趙禹鵬

（陽(yáng)城縣陽(yáng)泰集團(tuán)實(shí)業(yè)有限公司，山西 晉城 048100）

1 工程概況

陽(yáng)泰集團(tuán)尹家溝煤業(yè)位于山西省晉城市陽(yáng)城縣鳳城鎮(zhèn)尹家溝村西，批準(zhǔn)開(kāi)采2號(hào)、10號(hào)煤層，井田面積為3.267 km2，批準(zhǔn)開(kāi)采標(biāo)高+840～ +600 m，當(dāng)前主要利用原有10號(hào)煤層開(kāi)拓系統(tǒng)，開(kāi)采上組2號(hào)煤層。2號(hào)煤層保有資源/儲(chǔ)量661萬(wàn)t，設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量293.6萬(wàn)t。根據(jù)補(bǔ)充勘探地質(zhì)報(bào)告可知，2號(hào)煤層下方的部分10號(hào)煤層已采空，蹬空區(qū)保有資源/儲(chǔ)量188萬(wàn)t。鑒于尹家溝煤業(yè)10號(hào)煤層采空區(qū)對(duì)上部未開(kāi)采的2號(hào)煤層形成既成蹬空，因此，為確保2號(hào)煤層的安全開(kāi)采，必須先對(duì)2號(hào)煤層蹬空開(kāi)采的可行性進(jìn)行論證研究分析[1-6]，提出保證安全生產(chǎn)的合理化技術(shù)措施。

2 蹬空開(kāi)采影響因素分析

2.1 層間距

從目前蹬空開(kāi)采理論研究看，層間距應(yīng)至少大于下部煤層開(kāi)采所形成的垮落帶高度。礦井10號(hào)煤層和2號(hào)煤層的最小層間距為41.42 m，10號(hào)煤層垮落帶高度8.32～13.32 m＜41.42 m，滿足2號(hào)煤層的蹬空開(kāi)采要求。

2.2 下部煤層采高

對(duì)于單一煤層，垮落帶及裂隙帶高度與采高基本上成正比關(guān)系，基于陽(yáng)泰集團(tuán)同類型煤礦蹬空開(kāi)采的經(jīng)驗(yàn)，考慮到尹家溝煤業(yè)10號(hào)煤層厚度為0.62～4.30 m，平均厚2.24 m，根據(jù)礦井實(shí)際開(kāi)采情況，采高在1.6～2.8 m。認(rèn)為10號(hào)煤層的采高在一個(gè)較為合理的采高范圍內(nèi)，對(duì)2號(hào)煤層蹬空開(kāi)采威脅較小。

2.3 采煤方法和頂板管理方法

采煤方法是控制覆巖破壞高度的重要因素，頂板管理方法決定著覆巖破壞的空間形態(tài)和高度。尹家溝煤業(yè)在投產(chǎn)后至2002年采煤方法改革以前，10號(hào)煤層采用的是刀柱式開(kāi)采，全部垮落法管理頂板，工作面切眼長(zhǎng)度為90 m，巷柱間距25 m，采17 m，留設(shè)17 m煤柱；蹬空區(qū)5、6、10、11下部10號(hào)煤層為2002年—2003年開(kāi)采形成的采空區(qū)，采高為2.5 m左右，采用炮采一次采全高采煤方法；蹬空區(qū)7、8、9下部10號(hào)煤層為2004年—2009年開(kāi)采形成的采空區(qū)，采高為2.2 m左右，采用炮采一次采全高采煤方法。

2.4 煤層傾角

煤層傾角主要影響采場(chǎng)上覆巖層破壞的空間形態(tài)，因此形成垮落帶和裂隙帶的不對(duì)稱，傾斜上方高，下方低。尹家溝煤礦10號(hào)煤層傾角2°～10°，為近水平煤層。結(jié)合以上分析可知采場(chǎng)上覆巖層垮落后就地堆積在煤柱的兩側(cè)，可有效抵制煤柱變形破壞，有助于煤柱實(shí)現(xiàn)三向受力狀態(tài)，從而有利于2號(hào)煤層的蹬空開(kāi)采。

2.5 開(kāi)采時(shí)間間隔

煤層采出之后，覆巖垮落、移動(dòng)至穩(wěn)定，有一個(gè)時(shí)間發(fā)展過(guò)程，覆巖類型不同，裂隙帶發(fā)育到最高后穩(wěn)定時(shí)間也不一樣。尹家溝煤業(yè)2號(hào)煤層蹬空開(kāi)采區(qū)域下方對(duì)應(yīng)的10號(hào)煤層采空區(qū)為1989年—2012年開(kāi)采所形成，上覆巖層垮落、下沉后，已基本穩(wěn)定，有利于2號(hào)煤層的蹬空開(kāi)采。

