文/董洪生

陽煤集團(tuán)溫家莊礦井為煤層群開采，投產(chǎn)盤區(qū)為一水平11盤區(qū)和二水平23盤區(qū)，煤層賦存較穩(wěn)定，但不同煤層厚度差異較大，且可采煤層均具有煤與瓦斯突出危險性。通過對保護(hù)層保護(hù)效果及對上鄰近層影響進(jìn)行分析，選取最優(yōu)的保護(hù)層層位，實(shí)現(xiàn)逐層對鄰近層進(jìn)行消突。該方案既有效解放煤層瓦斯，降低礦井煤與瓦斯突出措施工程費(fèi)用，又平衡礦井產(chǎn)量，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

一、基本情況

1.煤層賦存

（1）產(chǎn)狀

11盤區(qū)開采煤層從上到下為3、81和 82號煤層，其中 3、82號煤層首采盤區(qū)內(nèi)大部可采，81號煤層首采盤區(qū)內(nèi)全區(qū)可采。

23盤區(qū)開采煤層從上到下為12、15和15下號煤層，其中12號煤層僅23盤區(qū)南翼西側(cè)的231202、231204工作面可采。

（2）可采煤層

①一水平首采盤區(qū)可采煤層。一水平11盤區(qū)內(nèi)可采煤層為3、81和82號煤層，各煤層鉆孔揭露情況分述如下：

3號煤層：煤層厚度0.8～1.45m，平均厚度1.15m。煤層結(jié)構(gòu)簡單，含0～1層夾矸，除11盤區(qū)北翼西側(cè)區(qū)域不可采，首采盤區(qū)內(nèi)大部可采。

81號煤層：扣除采空區(qū)部分，剩余7個鉆孔，揭露煤層厚度為1.57～2.35m，平均 1.96m。煤層結(jié)構(gòu)簡單，首采區(qū)內(nèi)不含夾矸，全區(qū)可采。

82號煤層：煤層厚度0.85～1.80m，平均厚度1.43m。煤層結(jié)構(gòu)簡單，含0～1層夾矸，除11盤區(qū)北翼西側(cè)局部區(qū)域不可采，首采盤區(qū)內(nèi)大部可采。

②二水平首采盤區(qū)可采煤層。二水平23盤區(qū)內(nèi)可采煤層為12、15和15下號煤層，各煤層鉆孔揭露情況分述如下：

12號煤層：23盤區(qū)內(nèi)12號煤層僅231202、231204工作面可采，鉆孔2個，揭露煤層厚度為0.85～0.95m，平均厚度0.90m。煤層結(jié)構(gòu)簡單，不含夾矸，首采區(qū)內(nèi)局部可采，僅南翼西側(cè)可布置約3個工作面。

15號煤層：煤層厚度3.32～7.15m，平均4.53m。煤層結(jié)構(gòu)較簡單，含0～3層夾矸，首采盤區(qū)內(nèi)全區(qū)可采。

15下號煤層：煤層厚度0.90～1.76m，平均厚度1.58m。煤層結(jié)構(gòu)簡單，含0～3層夾矸，首采盤區(qū)內(nèi)僅23盤區(qū)北翼可采。

③可采煤層間距。根據(jù)地質(zhì)報告，該礦井可采煤層6層，分別為3、81、82、12、15、15下號煤層，煤層平均間距分別為 44.72m、3.98m、31.84m、36.91m、5.05m。

2.水文地質(zhì)

該井田水文地質(zhì)勘查類型可劃分為兩類：山西組為第二類第一型，即水文地質(zhì)條件簡單的頂板直接充水的裂隙充水礦床，太原組為第三類第一亞類第一型，即水文地質(zhì)條件簡單的頂板間接充水的溶蝕裂隙為主的充水礦床。水文地質(zhì)類型應(yīng)定為水文地質(zhì)中等型礦井。

3.其他開采條件

瓦斯：該礦井按煤與瓦斯突出礦井設(shè)計(jì)。

煤塵：可采煤層中除3、15號煤層煤塵無爆炸危險性外，其余煤層煤塵均具有爆炸危險性。

該礦井煤層自燃傾向性等級為Ⅲ級，鑒定結(jié)論為不易自燃。地質(zhì)報告中82、12、15號煤的自燃傾向性均為不易自燃。

地溫：本區(qū)屬地溫正常區(qū)。

二、保護(hù)層保護(hù)效果分析

根據(jù) 《保護(hù)層開采技術(shù)規(guī)范（AQ1050-2008）》附錄 A 中對保護(hù)層與被保護(hù)層之間的有效垂距計(jì)算公式，下保護(hù)層的最大有效距離：

