老矿井村庄搬迁后多层煤柱区域高回收率开采技术

研发起止时间：2017.8~2021.4

完成单位：晋能控股集团有限公司、辽宁工程技术大学、晋能控股煤业集团有限公司、晋能控股山西科学技术研究院有限公司

成果水平：国际先进

1 项目背景

大同矿区煤峪口矿具有典型的“双系”煤层群开采特征，目前正在开采上覆侏罗系煤层群，下方石炭系煤层正在进行巷道延伸及工作面的圈定工作。侏罗系煤层群的含煤地层总厚度为74 m～264 m，平均210 m，可采煤层21层，单层最大厚度7.81 m。矿井主要开采3#煤层、9#煤层、11#煤层、12#煤层和14#煤层，其中主采煤层的可采区域已基本开采完毕，受不同开采规划及设计、开采方式、开采范围等因素的影响，尚有部分村庄下保护煤柱没有开采，形成了一部分孤岛煤柱区域，目前11#煤层307盘区、12#煤层307盘区为多层煤柱开采区域，其中包括11#煤层与12#煤层合并层8701工作面、11#煤层8703工作面、12#煤层8705工作面，上述三个工作面的开采使得侏罗系煤层地质与开采条件进一步复杂，开采难度加大，安全问题严峻，给巷道支护、工作面安全、高效生产带来一定的威胁与隐患。为此亟须开展“老矿井村庄搬迁后多层煤柱区域高回收率开采技术”课题，为煤峪口矿多层煤柱区域安全开采提供技术支持。

2 研究内容

（1）针对大同矿区煤峪口矿侏罗系煤层开采形成的多层煤柱区域情况，应用理论分析、数值模拟、实验室试验与现场监测等多种方法与手段，从矿井地质与开采技术条件分析出发，进行煤峪口矿多层煤柱区域地质动力环境评估。

（2）分析区域开采条件、煤柱区域应力与能量分布特征，研究煤柱区域矿井动力灾害影响因素与发生机制，进行煤柱区域动力灾害危险性评价。

（3）提出煤柱区域安全开采技术方案与开采技术参数，确定矿井动力灾害的防治技术措施，为煤峪口煤矿多层煤柱区域安全开采提供技术支持。

3 主要研究成果

（1）根据煤层冲击倾向性鉴定、冲击危险性评价与地质动力环境评估结果，确定煤峪口矿11#煤层、12#煤层、14#煤层开采具备冲击危险，确定11#煤层、12#煤层在采取有效的防治措施条件下可以进行开采，14#煤层不开采。

8705工作面开采后三角煤柱区应力与原岩应力相比，升高了251%，积聚的能量较大，发生冲击地压可能性增大，应采取相应的防治措施，煤柱区应力值情况见曲线图1所示。

图1 2个工作面不同开采距离时三角煤柱应力值变化情况

当8705工作面推进至380 m时，三角煤柱区受8703与8705开采的双重影响，应力叠加，达到最高为22.74 MPa，三维应力图如图2所示。8705工作面推进至停采线时，三维应力如图3所示。

图2 8705工作面推进400m时三角煤柱区应力等值线

图3 8705工作面推进停采线三角煤柱区应力等值线

（2）建立了地质动力环境评价方法和评价指标体系，通过对断裂构造运动条件等评价指标进行分析，确定了煤峪口矿地质动力环境的综合评价指数为0.542（如表1），表明具有中等的冲击地压地质动力环境，确定了冲击地压危险区。

表1 煤峪口矿地质动力环境评价

（3）提出了多层煤柱区的钻孔卸压、爆破卸压等防治技术方案，并在冲击地压危险区域采取了钻孔卸压措施（图4、5所示），实现了煤峪口矿侏罗系煤层最后一个工作面的安全高效回采。

图4 8705工作面卸压范围

图5 卸压钻孔布置剖面图

4 应用效益

该项研究成果在煤峪口矿得到了成功应用，8705工作面受8701采空区卸压作用，8705开采工作面顶板应力与载荷平稳，矿压显现稳定，未发生动载矿压或冲击地压等动力灾害，实现了煤峪口矿侏罗系煤层最后一个工作面的安全回采，也为类似条件矿井安全高效生产提供借鉴。

本项目于2021年4月8日通过了中国煤炭工业协会组织的专家鉴定，研究成果达到国际先进水平。

（供稿：晋能控股山西科学技术研究院有限公司（大同）技术中心 臧欢欢）