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摘 要：通过对国内和国外上行开采现状和开采技术的分析对比，结合五矿己组煤层的具体地质条件，根据矿压三带、三区理论和实验室数据模拟实验对己15煤层采用上行开采的可行性研究分析；同时掌握我己组煤层 “三带”分布规律、上行开采顶板控制技术、上行开采矿压显现规律、快速推进优化技术，确保了工作面安全高效生产。
关键词：近距离；薄煤层；矿压显现；上行开采
1、概述
煤层群层间，厚煤层分层间，各层之间一般采用下行开采，在特定的地质和开采技术条件下，由于安全、技术、经济方面某种原因，煤层群采用上行开采会更为有利。煤层群上行开采是一种特殊开采顺序。煤层分层间上行开采时，下部煤层先采后，上部煤层的整体性不能遭受到严重破坏，最大程度上制约矿井的机械化水平和矿井的生产能力，同时随着矿井开采时间的延续，煤炭资源的不断减少，矿井面临资源的枯竭，在提高煤炭资源的回收率，是增加矿井服务年眼的重要手段，因此对矿井以前遗留的己15近距离薄煤层上行开采进行探索与研究，以己15-23040采面为实验场地。
2、近距离薄煤层上行开采影响因素的可行性分析
煤层群上行开采对上部煤岩层的采动影响程度与开采造成的上覆岩层的垮落、位移特征密切相关。煤层间距、层间岩层特征、煤层倾角、采高、采煤、采空区处理、时间间隔等是影响煤层群上行开采的主要因素。
2.1 煤层层间距影响因素
煤层（群）上行开采的生产实践及科学研究证明，足够的层间距是上行开采的基本条件。上、下煤层的层间距（或H/M）越大，上覆岩层移动越平缓，倾斜、曲率等变形值越小，越有利于上行开采。反之，层间距（或H/M）越小，上覆岩层变形愈剧烈，甚至出现台阶下沉。采场上覆岩层的冒落性破坏及台阶错动是影响上行开采的最大障碍。
该采面己15煤层与己16-17煤层层间距为12.4m。根据国内外上行开采的成功经验，当上、下煤层的层间距大于20m 的高度时，上煤层发生台阶错动的机率就小，采取一定技术措施，就可以进行上行开采。
2.2 采高影响因素
采高是影响覆岩破坏程度及其垮落高度的根本因素。采高越大，采出的空间越大，采场覆岩结构可能获得平衡的机率就越小，势必导致覆岩的严重破坏。一般采高越大，上煤层的下沉越大，各种变形值也增大。岩石力学性质及层间结构影响覆岩破坏的高度。
当顶板岩石硬度较高时，冒落带和裂隙带的发育较高。在冒落过程中，顶板下沉量较小，采空区空间高，冒落过程较充分，当直接顶的厚度大于1/Kp-1 倍采高时，冒落矸石充满采空区，覆岩在断裂下沉中易于形成平衡岩层结构，位于平衡岩层之上的煤层将缓慢下沉，有利于上行开采。
2.3 采煤方法影响因素
采煤方法是控制覆岩破坏高度的重要因素。近距离煤层群开采可以使冒落带和裂隙带的发育高度有所降低。这是由于重复采动时，已被破坏的上覆岩层的力学性质进一步弱化。这时，采空区的空间主要由上覆岩居的整体弯曲来充填。因此，地表及覆岩下沉量大、下沉速度快及波及地表和覆岩的时间短。
采空区处理决定着覆岩破坏的空间形态和高度。采用全部垮落法处理采空区时，采场上覆岩层一般形成“三带”，而采用充填法处理采空区时，一般只引起覆岩的开裂性破坏，顶板下沉量要比全部垮落法小，顶板下沉量随采高而变化。
2.4 煤层倾角影响因素
煤层倾角主要影响的是采场覆岩破坏空间形态。缓倾斜煤层，采场覆岩冒落后就地堆积。倾斜煤层，随倾角增大，采场覆岩冒落后会随煤层底板向下滚動。煤层倾斜下方的顶板被冒落矸石充填，冒落不充分，而倾斜上方的岩层失去冒落矸石的支承，冒落更充分。急倾斜煤层，采空区冒落矸石下滑，上部岩层冒落更充分，冒落带和裂隙带的分布明显向上部边界发展。
2.5 开采层岩性及层间结构影响因素
顶板岩性及层间结构是岩层结构平衡的重要条件，当顶板赋存有节理裂隙发育的石灰岩或坚硬砂岩时，这些岩层在下沉过程中容易形成缓慢下沉，其上覆岩层将均匀下沉，坚硬岩层即使折断，也容易形成平衡岩层结构，有利于上行开采。
2.6 采动时间间隔
