新景矿8128工作面蹬空开采可行性分析

＊崔贵波

（山西新景矿煤业有限责任公司 山西 035000）

“蹬空”开采受其下覆煤层采动影响，围岩稳定性遭到破坏，增加了安全隐患。为保证开采顺利进行，消除矿井生产安全隐患，需对蹬空工作面开采前进行可行性论证，为现场的安全生产提供必要的技术支持[1]。新景矿芦南8#煤北翼采区8128工作面由于其下伏15#煤层80124工作面已开采完毕，回采8128工作面为蹬空开采。因此，在结合实际地质条件的基础上，通过数理计算分析其蹬空开采的可行性，以保证工作面的安全高效开采。

1.工程概况

新景矿位于阳泉市西部，距阳泉市中心11km，主采3#、8#、9#、15#煤层，井田划分为4个分区，分别为：佛洼分区、芦南分区、芦北分区、保安分区，每个分区包含上组煤（3#、8#、9#煤）及下组煤（15#煤层）。8128工作面井下位于8#煤芦南区北翼采区，工作面可采走向长度1190m，采长220m，可采储量94.25万吨。工作面采用走向长壁综采法，采用“Y”型通风方式。本工作面所采8#煤层赋存稳定，煤层总厚2.34～3.54m，平均厚度2.94m；煤层倾角2°～10°，平均倾角6°。本工作面下覆15#煤80124工作面已于2017年1月开采完毕，工作面距切巷75～1147m，25架至111架范围，为下部80124蹬空区。80124工作面距上部的8#煤8128工作面平均层间距为84.17m。

本工作面老顶为6.65m的灰白色的中粒砂岩，这层砂岩抗压强度较高，不易冒落。直接顶为8.08m的黑色泥岩，岩石性质较软易冒落，松散系数大，属于易冒落松软顶板。直接底为3.87m的灰黑色砂质泥岩。图1为地层综合柱状图，表1为地质构造情况表。

表1 地质构造情况表

图1 地层综合柱状图

2.蹬空开采可行性分析

(1)数理统计分析法

层间距是影响煤层上行开采的主要因素，尤其在蹬空开采时，上、下两部煤层间距直接决定是否可进行“蹬空”上行开采的安全可行性，其最小层间距可按北京开采所刘天泉院士所创立的数理统计分析法公式进行计算[2]。

H＞1.14m2+4.14+△m

经过计算，当H＞46.18m时，可实行上行开采。

其中：H—最小层间距；

m—下部煤层的采厚（15#煤采厚取6m）；

△m—安全系数，一般取△m≤1m，或不考虑。

根据钻孔3-63、3-57显示，芦南8#煤北翼采区8128工作面与丈八15#煤80124工作面的平均层间距为84.17m＞46.18m，因此，可以得出8128工作面可进行蹬空开采。

(2)比值判断法

比值判断法是利用上、下两部煤层间的层间距和下煤层的采高的比值即采动影响倍数K来判断是否可进行“蹬空”上行开采[3]。即：

式中：

H—上下煤层之间的垂距，m；

M—下煤层采高，m。

我国上行开采的生产实践及研究证明，当比值k＞7.5时，一般可以不影响上覆煤层的正常回采。由于新景矿芦南8#煤北翼采区8128工作面与丈八15#煤80124工作面的平均层间距为84.17m，80124工作面采高为5.4m，通过计算可知，比值k=15.58＞7.5，因此，可以得出8128工作面可进行蹬空开采。

(3)“三带”判别法

15号煤80124工作面采用综采一次采全高开采，全部垮落法管理顶板，上覆基岩属中硬岩石。80124工作面回采后上部三带高度分别计算如下：

①断裂带

根据“三带”判别法中，断裂带的垂直距离和上下煤层的层间距之间的关系判断上行开采的可能性[4]。根据断裂带高度公式计算：

式中：H—断裂带高度，m；

∑m—累计采厚（15#煤取6m），m。

由于新景矿芦南8#煤北翼采区8128工作面与丈八15#煤80124工作面的平均层间距为84.17m＞59m，根据“三带”判别法中，当下部煤层开采后形成的断裂带高度低于上、下两部煤层间的层间距时，上煤层围岩完整性不受破坏，只发生煤岩层的整体弯曲移动变形，可正常进行开采。因此，可以得出8128工作面可进行蹬空开采。

