论文部分内容阅读
摘 要：由于本矿井原首采层B132煤层顶板整体强度极低、易垮落，巷道掘进、工作面回采难度大，在现有技术条件下无法实现安全、快速掘进。针对这些问题，矿井必须另选择首采层来缓解矿井采掘接替紧张的问题，并实现矿井的安全高效生产。
关键词：首采煤层；上行式开采；可行性
1、矿井概况
某矿井位于新疆和布克赛尔蒙古自治县城东南63km，井田东西走向长约7.94km，矿井设计生产能力0.90Mt/a。地质构造类型：井田构造轮廓比较清晰，地层产状较平缓，倾角一般7°～16°，浅部大深部小，构造为向南倾斜的单斜构造，区内发现一条断裂构造。井田内全区可采、大部分可采及局部可采煤层14层，自上而下编号分别为B132、B131、B12、B11、B10、B9、B8、B7、B6、B5、B4、B3、B2、B1号煤层。
井田采用中部回风立井+深部主、副斜井的开拓方式，第一煤组开采B122～B131煤层，划分为二个采区，运输水平分别为+550m和最下部+250m水平。第一煤组+550m水平以上为一采区，+550m～+250m水平之间为二采区。
2、首采煤层调整的原因
现场实际施工中，立风井揭露B132煤层厚度为2.2m，倾角15°，揭露煤层顶板为厚度24.8m的松散含水砾石层、砾石层与中砂岩互层，其中煤层直接顶为厚度12.4m的松散含水砾石层，粒径5～32mm，底板为5.4m的粉砂质泥岩。
现场施工时，为了防止顶板砾石层冒落，截割头在距离顶板1m位置截割，留1m顶煤，但开挖后预留的1m厚煤层及顶板随即全断面垮冒，平均冒落高度达2m，并且还有顶板离层的异响，冒落后还伴有零星砾石下落，施工人员无法进行及时支护。由于支护困难、所用时间长，顶板松散含水砾石层层层暴露时间长，造成砾石之间的泥质、砂质充填物风化，砾石又将大量冒落，形成支护前恶性循环冒落，严重影响施工安全和施工进度。
综上所述，由于B132煤层顶板为松散含水砾石层，胶结松散，泥质、砂质充填物易风化，砾石强度大，岩层整体强度极低、易垮落，巷道掘进、工作面回采难度大，工程进度缓慢，在现有技术条件下无法实现安全、高速掘进。
3、首采煤层的选择
据上述分析，矿井原设计首采B132煤层在现有技术条件下无法实现安全、高效开采，需根据现场实际重新选择矿井首采煤层。根据地质勘探报告可知，矿井主采煤层为B132、B12、B10、B6，由于B10以下煤层埋藏较深，作为首采煤层初期工程量大、投资高，技术上可行，但工期过长，经济上不合理。所以矿井首采煤层应选择埋藏浅、赋存稳定的B12、B10煤层。
3.1煤層赋存条件
（1）B12煤层
煤层可采厚度1.23～4.96m，平均2.88m，局部含1～2层夹矸，火烧点1个（ZK1302孔），属结构简单，为全井田可采较稳定的厚～中厚～薄煤层。煤层顶板为中砂岩、粗砂岩、泥岩、高炭泥岩、泥质粉砂岩，底板为泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、高炭泥岩、细砂岩。与上部B131煤层间距为26.1～90.87m，平均层间距70.79m。
（2）B10煤层
煤层可采厚度4.82～7.72m，平均5.38m，局部含1～2层夹矸，结构简单，为全井田可采稳定的厚煤层。煤层顶板为粉砂质泥岩、中砂岩、细砂岩、泥质粉砂岩，底板为粉砂岩、泥岩、泥质粉砂岩、细砂岩。与上部B11煤层间距为19.82～64.16m，平均层间距47.42m。
3.2首采层选择分析与比较
（1）赋存条件分析、比较
