽(yáng)泉市西部，距陽(yáng)泉市中心11km，主采3#、8#、9#、15#煤層，井田劃分為4個(gè)分區(qū)，分別為：佛洼分區(qū)、蘆南分區(qū)、蘆北分區(qū)、保安分區(qū)，每個(gè)分區(qū)包含上組煤（3#、8#、9#煤）及下組煤（15#煤層）。8128工作面井下位于8#煤蘆南區(qū)北翼采區(qū)，工作面可采走向長(zhǎng)度1190m，采長(zhǎng)220m，可采儲(chǔ)量94.25萬(wàn)噸。工作面采用走向長(zhǎng)壁綜采法，采用“Y”型通風(fēng)方式。本工作面所采8#煤層賦存穩(wěn)定，煤層總厚2.34～3.54m，平均厚度2.94m；煤層傾角2°～10°，平均傾角6°。本工作面下覆15#煤80124工作面已于2017年1月開采完畢，工作面距切巷75～1147m，25架至111架范圍，為下部80124蹬空區(qū)。80124工作面距上部的8#煤8128工作面平均層間距為84.17m。

本工作面老頂為6.65m的灰白色的中粒砂巖，這層砂巖抗壓強(qiáng)度較高，不易冒落。直接頂為8.08m的黑色泥巖，巖石性質(zhì)較軟易冒落，松散系數(shù)大，屬于易冒落松軟頂板。直接底為3.87m的灰黑色砂質(zhì)泥巖。圖1為地層綜合柱狀圖，表1為地質(zhì)構(gòu)造情況表。

表1 地質(zhì)構(gòu)造情況表

圖1 地層綜合柱狀圖

2.蹬空開采可行性分析

(1)數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析法

層間距是影響煤層上行開采的主要因素，尤其在蹬空開采時(shí)，上、下兩部煤層間距直接決定是否可進(jìn)行“蹬空”上行開采的安全可行性，其最小層間距可按北京開采所劉天泉院士所創(chuàng)立的數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析法公式進(jìn)行計(jì)算[2]。

H＞1.14m2+4.14+△m

經(jīng)過(guò)計(jì)算，當(dāng)H＞46.18m時(shí)，可實(shí)行上行開采。

其中：H—最小層間距；

m—下部煤層的采厚（15#煤采厚取6m）；

△m—安全系數(shù)，一般取△m≤1m，或不考慮。

根據(jù)鉆孔3-63、3-57顯示，蘆南8#煤北翼采區(qū)8128工作面與丈八15#煤80124工作面的平均層間距為84.17m＞46.18m，因此，可以得出8128工作面可進(jìn)行蹬空開采。

(2)比值判斷法

比值判斷法是利用上、下兩部煤層間的層間距和下煤層的采高的比值即采動(dòng)影響倍數(shù)K來(lái)判斷是否可進(jìn)行“蹬空”上行開采[3]。即：

式中：

H—上下煤層之間的垂距，m；

M—下煤層采高，m。

我國(guó)上行開采的生產(chǎn)實(shí)踐及研究證明，當(dāng)比值k＞7.5時(shí)，一般可以不影響上覆煤層的正?；夭?。由于新景礦蘆南8#煤北翼采區(qū)8128工作面與丈八15#煤80124工作面的平均層間距為84.17m，80124工作面采高為5.4m，通過(guò)計(jì)算可知，比值k=15.58＞7.5，因此，可以得出8128工作面可進(jìn)行蹬空開采。

(3)“三帶”判別法

15號(hào)煤80124工作面采用綜采一次采全高開采，全部垮落法管理頂板，上覆基巖屬中硬巖石。80124工作面回采后上部三帶高度分別計(jì)算如下：

①斷裂帶

根據(jù)“三帶”判別法中，斷裂帶的垂直距離和上下煤層的層間距之間的關(guān)系判斷上行開采的可能性[4]。根據(jù)斷裂帶高度公式計(jì)算：

式中：H—斷裂帶高度，m；

∑m—累計(jì)采厚（15#煤取6m），m。

由于新景礦蘆南8#煤北翼采區(qū)8128工作面與丈八15#煤80124工作面的平均層間距為84.17m＞59m，根據(jù)“三帶”判別法中，當(dāng)下部煤層開采后形成的斷裂帶高度低于上、下兩部煤層間的層間距時(shí)，上煤層圍巖完整性不受破壞，只發(fā)生煤巖層的整體彎曲移動(dòng)變形，可正常進(jìn)行開采。因此，可以得出8128工作面可進(jìn)行蹬空開采。

②垮落帶

80124工作面上覆巖層總體為中硬巖層，垮落帶高度按下式計(jì)算：

公式一：H=（M-W）/[(K-1)cosα]；

公式二：H=6M+5。

式中：

H—垮落帶最大高度，m；

M—煤層采厚，80124工作面平均煤厚5.40m；

W—垮落過(guò)程中頂板的下沉值，m，本礦井無(wú)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，取0；

K—垮落巖石碎脹系數(shù)，取1.3；

α—煤層傾角，5°～15°，取最大15°。

則，公式一：H15平均=(5.40-0)/[(1.3-1）×cos15°]=18.63m；

公式二：H15平均=6×5.40+5=37.40m。

取公式二計(jì)算結(jié)果，80124工作面回采后上覆煤巖層垮落帶高度37.40m。

8128工作面與丈八15#煤80124工作面的平均層間距為84.17m大于80124工作面回采后上覆煤巖層垮落帶高度37.40m。因此8128工作面位于計(jì)算的垮落帶高度之上，上行蹬空開采可行。

