曹冬冬

（西山煤電(集團(tuán))有限責(zé)任公司安監(jiān)局，山西 太原 030053）

隨著礦井生產(chǎn)能力、開采規(guī)模的不斷提升，部分老礦井逐漸出現(xiàn)煤炭資源枯竭的狀況。為充分利用剩余煤炭資源，延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限，部分老礦井開始回收村莊煤柱、孤島工作面等殘留煤炭資源［1-2］。西曲礦12314 工作面地表屬于港立村村莊煤柱范圍，其靠近切眼一側(cè)下伏18306 工作面和18307 工作面采空區(qū)所形成的蹬空區(qū)域。因此，在回采12314工作面以前，應(yīng)對(duì)其蹬空開采的可行性進(jìn)行分析研究，以保證工作面回采的安全可靠性。

1 工作面概況

西曲礦12314 工作面地面位于原港立村東北部，原刷刷港村西南部，蓋山厚度約200～230 m。工作面井下位于南三盤區(qū)東北部，西北部為已回采的12311 工作面，東北部為西1072 運(yùn)輸大巷，東南部為待回采的12313 工作面，各工作面及大巷均留設(shè)保護(hù)煤柱。

2 號(hào)煤層平均煤厚4.20 m，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，煤層整體傾向西南，傾角1°～10°，一般為3°。12314 工作面受四鄰條件影響，為“刀把式”工作面布置形式，正巷長(zhǎng)740 m，副巷長(zhǎng)689 m，補(bǔ)副巷長(zhǎng)51 m，切眼長(zhǎng)106 m，補(bǔ)切眼長(zhǎng)度54 m，儲(chǔ)量0.62 Mt。工作面靠近切眼一側(cè)下伏為18306、18307 蹬空區(qū)，預(yù)計(jì)切眼開采0～220 m范圍內(nèi)為下伏采空區(qū)裂隙帶，該段儲(chǔ)量0.17 Mt，2 號(hào)煤層與8 號(hào)煤層的層間距為70～80 m，平均73 m。

12314 工作面頂?shù)装迩闆r見表1。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r

2 工作面地質(zhì)條件

2.1 斷層、陷落柱情況

12314 工作面共發(fā)育有14 條斷層，均為正斷層，其中對(duì)回采影響較大的落差在1.5 m以上的斷層有2 條，其余斷層落差均小于1.5 m，對(duì)回采影響較小。工作面發(fā)育有陷落柱3 個(gè)，其中E1312 號(hào)陷落柱長(zhǎng)軸37 m，短軸27 m，預(yù)計(jì)工作面穿越長(zhǎng)度30 m；E13X2 號(hào)陷落柱長(zhǎng)軸76 m，短軸48 m，預(yù)計(jì)工作面穿越長(zhǎng)度70 m；E13X3 號(hào)陷落柱長(zhǎng)軸16 m，短軸14 m，預(yù)計(jì)工作面穿越長(zhǎng)度16 m。

2.2 水文地質(zhì)情況

12314 工作面水文地質(zhì)條件中等，開采層位為山西組的砂巖，其頂板砂巖含水層富水性較弱，局部裂隙發(fā)育處有淋水現(xiàn)象，淋水多為點(diǎn)滴，易自然疏干。工作面底板層位高于奧灰水靜止水位線163～182 m，不存在底板突水問題，因此工作面不會(huì)受底板奧灰水影響。在工作面回采期間會(huì)受頂板裂隙水影響，局部頂板有淋水現(xiàn)象，構(gòu)造裂隙發(fā)育處可能會(huì)有涌水。工作面正常涌水量1～2 m3/h，最大涌水量8.0 m3/h。

2.3 其他地質(zhì)情況

工作面相對(duì)瓦斯涌出量0.97 m3/t，絕對(duì)瓦斯涌出量2.69 m3/min，CO2含量0.62 m3/min。2 號(hào)煤層的自燃傾向性屬于Ⅱ類自燃煤層。地溫、地壓正常。

3 蹬空開采可行性分析

目前對(duì)于蹬空開采的可行性分析主要包括比值分析法、“三帶”理論分析法、圍巖平衡分析法和經(jīng)驗(yàn)公式分析法等幾種。影響蹬空開采可行性的主要因素有煤層厚度、煤層傾角、煤層間的層間距、煤層間的覆巖巖性、煤層間的開采間隔時(shí)間等［3-4］。

3.1 比值分析法

根據(jù)采動(dòng)影響倍數(shù)K 計(jì)算公式，對(duì)蹬空開采可行性從2 號(hào)煤層和8 號(hào)煤層之間的層間距、8 號(hào)煤層采高之間的關(guān)系上進(jìn)行判別［5］。

式中：h為煤層間的層間距，m；M為下部已開采煤層的采高，m。

依據(jù)目前蹬空開采相關(guān)理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)先開采下部煤層時(shí)，采動(dòng)影響倍數(shù)K≥7.5 時(shí)，通常對(duì)上部煤層的掘進(jìn)和回采工作不產(chǎn)生影響。