根据煤层底板等高线及资源估算图可知，B12煤层在首采井田东翼平均厚度为1.3m，并且局部不可采；西翼自井筒中心线（10勘探线）向西煤层厚度变厚，厚度在1.98～5.01m，厚度落差较大。B10煤层在首采井田内赋存较为稳定，且煤层较厚，厚度在4.5～7.7m，尤其在西翼首采工作面厚度可达7m以上。
（2）煤层顶、底板围岩情况比较
B10煤层顶、底板较B12煤层顶、底板强度高，利于施工时顶板管理，安全系数大。
4、上行式开采的可行性
4.1影响上行开采的主要因素
影响上行开采的主要因素有煤层间距、采高、采煤方法、层间岩性及结构、煤层倾角和稳定时间等方面。足够的层间距是上行开采的基本条件，采高是影响上覆岩层破坏状况的根本因素，上、下煤层间距（H）与采高（M）的比值（H/M）越大，上覆煤层移动约平缓，倾斜、曲率等各种变形值越小，越有利于上行开采。
4.2上行开采“三带”计算
井田内B10煤层可采厚度4.82～7.72m，平均5.38m，局部含有1～2层夹矸，属结构简单、全矿井可采稳当的厚煤层。与上部局部可采的B11煤层间距19.82～64.16m，平均47.42m。再上一层全区可采较稳定的B12煤层距离B11煤层间距7.39～27.86m，平均19.58m。
B10煤层厚度为4.82～7.72m，平均5.38m。大于4m的厚煤层，根据《煤矿安全规程》的规定，本煤层可采用的采煤方法有综采放顶煤、大采高综采，均具有较大的生产能力和较好的经济效益，并在国内矿井生产中得到了验证。由于放顶煤采煤法回采率较相同条件下的一次采全高采煤法低，剩余煤炭會滞留在采空区内，填充一定的空间，因此放顶煤采煤法的“三带”范围较一次采全高范围小。基于安全考虑，暂按B10煤层“三带”高度最大的一次采全高采煤工艺形成的“三带”计算。
（1）根据一般经验公式计算“三带”
（取大值3）
式中m—煤层开采厚度，B10煤层厚度为4.82～7.72m，平均5.38m；k—岩石松散系数，按一般经验取1.4；a—煤层倾角，根据地质报告B10煤层倾角10～15°，取平均值12.5°。h1—冒落带高度，m；h2—裂隙带高度，m。
经计算可得，12.34≤h1≤19.77m，平均13.77m；199≤h2≤319m，平均222m。
（2）两带高度法
根据地质报告，B10煤层顶板、B11底板主要为中砂岩、细砂岩。根据地质报告提供的煤层顶底板岩石物理力学实验数据统计表，ZK1203处的B10煤层顶板天然抗压强度为36.2MPa，B11煤层底板天然抗压强度为18.4MPa，总体来看，B10～B11煤层之间的岩石呈现下硬上软的趋势，因此选择公式如下：
冒落带经验公式： ，裂隙带经验公式：
式中M—累计采厚，B10煤层厚度为4.82～7.72m，平均5.38m；n—煤层分层层数，取1。
经计算可得，19.28≤h1≤30.88m，平均21.52m；72.99≤h1≤113.83m，平均80.87m。
（3）采动影响倍数法
由于设计暂考虑B10煤层为单一煤层开采，则采动影响倍数可计算为：
，式中：K—采动影响倍数；h—煤层间距，B10煤层距离B11煤层平均间距为47.42m；M—开采厚度，m。
经计算可得，
4、结论
（1）B10煤层顶、底板强度高，利于施工时顶板管理，安全系数大；上行首采B10煤层有利于其以上煤层疏排水，减少了开采上部煤层时水害威胁。且B10煤层作为首采煤层有利于矿井前期稳产、高产高效，为矿井接续争取充分准备时间，减少了因接续紧张带来的安全管理压力。
