復采上覆殘煤技術在曉南煤礦應用與研究

靳 瑞 李 鑫 趙書遠

(遼寧省鐵煤集團曉南礦 遼寧 鐵嶺 112700)

1 殘煤復采可行性分析

1.1 復采工作面概況

鐵煤集團曉南礦位于鐵法煤田的東南角。2004年核定能力為214萬t/a，目前礦井實際可生產210萬t/a。礦井劃分兩個水平，上水平目前只剩西二和西三兩個采區生產，二水平正在開拓之中，劃分兩個采區，即南翼采區和北翼采區。開采程序為下行開采，采區推進方式為前進式，工作面為后退式回采。采煤方法采用緩傾斜走向長壁和緩傾斜傾斜長壁兩種方法，頂板管理為自然冒落，綜采機械化采煤。

W3-422工作面位于西三采區二期中部，東為0.80m可采邊界；南為東一采區；西以F23-1斷層為界與西三一期相鄰；北為階段保護煤柱。上部為2#煤，不可采，與2#煤層間距32～38m之間。傾角4°-8°。工作面所開采的煤層為上含煤段的4-2#煤，煤層厚度1.3m-1.75m，平均厚度1.50m，煤層結構較復雜，含夾石2-3層，巖性為泥巖或砂質泥巖，平均0.30m，煤層呈條帶狀結構，暗亮型長焰煤，煤質相對較好，煤炭自燃發火期1-3個月。工作面下覆的7#煤層已開采，已開采工作面為W3-719工作面，采面長200m，走向長830m，煤厚2.1m。7#煤層與4#煤層間距平均37m，煤層傾角4-8°，頂板以砂巖、粉砂巖為主。

1.2 殘煤復采可行性分析

下覆煤層開采后，上覆煤層的完整性和連續性是否遭到破壞，是衡量采空區殘煤復采可行性的重要指標。分析開采可能性的方法有比值判別法、圍巖平衡法等。

1.2.1 比值判別法分析

應用比值判定法判定下覆7#煤層對4#煤層的影響程度，用比值K判別，即

其中：H——上下煤層之間的垂距，37m；

M——下煤層平均采高，取2.1m。

計算得K=17.6＞7.5，上行開采的生產實踐和研究證明，當比值＞7.5時，先采下覆煤層一般不會影響上覆煤層，煤層內進行正常的準備和回采。

1.2.2 圍巖平衡法分析

上覆煤層開采時必要的層間距估算公式為：

式中M——下覆煤層平均采高，2.1m；

K1——巖石碎脹系數，K1=1.6-1.8；

h——平衡巖層本身厚度，根據頂板賦存情況，估算取10m；

得，上覆煤層開采時必要的層間距應大于12.6-13.5m，4#煤層與7#煤層的實際層間距為37m，滿足開采時必要的層間距要求。

1.2.3 開采時間間隔分析

下覆W3-719工作面于2002年9月回采結束，至今已有9年時間，根據地表巖移觀測站數據顯示，近半年的地表下沉量為22mm，屬于巖移穩定階段，說明上覆煤層的頂底板已屬壓實狀態，故可以進行采掘活動。

根據以上情況綜合分析，W3-422工作面綜合機械化開采是可行的。

2 巷道掘進施工探查情況

2.1 掘進施工探查

受下覆W3-719工作面采動影響，4#煤層巖層完整性已遭到破壞，頂板出現裂隙、離層，但經9年時間的采后充實應該形成再生底板。

W3-422工作面巷道探查施工于2010年5月10日開始施工，施工中特別加強頂、底板管理。采用綜掘，全斷面一次成巷。在日常掘進過程中加強施工質量管理。巷道中間每隔10m用Φ200mm圓木打一信號頂子，以便隨時觀察頂板壓力變化情況，及時采取補強措施。底板每隔10-15m向下覆7#采空區打探眼，以確定4#煤層與7#煤層采空區之間厚度及底板是否壓實及瓦斯賦存情況，采取措施，充實采空區，防止瓦斯滲出，頂板壓力明顯地段或頂板破碎段及時采取架設金屬棚的聯合支護方式。通過采取多種加強支護形式，W3-422綜采工作面安全掘進貫通。經觀測，頂板離層值最大沒超過20mm，兩幫表面位移量不超過40mm，保持了圍巖的穩定性，具備綜合機械化采煤的條件。

2.2 煤層頂、底板完整程度及連續性判定

通過W3-422工作面運、回順的掘進施工實踐可以看出，4#煤層層理、煤巖層結構均沒有發生大的錯動現象，處于穩定下沉狀態，而與下覆煤柱區過渡的相交點也只是煤層起伏發生變化，而煤層的連續性基本上沒有遭到破壞。

3 生產實踐

3.1 “一通三防”安全管理

采空區上覆殘煤復采主要優點就是可以有效地釋放上覆煤層的瓦斯和泄出上覆煤體內的水。采面掘進、開采期間加強瓦斯管理，對下覆W3-719采空區進行打鉆，一是，探明下層的充實情況，如果鉆孔沒有返水現象，說明下層已充實，而下覆充實時瓦斯賦存也較少；二是，對下層瓦斯進行抽放，有效減少下覆采空區瓦斯向上層涌出。同時對W3-422工作面上覆和本層煤層進行瓦斯抽放，控制工作面瓦斯濃度，避免瓦斯超限事故發生。

3.2 頂板管理

工作面自6月14日開始回采，推進16.8米后，直接頂初次跨落，推進57米時，基本頂初次來壓，周期來壓步距為38米。

頂板管理措施：工作面回采期間，兩巷超前支護20m范圍內受采動的影響，應力比較集中；工作面位于W3719采空區上方，工作面及兩巷超前支護有明顯的礦壓顯現工作面初次來壓和周期來壓期間，地質部門做好來壓的預測預報。工作面液壓支架要達到初撐力，支護狀態要良好，保證有效支護頂板。加強前后端頭頂板控制，頂板破碎處及時補打單體液壓支柱或背大柈棚支護。加快推進速度，減小控頂距，嚴禁空頂作業。在頂板破碎的地段，為了有效地防止頂板冒落，控制煤壁片幫，采取帶壓擦頂移架；在工作面局部片幫嚴重地段，采取超前移架，及時支護頂板，必要時要挑工字鋼或圓木。

在掘進、回采期間全面進行跟蹤觀測分析，確定下覆采空區通過9年時間的充實已達到基本穩定，并形成再生頂、底板，雖存在斷裂、離層、裂隙，但采取措施后沒有影響上覆4#煤層的開采。

4 結語

通過實踐證明，采空區上覆殘煤復采的成功，對于資源萎縮礦井挖掘礦井煤炭資源，延長礦井服務年限是有益的。尤其對老礦井大部分主采層已開采，而對于有些煤層較薄、范圍較小的煤層進行殘復采，只要下覆開采后已充實，并且煤層的連續性沒有破壞，就可以進行殘覆開采。