尹家沟煤业上覆2号煤层蹬空开采可行性研究

赵禹鹏

（阳城县阳泰集团实业有限公司，山西 晋城 048100）

1 工程概况

阳泰集团尹家沟煤业位于山西省晋城市阳城县凤城镇尹家沟村西，批准开采2号、10号煤层，井田面积为3.267 km2，批准开采标高+840～ +600 m，当前主要利用原有10号煤层开拓系统，开采上组2号煤层。2号煤层保有资源/储量661万t，设计可采储量293.6万t。根据补充勘探地质报告可知，2号煤层下方的部分10号煤层已采空，蹬空区保有资源/储量188万t。鉴于尹家沟煤业10号煤层采空区对上部未开采的2号煤层形成既成蹬空，因此，为确保2号煤层的安全开采，必须先对2号煤层蹬空开采的可行性进行论证研究分析[1-6]，提出保证安全生产的合理化技术措施。

2 蹬空开采影响因素分析

2.1 层间距

从目前蹬空开采理论研究看，层间距应至少大于下部煤层开采所形成的垮落带高度。矿井10号煤层和2号煤层的最小层间距为41.42 m，10号煤层垮落带高度8.32～13.32 m＜41.42 m，满足2号煤层的蹬空开采要求。

2.2 下部煤层采高

对于单一煤层，垮落带及裂隙带高度与采高基本上成正比关系，基于阳泰集团同类型煤矿蹬空开采的经验，考虑到尹家沟煤业10号煤层厚度为0.62～4.30 m，平均厚2.24 m，根据矿井实际开采情况，采高在1.6～2.8 m。认为10号煤层的采高在一个较为合理的采高范围内，对2号煤层蹬空开采威胁较小。

2.3 采煤方法和顶板管理方法

采煤方法是控制覆岩破坏高度的重要因素，顶板管理方法决定着覆岩破坏的空间形态和高度。尹家沟煤业在投产后至2002年采煤方法改革以前，10号煤层采用的是刀柱式开采，全部垮落法管理顶板，工作面切眼长度为90 m，巷柱间距25 m，采17 m，留设17 m煤柱；蹬空区5、6、10、11下部10号煤层为2002年—2003年开采形成的采空区，采高为2.5 m左右，采用炮采一次采全高采煤方法；蹬空区7、8、9下部10号煤层为2004年—2009年开采形成的采空区，采高为2.2 m左右，采用炮采一次采全高采煤方法。

2.4 煤层倾角

煤层倾角主要影响采场上覆岩层破坏的空间形态，因此形成垮落带和裂隙带的不对称，倾斜上方高，下方低。尹家沟煤矿10号煤层倾角2°～10°，为近水平煤层。结合以上分析可知采场上覆岩层垮落后就地堆积在煤柱的两侧，可有效抵制煤柱变形破坏，有助于煤柱实现三向受力状态，从而有利于2号煤层的蹬空开采。

2.5 开采时间间隔

煤层采出之后，覆岩垮落、移动至稳定，有一个时间发展过程，覆岩类型不同，裂隙带发育到最高后稳定时间也不一样。尹家沟煤业2号煤层蹬空开采区域下方对应的10号煤层采空区为1989年—2012年开采所形成，上覆岩层垮落、下沉后，已基本稳定，有利于2号煤层的蹬空开采。

3 2号煤层蹬空开采可行性分析

3.1 采动影响比值判别法分析

采动影响比值判别法主要通过影响蹬空开采的两个主要因素（层间距和下部煤层采高）的关系来衡量蹬空开采的可行性。尹家沟煤业有蹬空开采区域10号煤层最大厚度为4.30 m，煤层最小层间距为41.42 m。经计算得：对于2号煤层，最小采动影响比值K=9.63，而我国蹬空开采的实践及研究成果证明，当综合比值K＞ 6. 3时，理论上2号煤层不需要制定特殊安全技术保证措施即可安全蹬空开采。

3.2 “三带”判别理论分析

蹬空开采是先开采下部煤层，当上、下煤层的层间距小于或等于下煤层垮落带高度时，上煤层结构遭到严重破坏，无法进行蹬空开采；当上、下煤层间距小于或等于裂隙带高度时，上煤层结构中等程度破坏，采取安全措施后可正常进行蹬空开采；当上、下煤层间距大于下煤层的裂隙带高度时，上煤层结构不被破坏，可正常进行蹬空开采。

依据“三带”高度计算公式，代入参数得到10号煤层开采后形成的导水裂隙带高度33. 38 m。根据尹家沟煤业的实际情况，10号煤层和2号煤层的最小层间距为41.42 m，因此2号煤层可安全进行蹬空开采。

3.3 围岩平衡判别法

开采应在下煤层开采引起破坏的岩层稳定之后进行，蹬空开采必要的层间距：

式中：Hb为必要层间距，m；M为下煤层最大采高，取2.80 m；K为岩石碎胀系数，取1.3；h为平衡岩层本身高度，取到10.35 m。

计算得Hb为19.68 m，10号煤层和2号煤层最小层间距为41.42 m，说明可以进行蹬空开采。

3.4 数理统计分析法

蹬空开采所必需的层间距的经验公式为：

式中：H为必需层间距，m；M为下煤层采高，2.80 m；MS为上煤层高度，2号煤层采高取3.15 m。

计算得到H＞16.23 m。蹬空开采区域，10号煤层和2号煤层的最小层间距为41.42 m，故2号煤层可以进行蹬空开采。

综上所述，尹家沟煤业2号煤层具有良好的蹬空开采条件，可以进行蹬空开采。

4 实测情况分析

目前，2号煤层已掘的201采区运输巷、201采区轨道巷、20101工作面运输顺槽及回风顺槽，其下方为1989年以前开采的10号层采空区。四条巷道均采用梯形断面，净宽3.7 m，净高2.5 m，工字钢棚支护，间距为600 mm。巷道两帮及顶底板均未发现裂缝，巷道围岩较完整，且2号煤层及其顶底板整体保持了良好连续性，未出现台阶下沉等不连续变形情况。矿压观测数据显示，4条巷道围岩无明显变形，顶板无离层。201采区运输巷、201采区轨道巷、20101工作面运输顺槽及回风顺槽实测结果表明，2号煤层处于10号煤层开采后形成的垮落带及裂隙带之上，且其连续性未遭到破坏，整体完整性较好，从而表明该区域2号煤层可正常蹬空开采。

5 结论

针对影响尹家沟煤业2号煤层实施蹬空开采的主要因素进行了分析，利用采动影响比值判别法、“三带”判别法、围岩平衡判别法、数理统计分析法从理论方面验证了尹家沟煤业2号煤层进行蹬空开采的可行性。201采区运输巷、201采区轨道巷、20101工作面运输顺槽及回风顺槽实测结果表明2号煤层可正常蹬空开采。