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        急傾斜近距離薄煤層群下行開采上下煤層相互影響的探討

        2016-12-31 00:00:00張良保
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2016年14期

        摘 要:以宣威市寶達(dá)煤礦為工程背景,通過理論探討、現(xiàn)場調(diào)研、工程經(jīng)驗(yàn)分析等研究手段,對其地質(zhì)構(gòu)造、開采技術(shù)條件、下行開采時(shí)上下煤層相互影響進(jìn)行了系統(tǒng)分析。相關(guān)的研究成果可為宣威市寶達(dá)煤礦生產(chǎn)時(shí)提供理論依據(jù)。

        關(guān)鍵詞:理論探討;下行開采;急傾斜近距離薄煤層群

        1 概述

        寶達(dá)煤礦開采煤層為急傾斜近距離薄煤層群,采用下行開采順序時(shí),上部煤層的開采可能會(huì)對下部煤層構(gòu)成破壞。重慶中梁山煤礦煤層賦存條件與寶達(dá)煤礦類似,均屬急傾斜近距離薄煤層群,且該礦開采條件更差,屬煤與瓦斯突出礦井。調(diào)查中除與相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行交流及搜集資料外,還下井參觀了回采工作面的生產(chǎn)狀況。參觀的工作面所屬煤層為K2煤層,為先行開采的保護(hù)層,上下部均有可采煤層,煤層間距在3~8m。工作面煤層直接頂為砂質(zhì)泥巖,厚度1-2.5m,深灰色、塊狀,含黃鐵礦晶粒,與K2煤層接觸處有0.10m的菱鐵礦層。煤層底板為粘土巖,厚度0.15-0.80m,淺灰色、塊狀;老底為細(xì)粒砂巖,厚度1.3-3.5m,灰褐色,薄層狀,含菱鐵礦結(jié)核。工作面采厚0.8m,煤層傾角65-70°,工作面布置成俯偽斜正臺(tái)階,工作面垂高70m,采用風(fēng)鎬落煤,為降低煤塵影響并改善作業(yè)環(huán)境采用下行通風(fēng)。據(jù)介紹中梁山煤礦煤層間距在5m以上,開采上層煤就不會(huì)對下層煤造成破壞影響,究其原因是由于薄煤層開采后頂板垮落及時(shí)充填了采空區(qū),限制了煤層底板的移動(dòng)和垮落,實(shí)際觀察看矸石充填的采空區(qū)高度達(dá)采面長的三分之二以上,煤層底板沒有出現(xiàn)垮落的情況。對于煤層間距在5m以下的煤層,中梁山煤礦采用上下煤層配采的方法,即兩層煤同時(shí)回采、上層超前距離不超過20m,就能保障安全生產(chǎn)。

        2 下行開采時(shí)上下煤層相互影響關(guān)系

        中梁山煤礦的開采技術(shù)條件與寶達(dá)煤礦較為相似,由前者矸石充填采空區(qū)高度達(dá)采面的三分之二而煤層底板沒有出現(xiàn)垮落的情況看,只要充填及時(shí),可以在很大程度上減小對下部煤層開采條件的破壞。急傾斜煤層采用下行開采順序時(shí),上下煤層相互影響關(guān)系見圖1。

        由圖可以看到,開采上層煤不對下層煤構(gòu)成破壞的條件為:

        其中:M-層間距,m;hw-未充填垂高,m;hc-已充填垂高,m;α-煤層最大傾角,°;λ-底板巖層移動(dòng)角,°。

        采空區(qū)矸石充填參數(shù)計(jì)算如下:

        煤層開采后的直接頂每米充填體積Q1、直接頂垮落體積Q2、采煤體積Q3以及開采后的每米實(shí)際垮落體積Qz、未充填空間Qw以及未充填采空區(qū)長度Lw按照以下公式計(jì)算:

        (1)充填體積Q1根據(jù)直接頂厚度hzj、工作面?zhèn)涡遍LP、巖石碎脹系數(shù)Kp計(jì)算:

        Q1=hzj×P×Kp×1.0

        (2)直接頂垮落體積Q2根據(jù)直接頂厚度、工作面?zhèn)涡遍LP計(jì)算:

        Q2=hzj×P×1.0

        (3)采煤體積Q3按最大厚度M計(jì)算:

        Q3=M×P×1.0

        (4)Qz=Q2+Q3

        Qw=Qz-Q1;

        Lw=Qw/(hzj+M)

        我國南桐礦區(qū)、淮南礦區(qū)和浙江長廣礦區(qū)均有急傾斜煤層開采,采用走向長壁陷落法或水平分層采煤法,煤層傾角分別為15-80°、20-84°、70-80°,采厚分別為0.9-3.4m、1.8-4.2m和1.8m。據(jù)統(tǒng)計(jì),上述礦區(qū)的底板移動(dòng)角λ分別為54°、55°和65.5°,走向移動(dòng)角δ分別為70°、75°、71.5°。

        寶達(dá)煤礦各煤層傾角在59-67°之間,隨著煤層向下水平延伸煤層傾角逐漸變緩。寶達(dá)煤礦煤層傾角與南桐、淮南和長廣礦區(qū)相似,含煤地層均為二疊系,因此,本設(shè)計(jì)參照這些礦區(qū)實(shí)測統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),取它們的平均值作為寶達(dá)煤礦底板巖層移動(dòng)角,即λ=58.2°。

        以下根據(jù)矸石充填參數(shù)、煤層傾角、煤層間距(采用表中的最小層間距)校核各煤層下行開采時(shí)是否對下部鄰近層構(gòu)成破壞。詳見表1。

        3 結(jié)束語

        由表1可以看到,寶達(dá)煤礦下行開采時(shí),開采煤層頂板自然垮落,基本不會(huì)對下部煤層構(gòu)成破壞。但為了提高煤炭資源利用率,煤礦在生產(chǎn)過程中應(yīng)在部分區(qū)域回采工作面實(shí)施強(qiáng)制放頂,適當(dāng)增加工作面頂板冒落高度和充填高度,從而減小或避免上煤層開采對下煤層的破壞。

        參考文獻(xiàn)

        [1]高明中.急傾斜煤層開采巖移基本規(guī)律的模型試驗(yàn)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2004.

        [2]陳亞軍.急傾斜近距薄煤層群采煤方法初探[J].煤礦開采,2004.

        [3]孫曉冬.急傾斜薄煤層開采礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究[J].煤礦開采,2011.

        作者簡介:張良保(1977,11-),采礦工程師,1995年畢業(yè)于昆明冶金工業(yè)學(xué)校采礦工程專業(yè),現(xiàn)工作于曲靖市富源縣煤炭工業(yè)局規(guī)劃發(fā)展科,主要從事煤礦技術(shù)監(jiān)管工作。

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