上保護(hù)層的最大有效距離：

式中：

S'下、S'上—下保護(hù)層和上保護(hù)層的理論有效垂距，m。與工作面長度 L（一水平200m，二水平260m）和開采深度H有關(guān)；

β1—保護(hù)層開采的影響系數(shù)，當(dāng) M≤M0時，β1=M/M0， 當(dāng) M>M0時，β1=1；

M—保護(hù)層的開采厚度，m；

M0—保護(hù)層的最小有效厚度，m；

β2—層間硬巖（砂巖、石灰?guī)r）含量系數(shù)。

經(jīng)過上述分析結(jié)果可知，在所有可采煤層均全區(qū)可采的情況下，采用上保護(hù)層開采，保護(hù)層有效垂距均大于煤層間距，能夠起到消突作用，但是考慮到該礦井12號煤層僅在中央分區(qū)可采，其他區(qū)域絕大部分不可采。如仍采用上保護(hù)層開采，開采82號煤層時有效垂距為56m，而此時82號煤層與15號煤層的層間距達(dá)到了73.38m，導(dǎo)致無法對15號煤層起到保護(hù)作用，因此一水平煤層不適合作為保護(hù)層開采，只能考慮二水平可采煤層。采用下保護(hù)層的方式，根據(jù)煤層賦存情況，兩層煤均為大部可采煤層，作為下保護(hù)層開采時，均能對全井田可采煤層起到保護(hù)作用。3號煤層到15號、15下號煤層間距分別為 124.97m和 131.39m，15下號煤層作為保護(hù)層開采時，3號煤層位于其保護(hù)范圍的臨界，保護(hù)效果有限。

三、保護(hù)層對上部被保護(hù)煤層破壞程度的分析

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》等相關(guān)規(guī)定，選擇下保護(hù)層開采時，不得破壞被保護(hù)層的開采條件，本次設(shè)計(jì)通過理論計(jì)算對15號及15下號煤層作為下保護(hù)層開采時對上部煤層的破壞程度進(jìn)行分析驗(yàn)證。

1.按照《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》附錄D中D.4規(guī)定，開采下保護(hù)層時，上部被保護(hù)層不被破壞的最小層間距離計(jì)算公式計(jì)算：

H=KMcosα

式中：

H—允許采用的最小層間距，m；

K—頂板管理系數(shù)，冒落法管理頂板采用10；

M—保護(hù)層的開采厚度；

α—煤層傾角，取 8°。

2.按照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》中的公式計(jì)算最小層間距：

H=100×M/(1.6M+3.6)+5.6m

式中：

H—導(dǎo)水裂隙帶高度，m；

M—煤層采厚。

設(shè)計(jì)根據(jù)地質(zhì)報告對每個鉆孔進(jìn)行了詳實(shí)具體的分析。計(jì)算結(jié)果顯示，15號煤層作為保護(hù)層開采時，上部被保護(hù)層不被破壞的最小層間距離值及導(dǎo)水裂隙帶高度均小于煤層間距，因此不會對其上部的82號煤層產(chǎn)生大的影響，是可行的。同理設(shè)計(jì)對15下號煤層做同樣的分析后發(fā)現(xiàn)，15號和15下號煤層間距較小，15下號煤層作為保護(hù)層開采時，上部被保護(hù)層不被破壞的最小層間距離值及導(dǎo)水裂隙帶高度均大于煤層間距，會對其上部的15號煤層造成較大的影響，故15下號煤層不能作為礦井下保護(hù)層開采。

經(jīng)過以上分析，確定礦井中央分區(qū)12號煤層全區(qū)可采，采用上保護(hù)層開采，逐層對下鄰近層進(jìn)行保護(hù)，達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。其他區(qū)域12號煤層均不可采，設(shè)計(jì)選擇15號煤層作為下保護(hù)層，15號煤層保護(hù)層開采結(jié)束后，采用煤層下行開采。

四、結(jié)論

根據(jù)上述分析，溫家莊礦井煤層開采順序如下：

一水平：3號煤層→81號煤層→82號煤層，11、16盤區(qū)受開采現(xiàn)狀影響，先開采81號煤層；

二水平：12號煤層→15號煤層→15下號煤層，15號煤層作為保護(hù)層開采范圍內(nèi)，優(yōu)先開采15號煤層。

采用上述方案選取保護(hù)層，不僅有效解決了瓦斯突出問題，同時實(shí)現(xiàn)了煤層的薄厚搭配回采，對礦井安全生產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、達(dá)產(chǎn)均起到關(guān)鍵作用。