12314 工作面所開采的2 號(hào)煤層與8 號(hào)煤層的層間距為70～80 m，平均73 m。下部已開采的18306、18307 工作面采高為3.85 m，計(jì)算可得采動(dòng)影響倍數(shù)K為18.18～20.78，平均18.96，均大于7.5。因此，通過比值分析法可以得出12314 工作面蹬空開采具有可行性。

3.2 “三帶”理論分析法

根據(jù)巖石力學(xué)“三帶”理論，當(dāng)先開采下部煤層時(shí)，其布置的工作面回采后將形成采空區(qū)，其工作面上覆巖層也將發(fā)生垮落、彎曲、變形，并出現(xiàn)垮落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶的“三帶”形式［6］。

其中垮落帶高度Hm可由式（2）進(jìn)行計(jì)算。

其中裂隙帶高度Hl可由式（3）進(jìn)行計(jì)算。

式中：∑M為下部各開采煤層累計(jì)采厚，m；±項(xiàng)為誤差值。

將12314 工作面及下部已開采的18306、18307工作面的各項(xiàng)參數(shù)代入式（3）可以得出，8 號(hào)煤層開采后所形成的垮落帶高度Hm=27.33 m，裂隙帶高度Hl=58.16 m。12314 工作面所開采的2 號(hào)煤層與8號(hào)煤層的層間距為70～80 m，平均73 m，大于8 號(hào)煤層開采后所形成的裂隙帶高度58.16 m。因此，通過“三帶”理論分析法可以得出12314 工作面蹬空開采可位于8 號(hào)煤層開采后所形成的裂隙帶之上，此部分上覆巖層在開采后可形成多指點(diǎn)的鉸接梁結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的支撐力和整體性，12314 工作面蹬空開采具有可行性。

3.3 圍巖平衡分析法

根據(jù)圍巖平衡理論，下部煤層開采后，其上覆巖層會(huì)形成非平衡帶、部分平衡帶及平衡帶，平衡帶的巖層具有不發(fā)生臺(tái)階狀錯(cuò)動(dòng)的平衡結(jié)構(gòu)，下部開采煤層頂板到平衡巖層頂板的高度，稱作圍巖平衡高度。在兩層煤層之間的覆巖巖性為堅(jiān)硬巖層條件下，上部煤層開采時(shí)位于距其最近的平衡圍巖之上時(shí)，上部煤層可以進(jìn)行蹬空開采。上部煤層蹬空開采時(shí)所具備的最小層間距Hb可由式（4）進(jìn)行計(jì)算［7］。

式中：KS為上下煤層間覆巖的碎脹系數(shù)，一般為1.10～1.15，本次取值1.12；H0為圍巖平衡高度，m。

根據(jù)下部8 號(hào)煤層工作面地質(zhì)柱狀圖，8 號(hào)煤層頂板以上13.49 m，可在能夠起到平衡巖層作用的穩(wěn)定石灰?guī)r之上。代入公式可以得出，最小層間距Hb=45.57 m，12314 工作面所開采的2 號(hào)煤層與8 號(hào)煤層的層間距大于該計(jì)算結(jié)果。因此，通過圍巖平衡分析法可以得出12314 工作面蹬空開采具有可行性。

3.4 經(jīng)驗(yàn)公式分析法

根據(jù)目前蹬空開采實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出數(shù)理統(tǒng)計(jì)回歸的經(jīng)驗(yàn)公式，其最小層間距可由式（5）進(jìn)行計(jì)算［8］。

式中：MS為上部蹬空開采煤層厚度，m。

將12314 工作面及下部已開采的18306、18307工作面的各項(xiàng)參數(shù)代入公式5 可以得出，最小層間距h=13.33 m，12314 工作面所開采的2 號(hào)煤層與8號(hào)煤層的層間距大于該計(jì)算結(jié)果。因此，通過經(jīng)驗(yàn)公式分析法可以得出12314 工作面蹬空開采具有可行性。

4 結(jié)語(yǔ)

通過比值分析法、“三帶”理論分析法、圍巖平衡分析法和經(jīng)驗(yàn)公式分析法等四種分析方法，對(duì)西曲礦2 號(hào)煤層12314 工作面蹬空開采的可行性進(jìn)行分析研究。綜合四種分析結(jié)果，12314 工作面蹬空開采可行。但在蹬空開采區(qū)域回采過程中，生產(chǎn)隊(duì)組應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)礦壓監(jiān)測(cè)、觀察回采巷道頂?shù)装寮皟蓭妥冃吻闆r，并且及時(shí)補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)強(qiáng)度，同時(shí)通風(fēng)隊(duì)組加強(qiáng)對(duì)工作面有毒有害氣體的監(jiān)測(cè)，以保證12314 工作面安全快速通過蹬空開采區(qū)域。