宁夏灵武市灵新煤矿煤层可采性分析及评价

李志兴

（宁夏回族自治区煤炭地质调查院，宁夏银川750000）

1 问题提出

灵新煤矿范围内赋存17层煤，可采煤层10层。赋存的煤层层数较多，煤层露头分布广泛，露头及浅部煤层的开采范围、开采深度各异，遗留数量众多早年开采的古采硐和小煤窑（见图1），富含老空水，造成二煤层、六煤层和九煤层剩余资源量遭受严重破坏，从探放水经济性分析，形成开采不经济的问题煤层。

灵新煤矿以五采区、六采区下组十四、十五、十六号煤层为开采对象。十三煤层开采平均厚度1.22m，煤层顶板为泥质岩类，和十四煤层间距小于20m，除受上组煤层开采形成的采空区及其积水的威胁外，当下部煤层开采后，“两带”高度穿透上部煤层，常诱发上部煤层局部出现垮塌现象，导致该煤层破坏而无法利用，成为开采不经济的问题煤层。

灵新煤矿六采区十七煤层为承压煤层。“宝塔山”砂岩含水层组位于十七号煤底板，六采区开采其范围内导通十七煤底板含水层的地质钻孔对下组煤层开采造成水害威胁，十七煤层成为开采的问题煤层。

综合分析，煤矿范围内之前煤炭资源开采，形成采空区积水、煤层顶板的不稳定等致使部分煤层损坏，以及煤层开采的经济性分析，是本次研究的重点。

2 分析思路和方法

图1 灵新煤矿小煤窑分布及采区划分示意图

从矿井的基本情况出发，结合煤层基本特征划分出问题煤层，从煤层的开采的安全性和经济性上进行评判。煤层可采性分析方法主要是依据地质勘查规范、矿井地质规程、煤矿防治水规定等，研究煤矿地质勘查资料，分析矿井揭露的煤层及其顶底板特征，确定开采煤层和不可采的问题煤层。在确定问题煤层的基础上，结合矿井的地质特征和煤层开采经济性及安全性，评判煤层可采性，最后提出对煤层开采性的建议。

3 煤层可采性分析

灵新煤矿出现煤层损坏的原因是多方面的，主要表现为矿井涌水量大、遗留采硐和小煤矿无序开采的采空区积水、煤层间距偏小出现了下层煤的开采导致上层煤的塌陷。

3.1 主要开采煤层“两带”的高度确定

3.1.1 主要开采煤层顶板抗压强度分析

灵新煤矿主要开采上组煤六煤层和下组煤十四、十五、十六煤层，顶板岩性和力学特征表现为：六煤层顶板大部为粉砂岩，轴部附近为细粒砂岩，单向抗压强度151kg/cm2；十四煤层顶板为粗粒砂岩、粉砂岩，粉砂岩单向抗压强度437kg/cm2；十五煤直接顶板泥岩，单向抗压强度253kg/cm2；十六煤顶板为细粒砂岩、中粒砂岩，细粒砂岩单向抗压强度473kg/cm2。可以看出，上下组煤顶板均为中硬岩性，但十四、十五、十六煤层顶板岩性较为相近，六顶板岩性相对十四、十五、十六煤层较软弱。

3.1.2 二煤层“两带”高度

根据资料，灵新煤矿二煤层的冒落带高度值为20～45m，导水裂隙带高度值为75.80～160.87m。临近羊场湾煤矿二煤层实际冒落带高度约30m左右。

3.1.3 主要开采煤层导水裂隙带高度

六煤层导水裂缝带最大高度的计算由于缺乏实测资料，采用以下两种公式进行预计。

公式一：

公式二：

基于偏安全考虑，六煤层顶板导水裂缝带高度取36.1m。

采用十四煤层裂高采厚比对下组煤的导水裂缝带高度进行预计。计算公式：

Hli=21×M

式中：Hli——导水裂隙带高度，m；

M——采厚，m。

通过类比分析选取L3414综采工作面的裂高采厚比为21，十四煤层煤厚0.67～5.39m，平均2.73m，采厚按2.8m 计算，十五煤煤厚1.32～5.20m，平均3.18m，采厚按3.2m 计算，十六煤煤厚0.14～7.51m，平均4.28m，采厚按4.3m计算，计算结果见表1。

