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（山西辰誠(chéng)建設(shè)工程有限公司 山西 045000）

1.引言

陽(yáng)煤集團(tuán)新景況15號(hào)煤相比較8號(hào)、9號(hào)煤屬于弱突出危險(xiǎn)性煤層，可以在佛洼、保安分區(qū)尚未開采的西采區(qū)，即井田埋深最大的西部區(qū)域?qū)嵭猩闲虚_采。先開采下組的15號(hào)煤，再開采上組的3號(hào)、8號(hào)、9號(hào)煤，這樣就形成了蹬空開采。蹬空開采區(qū)內(nèi)貫穿9號(hào)煤和15號(hào)煤的鉆孔較多，共54個(gè)鉆孔，分布比較均勻。根據(jù)鉆孔參數(shù)，保安分區(qū)范圍內(nèi)9號(hào)煤層與15號(hào)煤層層間距為54.11m-83.58m，平均厚度為66.60m。佛洼分區(qū)范圍內(nèi)9號(hào)煤層與15號(hào)煤層層間距為56.03m-66.62m，平均厚度為60.94m。蹬空開采范圍內(nèi)，9號(hào)煤層與15號(hào)煤層層間距為54.11m-83.58m，平均厚度為63.66m。為了保證煤礦生產(chǎn)的安全性，需要對(duì)8號(hào)煤層和9號(hào)煤層開采的安全性進(jìn)行分析[1-3]。

2.蹬空開采的主要影響因素

(1)層間距的影響

上、下煤層的層間距是蹬空開采需要考慮的主要因素。一般，上、下煤層的層間距越大，下煤層開采對(duì)上煤層開采的影響也就越小，對(duì)上行開采也就越有利。反之，若煤層的間距較小，則在下煤層開采時(shí)會(huì)對(duì)上煤層影響劇烈，上行式開采十分困難。因此，需要根據(jù)下煤層的采動(dòng)影響范圍來(lái)確定是否適合進(jìn)行上行式開采。

(2)采高的影響

一般，采高并不直接影響到蹬空開采，其對(duì)蹬空開采的影響主要取決于采動(dòng)影響范圍。在正常情況下，采高越大，下層煤開采時(shí)，上層煤的下沉量越大，對(duì)上層煤的破壞也就越大。采出的空間越高，采場(chǎng)上覆巖層結(jié)構(gòu)可能獲得平衡的幾率就越小，勢(shì)必導(dǎo)致采場(chǎng)上覆巖層的嚴(yán)重破壞。采高上層煤的直接體現(xiàn)為上覆巖層移動(dòng)形成的三帶，三帶的高度越大，則波及到上層煤的范圍也就愛越大。在分層開采厚煤層時(shí)，垮落帶及裂縫帶高度與累計(jì)采高成分式函數(shù)關(guān)系。

(3)采煤方法的影響

采煤方法對(duì)煤層開采的影響主要體現(xiàn)在開采強(qiáng)度的不同，開采強(qiáng)度越大，地表下沉量也就越大。更為重要的是，開采方法對(duì)圍巖的破斷形式和范圍有著直接的影響，例如，近距離煤層群開采可以使垮落帶和裂縫帶的發(fā)育高度有所降低。

此外，采煤方法中對(duì)采空區(qū)頂板處理方式，也會(huì)影響著三帶形成的高度。通常情況下，采空區(qū)上方的頂板都采用完全垮落式管理，這會(huì)形成了煤層開采中的三帶。為了緩解三帶的形成，可以采用充填法來(lái)進(jìn)行采空區(qū)管理，這樣頂板的下沉量會(huì)大大減少。換句話說(shuō)，就是用充填物來(lái)置換煤層，從而達(dá)到對(duì)巖層移動(dòng)的控制。因此，對(duì)于上行開采過(guò)程中，煤層間距較小的情況下，可以采用充填采煤方法來(lái)進(jìn)行處理。