（2）根据上述计算可知，B10煤层开采后形成的冒落带平均高度在21.52m左右，而B10与B11煤层平均间距为47.42m，因此首先开采B10煤层不会对上部B11煤层产生台阶形破坏，首先开采B10煤层时可行的。
关键词：首采煤层；上行式开采；可行性
1、矿井概况
某矿井位于新疆和布克赛尔蒙古自治县城东南63km，井田东西走向长约7.94km，矿井设计生产能力0.90Mt/a。地质构造类型：井田构造轮廓比较清晰，地层产状较平缓，倾角一般7°～16°，浅部大深部小，构造为向南倾斜的单斜构造，区内发现一条断裂构造。井田内全区可采、大部分可采及局部可采煤层14层，自上而下编号分别为B132、B131、B12、B11、B10、B9、B8、B7、B6、B5、B4、B3、B2、B1号煤层。
井田采用中部回风立井+深部主、副斜井的开拓方式，第一煤组开采B122～B131煤层，划分为二个采区，运输水平分别为+550m和最下部+250m水平。第一煤组+550m水平以上为一采区，+550m～+250m水平之间为二采区。
2、首采煤层调整的原因
现场实际施工中，立风井揭露B132煤层厚度为2.2m，倾角15°，揭露煤层顶板为厚度24.8m的松散含水砾石层、砾石层与中砂岩互层，其中煤层直接顶为厚度12.4m的松散含水砾石层，粒径5～32mm，底板为5.4m的粉砂质泥岩。
现场施工时，为了防止顶板砾石层冒落，截割头在距离顶板1m位置截割，留1m顶煤，但开挖后预留的1m厚煤层及顶板随即全断面垮冒，平均冒落高度达2m，并且还有顶板离层的异响，冒落后还伴有零星砾石下落，施工人员无法进行及时支护。由于支护困难、所用时间长，顶板松散含水砾石层层层暴露时间长，造成砾石之间的泥质、砂质充填物风化，砾石又将大量冒落，形成支护前恶性循环冒落，严重影响施工安全和施工进度。
综上所述，由于B132煤层顶板为松散含水砾石层，胶结松散，泥质、砂质充填物易风化，砾石强度大，岩层整体强度极低、易垮落，巷道掘进、工作面回采难度大，工程进度缓慢，在现有技术条件下无法实现安全、高速掘进。
3、首采煤层的选择
据上述分析，矿井原设计首采B132煤层在现有技术条件下无法实现安全、高效开采，需根据现场实际重新选择矿井首采煤层。根据地质勘探报告可知，矿井主采煤层为B132、B12、B10、B6，由于B10以下煤层埋藏较深，作为首采煤层初期工程量大、投资高，技术上可行，但工期过长，经济上不合理。所以矿井首采煤层应选择埋藏浅、赋存稳定的B12、B10煤层。
3.1煤層赋存条件
（1）B12煤层
煤层可采厚度1.23～4.96m，平均2.88m，局部含1～2层夹矸，火烧点1个（ZK1302孔），属结构简单，为全井田可采较稳定的厚～中厚～薄煤层。煤层顶板为中砂岩、粗砂岩、泥岩、高炭泥岩、泥质粉砂岩，底板为泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、高炭泥岩、细砂岩。与上部B131煤层间距为26.1～90.87m，平均层间距70.79m。
（2）B10煤层
煤层可采厚度4.82～7.72m，平均5.38m，局部含1～2层夹矸，结构简单，为全井田可采稳定的厚煤层。煤层顶板为粉砂质泥岩、中砂岩、细砂岩、泥质粉砂岩，底板为粉砂岩、泥岩、泥质粉砂岩、细砂岩。与上部B11煤层间距为19.82～64.16m，平均层间距47.42m。
3.2首采层选择分析与比较
（1）赋存条件分析、比较
根据煤层底板等高线及资源估算图可知，B12煤层在首采井田东翼平均厚度为1.3m，并且局部不可采；西翼自井筒中心线（10勘探线）向西煤层厚度变厚，厚度在1.98～5.01m，厚度落差较大。B10煤层在首采井田内赋存较为稳定，且煤层较厚，厚度在4.5～7.7m，尤其在西翼首采工作面厚度可达7m以上。