煤层开采之后，覆岩的冒落、移动至稳定，有一个时间过程。国内外上行开采实践表明：当覆岩为坚硬岩层时，一般历时2～4 个月，裂隙带发展到最高后达到稳定；顶板为中硬岩层时，一般历时1～3 个月，裂隙带发育到最高后稳定；当顶板为软岩时，一般1～2 个月裂隙带发展至最高而后稳定。己15煤和己16-17煤的开采时间间隔约在8 年以上，有足够的时间让覆岩稳定，因而从时间上考虑4-2年上行开采是可行的。总之，上行开采时，上、下煤层应间隔足够的时间，否则，即使有足够的层间距。
3、近距离薄煤层上行开采根据“三区、三带”的判别
根据矿压三带、三区理论，对走向长壁跨落法采煤工作面，当采深为采高的25倍或25倍以上时，沿工作面推进方向上覆岩层分别经历煤壁支撑影响区、离层区和重新压实区，由下向上岩层移动分为跨落带、裂隙带和弯曲下沉带，三带判别法认为，上、下煤层的层间距大于下煤层开采的冒落高度，即可进行上行开采。
3.1 上行开采比值判别法
上行开采是否成功，主要取决于两层煤之间层间距与下部所采煤层的厚度之比（采动影响倍数）、层间岩层结构与性质、下层煤的采煤方法和上、下煤层采煤间隔时间等，对于两层煤实行“蹬空”开采还必须考虑通风的影响。如果上煤层处于下煤层采空区裂缝带下，另外，下层煤的残留煤柱及上、下煤层开采的时间间隔，都会影响上层煤上行开采的进行。根据采动影响系数判别，当K≥7.5时，上煤层中可以进行正常采掘活动，其开采应在下煤层中开采引起的岩层变形稳定后进行，鉴于该采面层间距12.4m，依据此法判别符合上行开采条件。
3.2 上行开采围岩平衡分析法
上行开采破坏了上覆岩层的原始应力平衡状态，必然引起上覆岩层的横向及纵向变形与破坏。上覆岩层的横向及纵向剪切变形则表现为煤层发生台阶错动，破坏煤层结构，后者是影响上行开采有最大障碍。控制岩层台阶错动，就是采场围岩力系平衡问题。在回采过程中，当上覆岩层中有坚硬岩层时，上煤层位于距下煤层最近的平衡岩层之上；当采场上覆岩层均为软岩时煤层应位于裂隙带内，上煤层的开采应在下煤层开采引起的岩层稳定。
总之，通过对上行开采影响因素分析和“三区、三带”的判别，确定五矿近距离薄煤层上行开采的可行性。同时在实践过程掌握五矿己组煤层 “三带”分布规律、上行开采顶板控制技术、上行开采矿压显现规律、快速推进优化技术，确保了工作面安全高效生产，充分证实五矿近距离薄煤层上行开采是可行，扩大了上行开采的范围，为复采采空区上部遗失的煤炭资源提供了开采依据和经验。
参考文献
[1]徐永圻。采矿学[M]。徐州：中国矿业大学出版社，2003.
[2]张铁岗。矿井瓦斯综合治理技术。煤炭工业出版社，2003.
关键词：近距离；薄煤层；矿压显现；上行开采
1、概述
煤层群层间，厚煤层分层间，各层之间一般采用下行开采，在特定的地质和开采技术条件下，由于安全、技术、经济方面某种原因，煤层群采用上行开采会更为有利。煤层群上行开采是一种特殊开采顺序。煤层分层间上行开采时，下部煤层先采后，上部煤层的整体性不能遭受到严重破坏，最大程度上制约矿井的机械化水平和矿井的生产能力，同时随着矿井开采时间的延续，煤炭资源的不断减少，矿井面临资源的枯竭，在提高煤炭资源的回收率，是增加矿井服务年眼的重要手段，因此对矿井以前遗留的己15近距离薄煤层上行开采进行探索与研究，以己15-23040采面为实验场地。
2、近距离薄煤层上行开采影响因素的可行性分析
煤层群上行开采对上部煤岩层的采动影响程度与开采造成的上覆岩层的垮落、位移特征密切相关。煤层间距、层间岩层特征、煤层倾角、采高、采煤、采空区处理、时间间隔等是影响煤层群上行开采的主要因素。
2.1 煤层层间距影响因素
煤层（群）上行开采的生产实践及科学研究证明，足够的层间距是上行开采的基本条件。上、下煤层的层间距（或H/M）越大，上覆岩层移动越平缓，倾斜、曲率等变形值越小，越有利于上行开采。反之，层间距（或H/M）越小，上覆岩层变形愈剧烈，甚至出现台阶下沉。采场上覆岩层的冒落性破坏及台阶错动是影响上行开采的最大障碍。
该采面己15煤层与己16-17煤层层间距为12.4m。根据国内外上行开采的成功经验，当上、下煤层的层间距大于20m 的高度时，上煤层发生台阶错动的机率就小，采取一定技术措施，就可以进行上行开采。
2.2 采高影响因素
采高是影响覆岩破坏程度及其垮落高度的根本因素。采高越大，采出的空间越大，采场覆岩结构可能获得平衡的机率就越小，势必导致覆岩的严重破坏。一般采高越大，上煤层的下沉越大，各种变形值也增大。岩石力学性质及层间结构影响覆岩破坏的高度。
