高河煤矿3#煤层综放开采可行性研究

2013-04-21史国跃郝晓亮

中国煤炭工业 2013年1期

文/史国跃郝晓亮

高河煤矿3#煤层综放开采可行性研究

文/史国跃郝晓亮

高河煤矿所采3#煤层为本井田主要开采煤层，位于山西组下部，埋深一般在450～550m以上。夹矸0～5层，一般1～2层，厚0～1.45m，一般厚0.27m，以距底板约1.2m左右的一层较为稳定；煤层可采厚度为5.15～8.44m，平均厚6.71m，厚度较为稳定，结构简单，煤层抗压强度为8.19MPa，内生裂隙发育，煤层倾角2°～6°，属近水平煤层。煤层顶板为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩，局部为砂岩。底板为黑色泥岩、砂质泥岩、深灰色粉砂岩。矿井绝对瓦斯涌出量为47.82m3/ min，为高瓦斯矿井，煤尘具有爆炸危险性，煤层为不易自然发火煤层，无地温危害。

一、综放开采顶煤冒放性评价研究现状

1.开采深度的影响

当开采深度H＜100m时，顶煤冒放性差，当H＞400m时，开采深度对顶煤的冒放性影响程度减弱。总的趋势是顶煤冒放性随开采深度增加而加强，开采深度＞400m时，易冒落。

2.煤层厚度和煤的硬度的影响

煤层强度是影响顶煤冒放性的关键因素。按照顶煤强度与破坏关系的理论计算，一般情况下，当煤层的强度值Rc＞20MPa时，顶煤的破坏程度降低，其冒落性差。

3.顶煤节理裂隙对冒放性的影响

顶煤节理裂隙发育程度直接影响到顶煤的冒放性，节理裂隙发育的煤层，顶煤在支撑压力的作用下易于破碎，节理裂隙越发育，顶煤的冒放性越好，就越容易放出。如果某一煤层的顶煤裂隙发育较差，不易放落时，可以通过降低顶煤厚度或采取顶煤注水软化等辅助措施，改善顶煤的冒放性。

4.煤层夹矸对顶煤冒放性的影响

夹矸的存在，特别是厚而坚硬的夹矸，对放顶煤的开采时很不利，在这样情况对特厚煤层，分层放顶煤开采时，宜以夹矸层作为分层顶板或底板。

5.顶板对煤层冒放性的影响

直接顶对顶煤压裂无直接影响，但直接顶能够随采随冒，能充满采空区，以防老顶冲击来压，并促使顶煤放出。因此具有一定的厚度是放顶煤开采顶煤破碎冒落首顺利放出的基本条件。否则，不利于顶煤的回收。此外，影响顶煤冒放性的因素，还有支架的选型，采放比的确定等，对生产矿井而言，应结合矿井的具体条件，对煤层的冒放性做出合理的评价。

二、3#煤层综放开采顶煤冒放性评价

为了把定性分析与定量评价很好地结合，采用模糊综合评价方法对3#煤层顶煤冒放效果进行评价，即先把顶煤冒放效果的影响因素看作多层次的模糊集合，采用模糊集合隶属度计算，继而定量评价冒放效果。

1.确定多层次的评价因素集

顶煤冒放效果的影响因素是多方面的，综合考虑各方面因素，选取以下8个参量作为顶煤冒放效果的一级指标集合，即：A1为开采深度，A2为煤层硬度，A3为煤层厚度，A4为煤层裂隙，A5为采放比，A6为煤层夹矸，A7为直接顶，A8为基本顶；依此确定顶煤冒放效果的二级指标集合，即：A11为开采深度，A21为煤层硬度，A31为煤层厚度，A41为裂隙分布特征，A42为软化系数，A43为空隙性，A44为吸水性，A45为导水性，A51为采放比，A61为夹矸层位，A62为夹矸层数，A63为夹矸厚度，A64为夹矸强度，A65为夹矸层与煤层胶结性质，A71为直接顶厚度，A72为直接顶强度，A73为直接顶碎涨系数，A74为煤岩交界面地质胶结构造整合程度，A81基本顶。

2.确定评价集

对顶煤冒放效果综合考虑，确定一个具有一定范围的评价集，以更适合现场需要，具体为V={V1，V2，V3，V4，V5}，V1表示冒放效果好，V2表示冒放效果较好，V3表示冒放效果一般，V4冒放效果差，V5冒放效果较差。

3.确定各级评价因素的权重

鉴于顶煤冒放效果的影响因素多、因素间相互关系复杂等特点，采用层次分析法确定各因素的权重。

4.进行模糊评价

利用专家评分法建立评价模型的模糊关系矩阵，即邀请若干专家和现场有经验的工程技术人员按照评价等级V单独对因素集U中的每一个因素进行评价打分，通过统计各评价等级打分的比例得到此因素各评价等级对应的比例，综合每一因素的评价等级比例可以得到模糊关系矩阵R。

根据最大隶属度原则，经计算后得V=[0.44，0.24，0.14，0.13，0.06]，可知高河煤矿3#煤层综放开采冒放效果好。