②垮落带

80124工作面上覆岩层总体为中硬岩层，垮落带高度按下式计算：

公式一：H=（M-W）/[(K-1)cosα]；

公式二：H=6M+5。

式中：

H—垮落带最大高度，m；

M—煤层采厚，80124工作面平均煤厚5.40m；

W—垮落过程中顶板的下沉值，m，本矿井无实测数据，取0；

K—垮落岩石碎胀系数，取1.3；

α—煤层倾角，5°～15°，取最大15°。

则，公式一：H15平均=(5.40-0)/[(1.3-1）×cos15°]=18.63m；

公式二：H15平均=6×5.40+5=37.40m。

取公式二计算结果，80124工作面回采后上覆煤岩层垮落带高度37.40m。

8128工作面与丈八15#煤80124工作面的平均层间距为84.17m大于80124工作面回采后上覆煤岩层垮落带高度37.40m。因此8128工作面位于计算的垮落带高度之上，上行蹬空开采可行。

③导水裂缝带

80124工作面上覆岩层总体为中硬岩层，导水裂缝带最大高度可按下式计算：

公式一：H=100M/（0.23M+6.10）±10.42；

公式二：H=20M+10。

式中：

H—导水裂缝带最大高度，m；

M—采厚，80124工作面平均煤厚5.40m。

则：公式一：H15平均=100×5.40/（0.23×5.40+6.10）＋10.42=83.97m；

公式二：H15平均=20×5.40+10=118.0m。

取公式二计算结果，80124工作面回采后上覆煤岩层形成导水裂缝带高度118.0m，8128工作面与丈八15#煤80124工作面的平均层间距为84.17m，小于80124工作面回采后上覆煤岩层形成导水裂缝带高度118.0m。因此，8128工作面位于计算的最大裂缝带高度之内，上行蹬空开采可行。

(4)围岩平衡分析法

回采过程中，能够不发生台阶错动结构的岩层称为平衡岩层[5]。采用围岩平衡法判别，参考中国矿业大学徐永圻主编的《煤矿开采学》相关公式：

上行开采必要的层间距可按下式估算：

式中：

M—煤层开采高度，80124工作面采高5.4m；

KS—为碎胀系数，参考表2，本处取1.2；

H0—为平衡岩层本身厚度。

本处选取位于80124工作面回采后上覆煤岩层形成的垮落带以上、导水裂缝带下位，位于8#煤底板下4.7m的细砂岩作为平衡层，该细砂岩平均厚度5.80m。

由此可计算出蹬空开采必要的围岩平衡高度：

新景矿芦南8#煤北翼采区8128工作面与下伏丈八15#煤80124工作面的平均层间距为84.17m＞Hb=32.08m。因此，通过围岩平衡分析法分析可以得出8128工作面蹬空开采具有可行性。

3.岩性及层间结构影响

上、下煤层间岩层的岩性及岩层的结构是控制采动影响的重要因素。8128工作面和下伏15#煤80124工作面之间有多层中粒砂岩、细粒砂岩，以及K2、K3、K4等赋存稳定的标志层石灰岩，这类岩层厚度大、硬度大，有利于保持煤层间岩层稳定性和完整性，减少下部煤层开采对上部煤层开采的影响。煤层间还相间有泥岩、砂质泥岩等硬度较小的岩层，这类岩层碎胀系数大，有利于降低“三带”高度，同样可以减少下部煤层开采对上部煤层开采的影响。8128工作面和下伏15#煤80124工作面之间的这种以灰岩、砂岩为主，泥岩为辅，软硬岩层相间的岩层结构，对上行开采较为有利[6]。

4.意见及建议

(1)加强矿压及巷道围岩变形监测

在蹬空开采过程中要对采煤工作面及顺槽巷道进行全面的矿压观测，实时预警预报巷道围岩变形、破坏情况并进行分析，将已获取的矿压监测数据与信息反馈指标相比较，为评价和补强支护设计提供依据。监测内容包括：监测顶板离层情况、顶帮压力情况以及巷道围岩变形情况，若发现巷道顶板、两帮出现明显变形及时采取补强支护，消除顶板事故隐患，保证生产安全。

(2)加强通风管理

8128工作面开采时，要认真防范下部煤层采空区内瓦斯、一氧化碳等有毒有害气体的渗出，加强采、掘工作面的有毒有害气体的监测和检测工作，搞好通风管理工作。若检测到8128工作面底板有裂缝时，必须采用高标号水泥加速凝剂水泥浆在裂缝处进行喷注，起到密封效果。

5.结语

通过理论计算以及对蹬空开采工作面间煤岩层层间距以及煤岩层岩性与结构分析得出新景矿8128工作面蹬空开采可行。为保证蹬空开采期间的生产安全，在开采期间采煤生产队组应加强工作面及顺槽巷道的矿压以及围岩变形情况监测，通风区加强工作面有毒有害气体的监测，发现异常及时采取有效补强支护措施以及有毒有害气体的处置措施，保证蹬空开采期间的生产安全。