当顶板岩石硬度较高时，冒落带和裂隙带的发育较高。在冒落过程中，顶板下沉量较小，采空区空间高，冒落过程较充分，当直接顶的厚度大于1/Kp-1 倍采高时，冒落矸石充满采空区，覆岩在断裂下沉中易于形成平衡岩层结构，位于平衡岩层之上的煤层将缓慢下沉，有利于上行开采。
2.3 采煤方法影响因素
采煤方法是控制覆岩破坏高度的重要因素。近距离煤层群开采可以使冒落带和裂隙带的发育高度有所降低。这是由于重复采动时，已被破坏的上覆岩层的力学性质进一步弱化。这时，采空区的空间主要由上覆岩居的整体弯曲来充填。因此，地表及覆岩下沉量大、下沉速度快及波及地表和覆岩的时间短。
采空区处理决定着覆岩破坏的空间形态和高度。采用全部垮落法处理采空区时，采场上覆岩层一般形成“三带”，而采用充填法处理采空区时，一般只引起覆岩的开裂性破坏，顶板下沉量要比全部垮落法小，顶板下沉量随采高而变化。
2.4 煤层倾角影响因素
煤层倾角主要影响的是采场覆岩破坏空间形态。缓倾斜煤层，采场覆岩冒落后就地堆积。倾斜煤层，随倾角增大，采场覆岩冒落后会随煤层底板向下滚動。煤层倾斜下方的顶板被冒落矸石充填，冒落不充分，而倾斜上方的岩层失去冒落矸石的支承，冒落更充分。急倾斜煤层，采空区冒落矸石下滑，上部岩层冒落更充分，冒落带和裂隙带的分布明显向上部边界发展。
2.5 开采层岩性及层间结构影响因素
顶板岩性及层间结构是岩层结构平衡的重要条件，当顶板赋存有节理裂隙发育的石灰岩或坚硬砂岩时，这些岩层在下沉过程中容易形成缓慢下沉，其上覆岩层将均匀下沉，坚硬岩层即使折断，也容易形成平衡岩层结构，有利于上行开采。
2.6 采动时间间隔
煤层开采之后，覆岩的冒落、移动至稳定，有一个时间过程。国内外上行开采实践表明：当覆岩为坚硬岩层时，一般历时2～4 个月，裂隙带发展到最高后达到稳定；顶板为中硬岩层时，一般历时1～3 个月，裂隙带发育到最高后稳定；当顶板为软岩时，一般1～2 个月裂隙带发展至最高而后稳定。己15煤和己16-17煤的开采时间间隔约在8 年以上，有足够的时间让覆岩稳定，因而从时间上考虑4-2年上行开采是可行的。总之，上行开采时，上、下煤层应间隔足够的时间，否则，即使有足够的层间距。
3、近距离薄煤层上行开采根据“三区、三带”的判别
根据矿压三带、三区理论，对走向长壁跨落法采煤工作面，当采深为采高的25倍或25倍以上时，沿工作面推进方向上覆岩层分别经历煤壁支撑影响区、离层区和重新压实区，由下向上岩层移动分为跨落带、裂隙带和弯曲下沉带，三带判别法认为，上、下煤层的层间距大于下煤层开采的冒落高度，即可进行上行开采。
3.1 上行开采比值判别法
上行开采是否成功，主要取决于两层煤之间层间距与下部所采煤层的厚度之比（采动影响倍数）、层间岩层结构与性质、下层煤的采煤方法和上、下煤层采煤间隔时间等，对于两层煤实行“蹬空”开采还必须考虑通风的影响。如果上煤层处于下煤层采空区裂缝带下，另外，下层煤的残留煤柱及上、下煤层开采的时间间隔，都会影响上层煤上行开采的进行。根据采动影响系数判别，当K≥7.5时，上煤层中可以进行正常采掘活动，其开采应在下煤层中开采引起的岩层变形稳定后进行，鉴于该采面层间距12.4m，依据此法判别符合上行开采条件。
3.2 上行开采围岩平衡分析法
上行开采破坏了上覆岩层的原始应力平衡状态，必然引起上覆岩层的横向及纵向变形与破坏。上覆岩层的横向及纵向剪切变形则表现为煤层发生台阶错动，破坏煤层结构，后者是影响上行开采有最大障碍。控制岩层台阶错动，就是采场围岩力系平衡问题。在回采过程中，当上覆岩层中有坚硬岩层时，上煤层位于距下煤层最近的平衡岩层之上；当采场上覆岩层均为软岩时煤层应位于裂隙带内，上煤层的开采应在下煤层开采引起的岩层稳定。
总之，通过对上行开采影响因素分析和“三区、三带”的判别，确定五矿近距离薄煤层上行开采的可行性。同时在实践过程掌握五矿己组煤层 “三带”分布规律、上行开采顶板控制技术、上行开采矿压显现规律、快速推进优化技术，确保了工作面安全高效生产，充分证实五矿近距离薄煤层上行开采是可行，扩大了上行开采的范围，为复采采空区上部遗失的煤炭资源提供了开采依据和经验。
参考文献
[1]徐永圻。采矿学[M]。徐州：中国矿业大学出版社，2003.
[2]张铁岗。矿井瓦斯综合治理技术。煤炭工业出版社，2003.