表1 灵新煤矿主要开采煤层的导水裂隙带高度计算结果

灵新煤矿主要开采煤层的导水裂隙带高度计算结果表明，煤层赋存层位越低，导水裂隙带高度越大。

3.2 矿井涌水量问题

灵新煤矿富水性较强的含水层为基岩风化裂隙带、侏罗系中统直罗组砂岩和上组煤的砂岩层。由于本矿井生产时间较长，含水层和采空区积水存在水力联系。

根据灵新煤矿近几年矿井涌水量监测成果，矿井正常涌水量平均值为369m3/h，矿井最大涌水量为516m3/h。矿井充水通道为顶板导水裂隙带，充水水源主要为顶板砂岩水及上部老空区水。

按照《煤矿防治水规定》要求，综合考虑矿井受采掘破坏或者影响的含水层及水体、矿井及周边老空水分布状况、矿井涌水量或者突水量分布规律、矿井开采受水害影响程度以及防治水工作难易程度等多种因素，灵新煤矿水文地质类型划分为“复杂”类型。

3.3 古采硐和小煤矿采空区

3.3.1 古采硐

古采硐主要分布煤矿北部和中西部，以北部最为集中，北部主要开采下组煤各煤层；中西部主要开采上组煤之二煤层和六煤层。开采方式一般是沿煤层露头下掘斜井，也有少数竖井，一般深度40m，最大深度80m。古小窑采空区多有积水，积水量不明，静水位标高较高。仅磁矿古小窑采空区已知静水位标高为+1243.0m，积水范围不清，预计积水量不小于100×104m3。据灵新矿四采区探放水及探巷揭露，古小窑为房柱式开采，顶板多数冒落。在四采区建井时在+1234m 水平开拓时探测到六号煤层古小窑老空区，老空区内有大量积水，最大涌水量160m3/h，抽排水历时一年积水未疏干，经矿方决定将+1234m 水平封闭，在采区L4306、L4406 均探测到了二、六煤层老空区并疏放积水150m3/h。四采区出水最大采空区相互独立，采场走向长34～52m。2002 年12 月北侧永宁县煤矿开采二煤层时，曾发生过掘通小窑发生突水事故，造成人员伤亡和财产损失。

古采硐开采的煤层与灵新煤矿开采的煤层基本一致，区别只是分布范围不同。古采硐内聚集着大量积水，对矿井采区和工作面的布置带来一定的影响，尤其是未探明的古采硐，直接威胁到矿井的安全生产。

3.3.2 小煤矿无序开采

灵新煤矿范围内分布的小煤矿有灵武县煤矿、磁窑堡镇煤矿，永宁县煤矿、宁夏亿中煤业公司煤矿，杜木桥乡煤矿、服务公司煤矿开采对象为本区上组煤，即为二煤层、六煤层、七煤层。在+1250m水平以上，开采下组煤的小煤矿从北向南依次为浅一、浅二、浅三、浅四、浅五和浅六小井，浅五是灵新煤矿的最后一个浅部小井，浅六为石沟驿煤矿的一个采区。五采区佳能煤炭公司开采的九煤层与灵新煤矿五采区北翼工作面存在压茬关系。

由于技术落后和制度不健全等因素，在煤炭市场繁荣期多表现为超负荷开采。尽管小煤矿目前已经关闭，灵新煤矿上部直罗组砂岩富水性强，无规划的开采形成的采空区内积水量大，尤其小煤矿开采范围不详地段，对灵新煤矿正规化开采形成威胁。除五采区和六采区外，其余4个采区剩余煤炭资源开采难度增大，或者存在开采的安全性和经济性。

3.4 煤层间距问题

从表2中可以看出，灵新煤矿煤层间距分布表现为不均匀性。六煤层距二煤层最小间距25.11m，最大间距95.85m，平均间距为51.89m。根据六煤层导水裂隙带发育高度，六煤层的开采，在局部地段会影响上部二煤层的完整性。

灵新煤矿下组煤的煤层平均间距小于20m，最小间距为十四煤层和十五煤层，煤层间距仅1.37m，最大间距为十三煤层和十四煤层，煤层间距为32.74m。从各煤层导水裂隙带计算结果来看，导水裂隙带高度远大于煤层间距，这充分表明下部煤层的开采，将直接影响到上部煤层完好性。

表2 灵新煤矿煤层间距统计表

4 煤层可采性评价

灵新煤矿范围内存在问题煤层。问题煤层最关键的表现就是煤层是否可采以及可采的因素。灵新煤矿问题煤层有7层，分别为二煤层、六煤层、七煤层、九煤层、十一煤层、十三煤层、十七煤层，主要分布于一、二、三、四采区，十三煤层和十七煤层尚在五采区和六采区有所表现。本次综合诸多因素，对本区具有问题煤层进行可采性评价。