(4)巖性及層間結(jié)構(gòu)的影響

在蹬空開采時(shí)，需要面臨的是下沉煤開采過(guò)程中引起的巖層移動(dòng)會(huì)波及到上層煤。實(shí)際上，這個(gè)波及程度不僅與采高、層間距以及采煤方法有關(guān)，還與巖層的巖性和層間結(jié)構(gòu)存在重大的關(guān)系。當(dāng)頂板厚而堅(jiān)硬時(shí)，采空區(qū)上覆巖層中形成的垮落帶和裂隙帶的高度較大，下層煤開采對(duì)上層煤開采影響也就越嚴(yán)重。反之，當(dāng)頂板巖石強(qiáng)度較低時(shí)，采空區(qū)上方會(huì)形成彎曲下沉帶，垮落帶和裂隙帶的高度較小，非常利于上行式開采。當(dāng)直接頂?shù)暮穸却笥?/（K1-1）倍采高時(shí)（K1為巖石碎脹系數(shù)），冒矸充滿采空區(qū)，其上覆巖層在斷裂下沉中易于形成平衡巖層結(jié)構(gòu)，位于平衡巖之間的煤層將緩慢下沉，有利于上行開采。

3.蹬空開采可行性分析

以上分析的是上行式開采需要考慮到的因素，但是新景礦實(shí)際面臨的情況更加復(fù)雜。目前，新景礦的下層煤已經(jīng)開采完畢，需要對(duì)上層煤開采的安全性進(jìn)行分析。為此，需要分析下煤層中的9號(hào)煤開采時(shí)頂板裂隙發(fā)育情況、是否出現(xiàn)了臺(tái)階錯(cuò)動(dòng)等等。需要根據(jù)實(shí)際的煤層賦存情況，來(lái)確定合適的蹬空開采層間距。下面分析了采用“三帶”判別法、柱厚采厚比法和圍巖平衡法等方法對(duì)上組煤蹬空開采可行性進(jìn)行綜合分析。

(1)“三帶”判別法[4]

下部煤層開采后，上部煤巖層的整體結(jié)構(gòu)會(huì)遭到破壞，根據(jù)破壞程度不同，可依次分為垮落帶、裂縫帶和彎曲下沉帶。

礦井15號(hào)煤上覆巖層總體為中硬巖層，根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)范》，同時(shí)參考《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采指南》，垮落帶高度按下式計(jì)算：

式中：H-垮落帶最大高度，m；M-煤層采厚，15號(hào)煤平均厚度5.40m，最大8.05m；W-垮落過(guò)程中頂板的下沉值，m；本礦井無(wú)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，取0；K-垮落巖石碎脹系數(shù)，取1.3；α-煤層傾角，5°～15°，取最大15°。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，位于保安進(jìn)風(fēng)立井附近的3-131鉆孔15號(hào)煤層厚度最大為8.05m，垮落帶高度最大為53.30m，該處9號(hào)煤和15號(hào)煤間距69.45m，層間距大于垮落帶16.15m?？梢?號(hào)煤層位于計(jì)算的最大垮落帶高度之上。

導(dǎo)水裂縫帶最大高度可按下式計(jì)算：

式中：H-導(dǎo)水裂縫帶最大高度，m；M-采厚，15號(hào)煤平均5.40m，最大8.05m；本區(qū)15號(hào)煤與9號(hào)煤層間距最小54.11m，最大83.58m，平均63.66m；9號(hào)煤層位于計(jì)算的最大裂縫帶高度之內(nèi)。

綜上，從垮落帶高度、導(dǎo)水裂縫帶的高度分析，9號(hào)煤位于15號(hào)煤垮落帶之上的裂縫帶內(nèi)，上組煤蹬空開采可行。

(2)柱厚采厚比法

柱厚采厚比法是利用煤層間距和采高的比值即采動(dòng)影響倍數(shù)來(lái)衡量上行開采的可行性。當(dāng)下部開采一個(gè)煤層時(shí)，用比值K的大小來(lái)判斷，即：

