（山西忻州神達金山煤業(yè)有限公司，山西 忻州 036600）

1 工程背景

山西忻州神達金山煤業(yè)有限公司井田北鄰陽泉煤業(yè)集團五鑫煤業(yè)有限公司，南接山西忻州神達晉保煤業(yè)有限公司，東部為煤層露頭，西部無煤礦。井田地層沿走向、傾向的產(chǎn)狀變化不大，總體走向為近南北，向西傾伏的單斜構造，傾角7°～9°，一般8°，井田內無斷裂構造，未發(fā)現(xiàn)有巖漿巖侵入體，不影響采區(qū)的合理劃分和采煤工作面的連續(xù)推進，本井田地質構造類型屬簡單類型。

井田內含可采煤層2層，即12、13號煤層，12號煤層剩余可采儲量為1.662 Mt，結合礦井目前12號煤層開采情況，12號煤層剩余服務年限不足1年。為了保障礦井正常生產(chǎn)接續(xù)，對13號煤層進行放頂煤可行性分析已成為亟待解決的問題。

2 開采條件分析與論證

2.1 水文地質

13號煤層正常涌水量21.4m3/h，最大涌水量27.9m3/h，采區(qū)水文地質條件中等，可以采用放頂煤開采。水患類型有地表水、裂隙水、采空區(qū)積水和奧灰水等[1-2]。其中，奧灰水位標高低于12號、13號煤層的最低底板標高，奧灰水對煤層開采無影響。針對其他水患類型，加強地表巡查，做好雨季地面塌陷、地裂縫治理等工作；嚴格執(zhí)行“預測預報，有掘（采）必(鉆)探，先探后掘，先治后采”的探放水原則，綜放工作面回采前先對采面及上幫進行探放水，然后方可開始回采，推進過程中必須保持探水進超前距不少于20 m。

2.2 瓦斯

根據(jù)2018年的瓦斯鑒定報告，礦井相對瓦斯涌出量為0.74m3/t，絕對瓦斯涌出量為1.19m3/min，相對二氧化碳涌出量為1.1m3/t，回采工作面絕對瓦斯涌出量為0.5m3/min，掘進工作面絕對瓦斯涌出量為0.38m3/min，礦井瓦斯等級鑒定為低瓦斯礦井，不存在瓦斯突出的危險，可以進行放頂煤開采。

該礦井雖鑒定為低瓦斯礦井，但上隅角一直是瓦斯容易聚集的地方[3-4]。針對上隅角瓦斯聚集，在生產(chǎn)過程中，必須及時回撤工作面機尾的液壓支架，加強工作面機尾端頭的支護管理。加強通風管理，減少上隅角的風流渦流區(qū)域，從而降低上隅角的瓦斯?jié)舛取?/p>

2.3 煤層賦存

13號煤層位于太原組中部，S2砂巖之下，煤層厚度11.04～15.59m，平均13.53m，煤層賦存穩(wěn)定，含夾矸0～3層，夾矸單層厚度0.25～0.75m，頂板為砂質泥巖或泥巖，底板為砂質泥巖或砂巖，為本井田穩(wěn)定的全區(qū)可采煤層，該煤層在井田的東部剝蝕。在井田13號煤層露頭附近有一開采深度約10 m左右的小窯，小窯口位于礦界外，且所采的為風氧化煤，對煤礦生產(chǎn)無影響。從賦存條件來看，煤層穩(wěn)定，結構簡單，有利于放頂煤開采。

煤層平均厚度13.53m，工作面設計采用MG300/730-WD雙滾筒采煤機割煤，首采工作面采高3.6m，平均放頂高度9.93m，采放比1:2.76，小于1:3，符合規(guī)范要求，可以進行放頂煤開采。

2.4 自燃性

根據(jù)13號煤層掘進工作面處的煤樣自燃等級測試，13號煤層吸氧量0.56 cm3/g，自燃等級為Ⅱ級，傾向性為自燃。目前井下未發(fā)現(xiàn)火區(qū)，地面未發(fā)現(xiàn)煤層自燃現(xiàn)象。

鑒于煤層傾向于自燃，為了保證正常的放頂煤生產(chǎn)，需要對工作面的煤堆自燃情況進行實時監(jiān)測。設計采用現(xiàn)有的JSG8煤礦自然發(fā)火束管監(jiān)測系統(tǒng)及自帶煤礦專用火災氣體色譜分析系統(tǒng)，借助束管將礦井井下各測點的氣體，經(jīng)抽氣泵負壓抽取、匯總到指定地點，借助氣相色譜檢測裝置對束管采集的井下氣樣進行分析，實現(xiàn)對CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、O2、N2等氣體含量的在線監(jiān)測，其監(jiān)測結果在以實時監(jiān)測報告、分析日報等方式提供數(shù)據(jù)的同時，亦可自動存入數(shù)據(jù)庫中，以便今后對某種氣體含量的變化趨勢分析，從而實現(xiàn)對礦井自燃火災的早期預報。

2.5 頂板

13號煤層直接頂為厚2.30～23.44m的泥巖或砂質泥巖，抗壓強度為8.0～8.8MPa，平均8.3MPa，抗壓強度小，屬軟弱巖石，一般會隨采隨落，符合放頂煤開采的相關要求。

2.6 頂煤冒放性

依據(jù)《采礦工程設計手冊》頂煤冒放性評價的方法進行評價。影響頂煤冒放性的自然因素主要有開采深度、煤層厚度、煤層結構、夾矸層數(shù)多少及其硬度和厚度、煤層頂板巖性及其煤厚和巖、煤體裂隙發(fā)育程度，還有煤巖層交界面地質結構整合程度等[5-6]。因此，需要對各影響因素的隸屬度進行取值計算。

選取13號煤層13101首采工作面進行評價，工作面采深H為145～235m，煤層單向抗壓強度Rc為6.40MPa，采深與煤層強度之比：H/Rc=22.6～36.7，隸屬度值μ1取0.9；直接頂屬于2類中等穩(wěn)定頂板，隸屬度值μ2取0.8；老頂為Ⅱ類頂板，隸屬度值μ3取0.6；13101工作面采放比為1：2.77，隸屬度值μ4取0.8；13號煤層煤體強度約為6.40MPa，隸屬度值μ5取0.9；13號煤層夾矸層厚度250～750 mm，夾矸層強度小于10MPa，隸屬度值μ6取1.0；夾矸層巖性為炭質泥巖和泥巖，強度較小，隸屬度值μ7取0.8。

采場頂煤整體冒放性計算方法見下式，將取值數(shù)據(jù)代入式中，計算得μ=0.841，根據(jù)計算結果，查表得出13101工作面頂煤冒放性評價結果為“好”。

式中：Ai為頂煤冒放性影響因素權重分配系數(shù)；μi為頂煤冒放性影響因素隸屬度值。

綜合以上6方面的詳細分析，認為金山煤業(yè)公司13號煤層在現(xiàn)有的條件下能夠采用放頂煤開采技術。

3 結語

1）通過對水文地質、瓦斯、煤層賦存條件、頂板性質、自燃性、頂煤冒放性等影響因素進行綜合分析。

2）對影響放頂煤開采技術進行了初步論證后，認定金山煤業(yè)公司13號煤層在當前條件下可以采用放頂煤開采技術。