4.1 二煤层开采性评价

二煤层是本区主要可采煤层之一，属于上组煤，赋存层位较高。小煤矿及部分古采硐分布于该煤层，形成了大面积采空区段。二煤层几乎开采完毕，所剩为古采硐和小煤矿破坏残留的资源量，属不能进行开采地段。

4.2 六煤层开采性评价

六煤层是本区主要开采煤层之一，所剩余资源储量分布于四采区和五采区。经过多年开采，四采区西部受煤层露头附近古小窑空区破坏、积水影响，部分资源无法开采。

在2012年的采掘过程中，四采区040605工作面机巷掘进至开口向前686m 处揭露一条走向南北向的逆断层，倾向79°，平均倾角25°，落差5.4m，最大落差14.12m，影响延伸长度692m。同时，040605 工作面整体煤层厚度变化较大，煤层平均厚度为1.2m，影响导致工作面无法布置。

4.3 七煤层和十一煤层开采性评价

矿井地质资料表明，七煤层和十一煤层分布不均匀，可采厚度较薄，不利于综采技术开采，形成呆滞资源量。

4.4 九煤层开采性评价

九煤层属于不稳定的局部可采中厚煤层，可采厚度1.42m，大部分已被灵武佳能公司开采，剩余资源已被破坏不能开采。

4.5 十三煤层开采性评价

十三煤层属于稳定的全区可采薄煤层。一、三、五采区中厚度为0.59～2.16m，平均厚度1.33m，煤层中含有一层厚度在0.29～0.72m 之间的夹矸；在+1050m 水平以下的六采区，十三煤煤层厚度为0.56～1.61m，平均厚度1.18m。顶底板为砂质泥岩及泥岩，厚度为小于1m，遇水变软且易破碎。根据矿井揭露，在一、三、五采区中，出现顶板垮落现象。在+1050m 水平以下，十三煤层顶板压力及老顶发育的含水层，工作面形成后顶板容易破碎冒落，对安全回采造成影响极大。

十三煤层原煤灰分在4.57%～16.04%之间，平均值7.26%，属特低灰煤。矿井1311工作面开采表明，垮落的0.25m 厚的顶板岩石混入原煤中，导致原煤灰分达到33.44%，严重影响原煤的质量。

六采区共有地质资源/储量1850×104t，可采储量1136×104t。在六采区十四、十五、十六煤开采系统的基础上延长区段石门至十三煤后施工十三煤绕道及顺槽等，共发生井巷工程量6300m，投资约4200万元。采用GH9.34VE/4.7薄煤层刨煤机技术，顺槽辅以国产设备配套，投入约1000万元。从经济分析上来看，为开采六采区的十三煤共需投资约1.5亿元，按照目前的开采方式，每年产出量约30×104t，投资利润率小于4%，投资利税率小于5%，远远低于行业标准，投资回收期在40 年以上，其经济性不可行。同时，六采区属于接续期，十三煤层的开采将直接影响到整个六采区的生产进度，更主要的是影响整个矿井的年产量，因此综合考虑认为：六采区十三煤储量为非经济可采储量，不予开采。

4.6 十七煤层开采性评价

灵新煤矿整体为向斜含水构造区，含水层边界东部、西部、北部以煤层露头为界，南部以F2断层为界。采区处于单斜构造，东陡西缓，地形总的趋势南高北低，四周高，中间低，受水面积大。“宝塔山”砂岩含水层组位于十七号煤底板，富水性中等，属于承压含水层。

一采区在建井施工中，揭露该含水层最大涌水量231～287m3/h，当前涌水量仍保持在80m3/h。根据1989年一采区电水1抽水试验单位涌水量为0.293L/（s·m），电水2抽水试验单位涌水量为0.415L/（s·m）及六采区水文地质报告显示，该砂岩含水层厚度60.45～76.95m、平均厚度67.81m，单位涌水量在0.097L/（s·m），宝塔砂岩裂隙为主孔隙次之属承压含水层，十六煤底板距十七煤底板含水层厚度为7.3～15.51m，平均厚度11.78m。

“宝塔山”砂岩平均突水系数0.215MPa/m，大于《煤矿防治水规定》底板正常块段矿段突水系数大于0.1MPa/m；因此，对十七煤层的开采，需对底部“宝塔山”砂岩含水层进行降压疏放，确保生产安全。