式中：H為上下煤層間的垂距，m；M為下部煤層的采高，m。

我國(guó)煤層（群）蹬空開采的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及研究表明：當(dāng)比值K＞7.5時(shí)，先采下部煤層一般不影響在上煤層內(nèi)進(jìn)行正常準(zhǔn)備和回采。當(dāng)下部開采多個(gè)煤層時(shí)，用綜合比值K’的大小來(lái)判斷，即：

式中：K1=H1/M2,K2=H2/M3……Kn=Hn/Mn+1。

我國(guó)煤層（群）蹬空開采的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及研究表明：當(dāng)綜合比值K’＞6.3時(shí)，可行正常上行開采。就本礦而言，主要可采煤層為3號(hào)、8號(hào)、9號(hào)和15號(hào)煤層，9號(hào)煤開采時(shí)，下部?jī)H15號(hào)煤采空，不存在下部多煤層開采，本次采用比值K來(lái)判斷上行開采的可行性。計(jì)算各個(gè)鉆孔的柱厚采厚比K值，位于保安進(jìn)風(fēng)立井附近的3-131鉆孔的K值最小，為8.63＞7.5，則上組煤蹬空開采可行。

(3)圍巖平衡判別法

對(duì)于近距離煤層的上行蹬空開采，可根據(jù)“圍巖平衡法”進(jìn)行判斷。從下煤層頂板到平衡巖層頂板的高度稱為圍巖平衡高度，而煤層群蹬空開采的基本準(zhǔn)則就是，當(dāng)采場(chǎng)上覆巖層中有中硬巖層時(shí)，上煤層應(yīng)位于距下煤層最近的平衡巖層之上；當(dāng)采場(chǎng)上覆巖層均為軟巖時(shí)，上煤層應(yīng)位于裂縫帶內(nèi)；上煤層的開采應(yīng)在下煤層開采引起的巖層移動(dòng)穩(wěn)定之后進(jìn)行。

上行開采必要的層間距可按下式估算：

式中：M為煤層開采高度，15號(hào)煤8.04m（最大采高）；K1為碎脹系數(shù)，取1.3；h為平衡巖層本身厚度。

9號(hào)和15號(hào)煤層之間有多層厚度大、硬度大的的中粒砂巖、細(xì)粒砂巖及K2、K3、K4石灰?guī)r，均可作為平衡層。選取位于15號(hào)煤垮落帶以上、導(dǎo)水裂縫帶下位，位于9號(hào)煤底板下4.7m的細(xì)砂巖作為平衡層，該細(xì)砂巖平均厚度5.80m。由此可計(jì)算出蹬空開采必要的圍巖平衡高度：HP=8.04/（1.3-1）+5.80=32.60（m）。9號(hào)煤與15號(hào)煤之間的最小間距為54.11m，9號(hào)煤的底板在15號(hào)煤開采后圍巖平衡巖層之上，上組煤蹬空開采可行。

4.小結(jié)

通過(guò)蹬空開采可行性分析，西部區(qū)域蹬空開采是可行的。但為了保證蹬空開采的可靠性和安全性，礦方在進(jìn)行蹬空開采時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)的安全措施。礦井初期蹬空開采應(yīng)進(jìn)行小范圍（小面積）試采，積累頂板、底板裂隙發(fā)育和管理控制頂板技術(shù)參數(shù)，為全面推行蹬空開采提供地質(zhì)技術(shù)保證。上組煤巷道應(yīng)在15號(hào)煤層開采引起的巖層移動(dòng)穩(wěn)定之后開掘。上組煤工作面布置方式、各回采巷道參數(shù)要結(jié)合實(shí)際觀測(cè)、探測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，合理確定工作面開切眼長(zhǎng)度。