（2）煤层顶、底板围岩情况比较
B10煤层顶、底板较B12煤层顶、底板强度高，利于施工时顶板管理，安全系数大。
4、上行式开采的可行性
4.1影响上行开采的主要因素
影响上行开采的主要因素有煤层间距、采高、采煤方法、层间岩性及结构、煤层倾角和稳定时间等方面。足够的层间距是上行开采的基本条件，采高是影响上覆岩层破坏状况的根本因素，上、下煤层间距（H）与采高（M）的比值（H/M）越大，上覆煤层移动约平缓，倾斜、曲率等各种变形值越小，越有利于上行开采。
4.2上行开采“三带”计算
井田内B10煤层可采厚度4.82～7.72m，平均5.38m，局部含有1～2层夹矸，属结构简单、全矿井可采稳当的厚煤层。与上部局部可采的B11煤层间距19.82～64.16m，平均47.42m。再上一层全区可采较稳定的B12煤层距离B11煤层间距7.39～27.86m，平均19.58m。
B10煤层厚度为4.82～7.72m，平均5.38m。大于4m的厚煤层，根据《煤矿安全规程》的规定，本煤层可采用的采煤方法有综采放顶煤、大采高综采，均具有较大的生产能力和较好的经济效益，并在国内矿井生产中得到了验证。由于放顶煤采煤法回采率较相同条件下的一次采全高采煤法低，剩余煤炭會滞留在采空区内，填充一定的空间，因此放顶煤采煤法的“三带”范围较一次采全高范围小。基于安全考虑，暂按B10煤层“三带”高度最大的一次采全高采煤工艺形成的“三带”计算。
（1）根据一般经验公式计算“三带”
（取大值3）
式中m—煤层开采厚度，B10煤层厚度为4.82～7.72m，平均5.38m；k—岩石松散系数，按一般经验取1.4；a—煤层倾角，根据地质报告B10煤层倾角10～15°，取平均值12.5°。h1—冒落带高度，m；h2—裂隙带高度，m。
经计算可得，12.34≤h1≤19.77m，平均13.77m；199≤h2≤319m，平均222m。
（2）两带高度法
根据地质报告，B10煤层顶板、B11底板主要为中砂岩、细砂岩。根据地质报告提供的煤层顶底板岩石物理力学实验数据统计表，ZK1203处的B10煤层顶板天然抗压强度为36.2MPa，B11煤层底板天然抗压强度为18.4MPa，总体来看，B10～B11煤层之间的岩石呈现下硬上软的趋势，因此选择公式如下：
冒落带经验公式： ，裂隙带经验公式：
式中M—累计采厚，B10煤层厚度为4.82～7.72m，平均5.38m；n—煤层分层层数，取1。
经计算可得，19.28≤h1≤30.88m，平均21.52m；72.99≤h1≤113.83m，平均80.87m。
（3）采动影响倍数法
由于设计暂考虑B10煤层为单一煤层开采，则采动影响倍数可计算为：
，式中：K—采动影响倍数；h—煤层间距，B10煤层距离B11煤层平均间距为47.42m；M—开采厚度，m。
经计算可得，
4、结论
（1）B10煤层顶、底板强度高，利于施工时顶板管理，安全系数大；上行首采B10煤层有利于其以上煤层疏排水，减少了开采上部煤层时水害威胁。且B10煤层作为首采煤层有利于矿井前期稳产、高产高效，为矿井接续争取充分准备时间，减少了因接续紧张带来的安全管理压力。
（2）根据上述计算可知，B10煤层开采后形成的冒落带平均高度在21.52m左右，而B10与B11煤层平均间距为47.42m，因此首先开采B10煤层不会对上部B11煤层产生台阶形破坏，首先开采B10煤层时可行的。