張 輝

（山西焦煤西山煤電集團(tuán)公司安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局，山西 太原 030053）

在我國(guó)，近距離煤層占煤炭資源總量的比重較大，據(jù)統(tǒng)計(jì)，有超過(guò)40%的煤炭資源都屬于近距離煤層[1-2]。西山煤電集團(tuán)西銘礦8#、9#煤層屬于極近距離煤層，目前采用下行開(kāi)采的方法，即先采8#煤層，然后開(kāi)采9#煤層。為提高礦井經(jīng)濟(jì)效益，改善工作面的開(kāi)采環(huán)境，本文對(duì)現(xiàn)有開(kāi)采方式進(jìn)行分析并提出相應(yīng)優(yōu)化方案。

1 工程背景

西山煤電集團(tuán)西銘礦是山西西山煤電股份公司旗下礦井，主采2#、3#、8#和9#煤層，目前，其上組2#、3#煤層資源逐年減少，8#和9#煤層已成為礦井的主采煤層。8#和9#煤層相距0.5～6.9m，平均僅1.8m，層間巖層巖性以砂質(zhì)頁(yè)巖為主，強(qiáng)度較低，完整性較差，屬于極近距離煤層。8#煤層平均厚度為4.2m，9#煤層平均厚度為2.8m。在9#煤層開(kāi)采過(guò)程中，受上煤層開(kāi)采的影響，層間頂板穩(wěn)定性差，維護(hù)困難，尤其在層間巖層較薄處，極易發(fā)生冒頂?shù)劝踩鹿蔥3]。因此，基于上、下煤層層間距較薄的實(shí)際情況，對(duì)極近距離煤層合層綜放開(kāi)采的可行性進(jìn)行分析研究。

2 頂煤冒放性預(yù)測(cè)

對(duì)于放頂煤開(kāi)采頂煤冒放性，許多學(xué)者進(jìn)行了大量研究[4-5]，太原理工大學(xué)靳鐘銘教授[4]等利用模糊數(shù)學(xué)和破壞系數(shù)兩種方法建立頂煤冒放性計(jì)算模型，并在實(shí)踐中得到了驗(yàn)證。由于利用模糊綜合預(yù)測(cè)的方法對(duì)冒放性進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，其計(jì)算量大，且?jiàn)A矸層厚度上限為0.5m，不適合本文地質(zhì)條件的使用。因此，利用破壞系數(shù)法對(duì)工作面頂煤冒放性進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2.1 破壞系數(shù)法預(yù)測(cè)

根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，利用多元回歸分析，建立頂煤破壞系數(shù)方程，可以對(duì)頂煤冒放性進(jìn)行合理預(yù)測(cè)，極大地簡(jiǎn)化了計(jì)算過(guò)程，回歸方程為：

式中：

Y—頂煤破壞系數(shù)；

H—煤層埋深，m；

Md—頂煤厚度，m；

Rc—煤體單軸抗壓強(qiáng)度，MPa；

Mj—夾矸層厚度，m；

D—煤層裂隙分維值。得出的破壞系數(shù)與頂煤冒放性的分類對(duì)照表如表1所示。

表1 破壞系數(shù)法頂煤冒放性分類

2.2 西銘礦極近距離煤層冒放性預(yù)測(cè)

根據(jù)礦井地質(zhì)資料，西銘礦下組極近距離煤層埋深H約280m、頂煤厚度Md為6.04m、煤體單軸抗壓強(qiáng)度Rc為16MPa、夾矸層厚度Mj為0.5～6.9m、煤層裂隙分維值D為1.61。將數(shù)據(jù)代入式（1），對(duì)不同夾矸厚度下頂煤冒放性進(jìn)行合理預(yù)測(cè)，所得結(jié)果如表2。

表2 冒放性預(yù)測(cè)

如表2所示，對(duì)于8#、9#極近距離煤層，層間距最小為0.5m時(shí)，頂煤冒放性為Ⅱ級(jí)，冒放性好，采用放頂煤開(kāi)采可以取得良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)；層間巖層厚度為1.2m時(shí)，頂煤冒放性為Ⅲ級(jí)，冒放性中等，采用合理的放煤工藝和參數(shù)，也可以取得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；當(dāng)層間巖層厚度為1.8m時(shí)，頂煤冒放性為Ⅳ級(jí)，冒放性差，采取適當(dāng)?shù)拇胧?，也可以使用放頂煤開(kāi)采；當(dāng)層間巖層厚度為3m和4m時(shí)，頂煤冒放性為Ⅴ級(jí)，冒放性差，不能使用放頂煤開(kāi)采。

3 開(kāi)采方式優(yōu)化

根據(jù)前面的分析，9#煤層部分區(qū)域可以采用放頂煤開(kāi)采的方式。上部已采空部分，仍采用原有下行開(kāi)采的方法；上部8#煤層未采的部分，根據(jù)層間巖層厚度選取合適的開(kāi)采方式：

（1）層間巖層厚度在1.2m以下時(shí)，頂煤冒放性較好，層間巖層可直接冒落，不需采用任何措施，就可以直接使用綜采放頂煤開(kāi)采；

（2）層間巖層厚度為1.2～1.8m時(shí)，頂煤冒放性較差，主要是由于層間巖層較厚，影響頂煤的放出，可對(duì)層間巖層采取恰當(dāng)措施（如水力致裂、挑頂開(kāi)采等）后，采用綜采放頂煤開(kāi)采；

（3）層間巖層厚度為1.8m以上時(shí)，難以冒落或冒落塊度過(guò)大，堵塞放煤口，不適合采用放頂煤開(kāi)采，因此仍采用下行開(kāi)采的方法進(jìn)行回采。

根據(jù)西銘礦煤層實(shí)際賦存條件，層間巖層厚度平均值為1.8m，小于1.8m的區(qū)域比重較為可觀，采用放頂煤開(kāi)采的方法后，具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）相比于下行開(kāi)采，放頂煤開(kāi)采前期只需布置一個(gè)工作面就可以將區(qū)域內(nèi)兩層煤全部回采，回采所需時(shí)間也極大地縮短，經(jīng)濟(jì)效益明顯提高；

（2）工作面布置更加簡(jiǎn)單，頂板管理控制容易。采用下行開(kāi)采時(shí)，受上煤層的開(kāi)采影響，頂板較為破碎，穩(wěn)定性差，管理維護(hù)十分困難，而采用放頂煤開(kāi)采后，則可避免這一問(wèn)題的發(fā)生；

（3）放頂煤開(kāi)采的巷道掘進(jìn)量降低，巷道搬家次數(shù)減少，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，工作面單產(chǎn)更高。

4 結(jié)論

（1）利用破壞系數(shù)法對(duì)其頂煤冒放性進(jìn)行合理預(yù)測(cè)，得到不同層間距下頂煤冒放性，認(rèn)為層間距在1.8m以下時(shí)，頂煤冒放性在Ⅳ級(jí)及以上，可采用放頂煤開(kāi)采；層間距在1.8m以上時(shí)，頂煤冒放性為Ⅴ級(jí)，不能采用放頂煤開(kāi)采；

（2）根據(jù)冒放性預(yù)測(cè)結(jié)果，提出開(kāi)采方式的優(yōu)化方案。按照層間巖層厚度的不同，將煤層分為3個(gè)區(qū)域，認(rèn)為層間巖層厚度在1.2m以下時(shí)，可直接采用綜放開(kāi)采技術(shù)，層間巖層厚度為1.2～1.8m時(shí)，可在采取一定措施后采用綜放開(kāi)采，層間巖層厚度為1.8m以上時(shí)，仍采用下行開(kāi)采的方法。