3 2號(hào)煤層蹬空開(kāi)采可行性分析

3.1 采動(dòng)影響比值判別法分析

采動(dòng)影響比值判別法主要通過(guò)影響蹬空開(kāi)采的兩個(gè)主要因素（層間距和下部煤層采高）的關(guān)系來(lái)衡量蹬空開(kāi)采的可行性。尹家溝煤業(yè)有蹬空開(kāi)采區(qū)域10號(hào)煤層最大厚度為4.30 m，煤層最小層間距為41.42 m。經(jīng)計(jì)算得：對(duì)于2號(hào)煤層，最小采動(dòng)影響比值K=9.63，而我國(guó)蹬空開(kāi)采的實(shí)踐及研究成果證明，當(dāng)綜合比值K＞ 6. 3時(shí)，理論上2號(hào)煤層不需要制定特殊安全技術(shù)保證措施即可安全蹬空開(kāi)采。

3.2 “三帶”判別理論分析

蹬空開(kāi)采是先開(kāi)采下部煤層，當(dāng)上、下煤層的層間距小于或等于下煤層垮落帶高度時(shí)，上煤層結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞，無(wú)法進(jìn)行蹬空開(kāi)采；當(dāng)上、下煤層間距小于或等于裂隙帶高度時(shí)，上煤層結(jié)構(gòu)中等程度破壞，采取安全措施后可正常進(jìn)行蹬空開(kāi)采；當(dāng)上、下煤層間距大于下煤層的裂隙帶高度時(shí)，上煤層結(jié)構(gòu)不被破壞，可正常進(jìn)行蹬空開(kāi)采。

依據(jù)“三帶”高度計(jì)算公式，代入?yún)?shù)得到10號(hào)煤層開(kāi)采后形成的導(dǎo)水裂隙帶高度33. 38 m。根據(jù)尹家溝煤業(yè)的實(shí)際情況，10號(hào)煤層和2號(hào)煤層的最小層間距為41.42 m，因此2號(hào)煤層可安全進(jìn)行蹬空開(kāi)采。

3.3 圍巖平衡判別法

開(kāi)采應(yīng)在下煤層開(kāi)采引起破壞的巖層穩(wěn)定之后進(jìn)行，蹬空開(kāi)采必要的層間距：

式中：Hb為必要層間距，m；M為下煤層最大采高，取2.80 m；K為巖石碎脹系數(shù)，取1.3；h為平衡巖層本身高度，取到10.35 m。

計(jì)算得Hb為19.68 m，10號(hào)煤層和2號(hào)煤層最小層間距為41.42 m，說(shuō)明可以進(jìn)行蹬空開(kāi)采。

3.4 數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析法

蹬空開(kāi)采所必需的層間距的經(jīng)驗(yàn)公式為：

式中：H為必需層間距，m；M為下煤層采高，2.80 m；MS為上煤層高度，2號(hào)煤層采高取3.15 m。

計(jì)算得到H＞16.23 m。蹬空開(kāi)采區(qū)域，10號(hào)煤層和2號(hào)煤層的最小層間距為41.42 m，故2號(hào)煤層可以進(jìn)行蹬空開(kāi)采。

綜上所述，尹家溝煤業(yè)2號(hào)煤層具有良好的蹬空開(kāi)采條件，可以進(jìn)行蹬空開(kāi)采。

4 實(shí)測(cè)情況分析

目前，2號(hào)煤層已掘的201采區(qū)運(yùn)輸巷、201采區(qū)軌道巷、20101工作面運(yùn)輸順槽及回風(fēng)順槽，其下方為1989年以前開(kāi)采的10號(hào)層采空區(qū)。四條巷道均采用梯形斷面，凈寬3.7 m，凈高2.5 m，工字鋼棚支護(hù)，間距為600 mm。巷道兩幫及頂?shù)装寰窗l(fā)現(xiàn)裂縫，巷道圍巖較完整，且2號(hào)煤層及其頂?shù)装逭w保持了良好連續(xù)性，未出現(xiàn)臺(tái)階下沉等不連續(xù)變形情況。礦壓觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，4條巷道圍巖無(wú)明顯變形，頂板無(wú)離層。201采區(qū)運(yùn)輸巷、201采區(qū)軌道巷、20101工作面運(yùn)輸順槽及回風(fēng)順槽實(shí)測(cè)結(jié)果表明，2號(hào)煤層處于10號(hào)煤層開(kāi)采后形成的垮落帶及裂隙帶之上，且其連續(xù)性未遭到破壞，整體完整性較好，從而表明該區(qū)域2號(hào)煤層可正常蹬空開(kāi)采。

5 結(jié)論

針對(duì)影響尹家溝煤業(yè)2號(hào)煤層實(shí)施蹬空開(kāi)采的主要因素進(jìn)行了分析，利用采動(dòng)影響比值判別法、“三帶”判別法、圍巖平衡判別法、數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析法從理論方面驗(yàn)證了尹家溝煤業(yè)2號(hào)煤層進(jìn)行蹬空開(kāi)采的可行性。201采區(qū)運(yùn)輸巷、201采區(qū)軌道巷、20101工作面運(yùn)輸順槽及回風(fēng)順槽實(shí)測(cè)結(jié)果表明2號(hào)煤層可正常蹬空開(kāi)采。