③導(dǎo)水裂縫帶

80124工作面上覆巖層總體為中硬巖層，導(dǎo)水裂縫帶最大高度可按下式計(jì)算：

公式一：H=100M/（0.23M+6.10）±10.42；

公式二：H=20M+10。

式中：

H—導(dǎo)水裂縫帶最大高度，m；

M—采厚，80124工作面平均煤厚5.40m。

則：公式一：H15平均=100×5.40/（0.23×5.40+6.10）＋10.42=83.97m；

公式二：H15平均=20×5.40+10=118.0m。

取公式二計(jì)算結(jié)果，80124工作面回采后上覆煤巖層形成導(dǎo)水裂縫帶高度118.0m，8128工作面與丈八15#煤80124工作面的平均層間距為84.17m，小于80124工作面回采后上覆煤巖層形成導(dǎo)水裂縫帶高度118.0m。因此，8128工作面位于計(jì)算的最大裂縫帶高度之內(nèi)，上行蹬空開采可行。

(4)圍巖平衡分析法

回采過(guò)程中，能夠不發(fā)生臺(tái)階錯(cuò)動(dòng)結(jié)構(gòu)的巖層稱為平衡巖層[5]。采用圍巖平衡法判別，參考中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐永圻主編的《煤礦開采學(xué)》相關(guān)公式：

上行開采必要的層間距可按下式估算：

式中：

M—煤層開采高度，80124工作面采高5.4m；

KS—為碎脹系數(shù)，參考表2，本處取1.2；

H0—為平衡巖層本身厚度。

本處選取位于80124工作面回采后上覆煤巖層形成的垮落帶以上、導(dǎo)水裂縫帶下位，位于8#煤底板下4.7m的細(xì)砂巖作為平衡層，該細(xì)砂巖平均厚度5.80m。

由此可計(jì)算出蹬空開采必要的圍巖平衡高度：

新景礦蘆南8#煤北翼采區(qū)8128工作面與下伏丈八15#煤80124工作面的平均層間距為84.17m＞Hb=32.08m。因此，通過(guò)圍巖平衡分析法分析可以得出8128工作面蹬空開采具有可行性。

3.巖性及層間結(jié)構(gòu)影響

上、下煤層間巖層的巖性及巖層的結(jié)構(gòu)是控制采動(dòng)影響的重要因素。8128工作面和下伏15#煤80124工作面之間有多層中粒砂巖、細(xì)粒砂巖，以及K2、K3、K4等賦存穩(wěn)定的標(biāo)志層石灰?guī)r，這類巖層厚度大、硬度大，有利于保持煤層間巖層穩(wěn)定性和完整性，減少下部煤層開采對(duì)上部煤層開采的影響。煤層間還相間有泥巖、砂質(zhì)泥巖等硬度較小的巖層，這類巖層碎脹系數(shù)大，有利于降低“三帶”高度，同樣可以減少下部煤層開采對(duì)上部煤層開采的影響。8128工作面和下伏15#煤80124工作面之間的這種以灰?guī)r、砂巖為主，泥巖為輔，軟硬巖層相間的巖層結(jié)構(gòu)，對(duì)上行開采較為有利[6]。

4.意見(jiàn)及建議

(1)加強(qiáng)礦壓及巷道圍巖變形監(jiān)測(cè)

在蹬空開采過(guò)程中要對(duì)采煤工作面及順槽巷道進(jìn)行全面的礦壓觀測(cè)，實(shí)時(shí)預(yù)警預(yù)報(bào)巷道圍巖變形、破壞情況并進(jìn)行分析，將已獲取的礦壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與信息反饋指標(biāo)相比較，為評(píng)價(jià)和補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括：監(jiān)測(cè)頂板離層情況、頂幫壓力情況以及巷道圍巖變形情況，若發(fā)現(xiàn)巷道頂板、兩幫出現(xiàn)明顯變形及時(shí)采取補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，消除頂板事故隱患，保證生產(chǎn)安全。

(2)加強(qiáng)通風(fēng)管理

8128工作面開采時(shí)，要認(rèn)真防范下部煤層采空區(qū)內(nèi)瓦斯、一氧化碳等有毒有害氣體的滲出，加強(qiáng)采、掘工作面的有毒有害氣體的監(jiān)測(cè)和檢測(cè)工作，搞好通風(fēng)管理工作。若檢測(cè)到8128工作面底板有裂縫時(shí)，必須采用高標(biāo)號(hào)水泥加速凝劑水泥漿在裂縫處進(jìn)行噴注，起到密封效果。

5.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)理論計(jì)算以及對(duì)蹬空開采工作面間煤巖層層間距以及煤巖層巖性與結(jié)構(gòu)分析得出新景礦8128工作面蹬空開采可行。為保證蹬空開采期間的生產(chǎn)安全，在開采期間采煤生產(chǎn)隊(duì)組應(yīng)加強(qiáng)工作面及順槽巷道的礦壓以及圍巖變形情況監(jiān)測(cè)，通風(fēng)區(qū)加強(qiáng)工作面有毒有害氣體的監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)采取有效補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)措施以及有毒有害氣體的處置措施，保證蹬空開采期間的生產(chǎn)安全。