甘肃新周煤业利用煤层上行开采技术分析矿井剩余可采资源量的探讨

肖王军

（兰州煤矿设计研究院，甘肃 兰州 730000）

煤层上行开采技术是指煤矿在煤层群开采时，由于经济、安全等方面的原因，在未开采上部煤层的情况下，先期开采下部煤层的煤层开采顺序。该方法在煤矿开采设计中经常用于矿井下部煤层与上部煤层间距较大，经过论证分析，下部煤层提前开采后对上部煤层开采影响较小且对企业有较大收益的情况。

目前国内许多矿井是由小煤矿改造而来，由于历史的原因，小煤矿在开采的过程中为了追求效益的最大化，当矿井存在煤层群，且煤层群中下部煤层赋存稳定，厚度大，便采用上行开采方式开采煤层群，但因部分矿井下部煤层距上部煤层距离较近，下部煤层提前开采不可避免的导致上部煤层局部或大部分不可开采。

1 项目概况

甘肃新周煤业有限责任公司煤矿位于甘肃华亭矿区，该矿始建于1981年10月，原设计生产能力为6万t/年，1994年改扩建为30万t/年，几经矿主转手之后2007年改造为60万t/年。井田内从上至下依此有煤2-1、煤2-3、煤 3、煤4-2及煤5共 5层可采煤层，其中煤5层厚度最大，赋存稳定，为井田内主要可采煤层。由于历史的原因，矿井改造提升产能之前，为实现经济效益的最大化，在上覆4层可采煤层未开采的情况下先开采了部分煤5层，导致上部可采煤层部分区域受影响不可开采。

设计根据矿井的实际现状，在矿区已有实测岩层移动角的基础上，利用煤层群上行开采理论，通过计算煤5层开采后形成的冒落带高度与煤5层距上覆各可采煤层距离差值来绘制等值线图，初步圈定了煤5层已开采范围造成的上覆各煤层不可采范围，供地质部门核实矿井资源量参考，进而估算矿井的可采资源量。该方法为其他矿区类似矿井分析矿井剩余可采储量及估算矿井剩余服务时间提供了一定的技术经验。

2 冒落带高度计算及等值线图绘制

2.1 冒落带高度计算

根据“三带”判别法，全部垮落法管理顶板的采空区上覆岩层自下而上形成冒落带、裂隙带、弯曲下沉带。冒落（垮落）带矸石不规则垮落，堆积充填采空区，裂隙带和弯曲下沉带离层形成裂隙仍排列整齐。根据煤矿开采理论，当上、下煤层间距大于下煤层开采形成的冒落带高度时，上煤覆层只是受到中等及以下较小的破坏或者发生了整体性移动，采取一定的安全措施后可以进行正常开采，反之上覆煤层不可开采。

新周煤矿采用放顶煤采煤方法，全部垮落法管理顶板，冒落带高度计算公式按煤炭工业出版社出版的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采指南》（煤炭科学研究总院与中国煤炭学会煤矿开采损害技术鉴定委员会组织编写）中表7-1选取，即冒落带高度等于5倍的采高加5m （HK=5M+5）。矿井实际开采高度为9m左右，经计算，煤5层开采形成的冒落带高度为50m。岩层移动角根按煤炭工业出版社出版的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采指南》提供的华亭矿区杨矿2426观测点实测的岩层倾向剖面的下山移动角取63°，倾向剖面的上山移动角取69°，走向剖面的走向移动角取74°来圈定各煤层受影响范围。

2.2 等值线图绘制

在煤层底板登高线图中，利用已有的钻孔位置，沿勘探线按一定间距采用内插法（沿勘探线在两个钻孔之间插入若干计算点）计算各可采煤层每个点处煤5层开采形成的冒落带高度及各可采煤层底板距煤5层顶板的间距，约定冒落带顶部标高等于上部可采煤层底板标高时等值线数值为零，冒落带高出（进入）可采煤层底板的数值为负数，低于可采煤层底板的数值为正数。以此方法分别计算各可采煤层各钻孔及插入点的数据后配合华亭矿区杨矿2426观测点实测的岩层移动角数据，分别绘制煤5层冒落带距各可采煤层底板距离的等值线图。绘制出的等值线图如图1所示：

图1 煤5层冒落带距煤3层底板距离的等值线图

根据上图，图中负数区域表示煤5层开采后导致的煤3层不能开采的区域，正数区域表示煤5层开采稳定后煤3层可开采的区域。采用上述方法后，用数据及图的形式初步清晰分析出了新周煤业煤5层已开采区对上覆各开采煤层的影响程度，该资料可作为矿井、地质部门及相关资源管理部门计算、核查矿井剩余可采资源量的参考资料。

3 社会效益

煤炭是不可再生资源，虽然我国煤炭储量较大，但人均占有量远小于其他国家，因此国家对提高煤炭的保护性和节约开采十分重视，煤炭资源的最大化回收已成为煤炭企业发展的必然方向。

该方法及经验，可作为我院在后续矿井设计中论证煤层群采用上行开采是否可行的方法，也可用于煤炭开采企业、地质部门及煤炭资源管理部门初步分析、核查类似条件矿井剩余资源量实际可利用情况的参考途径，以便最大程度回收矿井的煤炭资源，提高煤炭开采企业的经济效益。

4 结语

本次利用“三带”判别法分析新周煤业改造前煤层群先采下部煤5层后对上覆各可采煤层影响情况取得了较为直观的效果，将抽象的数据以等值线图的形式反映出来，对分析新周煤业煤5层开采对上覆各煤层影响情况取得了一定的效果。本次利用煤层群上行开采技术分析矿井剩余可采资源量的经验，为我院后续设计中论证煤层群上行开采方式是否可行提供了宝贵经验，也为其他煤矿设计企业、地质部门及煤炭开采企业分析类似条件矿井资源保护性开采及最大化回收提供了技术参考。