高河煤礦3#煤層綜放開采可行性研究

文/史國躍 郝曉亮

高河煤礦3#煤層綜放開采可行性研究

文/史國躍 郝曉亮

高河煤礦所采3#煤層為本井田主要開采煤層，位于山西組下部，埋深一般在450～550m以上。夾矸0～5層，一般1～2層，厚0～1.45m，一般厚0.27m，以距底板約1.2m左右的一層較為穩(wěn)定；煤層可采厚度為5.15～8.44m，平均厚6.71m，厚度較為穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，煤層抗壓強(qiáng)度為8.19MPa，內(nèi)生裂隙發(fā)育，煤層傾角2°～6°，屬近水平煤層。煤層頂板為泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，局部為砂巖。底板為黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖、深灰色粉砂巖。礦井絕對瓦斯涌出量為47.82m3/ min，為高瓦斯礦井，煤塵具有爆炸危險(xiǎn)性，煤層為不易自然發(fā)火煤層，無地溫危害。

一、綜放開采頂煤冒放性評價(jià)研究現(xiàn)狀

1.開采深度的影響

當(dāng)開采深度H＜100m時，頂煤冒放性差，當(dāng)H＞400m時，開采深度對頂煤的冒放性影響程度減弱。總的趨勢是頂煤冒放性隨開采深度增加而加強(qiáng)，開采深度＞400m時，易冒落。

2.煤層厚度和煤的硬度的影響

煤層強(qiáng)度是影響頂煤冒放性的關(guān)鍵因素。按照頂煤強(qiáng)度與破壞關(guān)系的理論計(jì)算，一般情況下，當(dāng)煤層的強(qiáng)度值Rc＞20MPa時，頂煤的破壞程度降低，其冒落性差。

3.頂煤節(jié)理裂隙對冒放性的影響

頂煤節(jié)理裂隙發(fā)育程度直接影響到頂煤的冒放性，節(jié)理裂隙發(fā)育的煤層，頂煤在支撐壓力的作用下易于破碎，節(jié)理裂隙越發(fā)育，頂煤的冒放性越好，就越容易放出。如果某一煤層的頂煤裂隙發(fā)育較差，不易放落時，可以通過降低頂煤厚度或采取頂煤注水軟化等輔助措施，改善頂煤的冒放性。

4.煤層夾矸對頂煤冒放性的影響

夾矸的存在，特別是厚而堅(jiān)硬的夾矸，對放頂煤的開采時很不利，在這樣情況對特厚煤層，分層放頂煤開采時，宜以夾矸層作為分層頂板或底板。

5.頂板對煤層冒放性的影響

直接頂對頂煤壓裂無直接影響，但直接頂能夠隨采隨冒，能充滿采空區(qū)，以防老頂沖擊來壓，并促使頂煤放出。因此具有一定的厚度是放頂煤開采頂煤破碎冒落首順利放出的基本條件。否則，不利于頂煤的回收。此外，影響頂煤冒放性的因素，還有支架的選型，采放比的確定等，對生產(chǎn)礦井而言，應(yīng)結(jié)合礦井的具體條件，對煤層的冒放性做出合理的評價(jià)。

二、3#煤層綜放開采頂煤冒放性評價(jià)

為了把定性分析與定量評價(jià)很好地結(jié)合，采用模糊綜合評價(jià)方法對3#煤層頂煤冒放效果進(jìn)行評價(jià)，即先把頂煤冒放效果的影響因素看作多層次的模糊集合，采用模糊集合隸屬度計(jì)算，繼而定量評價(jià)冒放效果。

1.確定多層次的評價(jià)因素集

頂煤冒放效果的影響因素是多方面的，綜合考慮各方面因素，選取以下8個參量作為頂煤冒放效果的一級指標(biāo)集合，即：A1為開采深度，A2為煤層硬度，A3為煤層厚度，A4為煤層裂隙，A5為采放比，A6為煤層夾矸，A7為直接頂，A8為基本頂；依此確定頂煤冒放效果的二級指標(biāo)集合，即：A11為開采深度，A21為煤層硬度，A31為煤層厚度，A41為裂隙分布特征，A42為軟化系數(shù)，A43為空隙性，A44為吸水性，A45為導(dǎo)水性，A51為采放比，A61為夾矸層位，A62為夾矸層數(shù)，A63為夾矸厚度，A64為夾矸強(qiáng)度，A65為夾矸層與煤層膠結(jié)性質(zhì)，A71為直接頂厚度，A72為直接頂強(qiáng)度，A73為直接頂碎漲系數(shù)，A74為煤巖交界面地質(zhì)膠結(jié)構(gòu)造整合程度，A81基本頂。

2.確定評價(jià)集

對頂煤冒放效果綜合考慮，確定一個具有一定范圍的評價(jià)集，以更適合現(xiàn)場需要，具體為V={V1，V2，V3，V4，V5}，V1表示冒放效果好，V2表示冒放效果較好，V3表示冒放效果一般，V4冒放效果差，V5冒放效果較差。

3.確定各級評價(jià)因素的權(quán)重

鑒于頂煤冒放效果的影響因素多、因素間相互關(guān)系復(fù)雜等特點(diǎn)，采用層次分析法確定各因素的權(quán)重。

4.進(jìn)行模糊評價(jià)

利用專家評分法建立評價(jià)模型的模糊關(guān)系矩陣，即邀請若干專家和現(xiàn)場有經(jīng)驗(yàn)的工程技術(shù)人員按照評價(jià)等級V單獨(dú)對因素集U中的每一個因素進(jìn)行評價(jià)打分，通過統(tǒng)計(jì)各評價(jià)等級打分的比例得到此因素各評價(jià)等級對應(yīng)的比例，綜合每一因素的評價(jià)等級比例可以得到模糊關(guān)系矩陣R。

根據(jù)最大隸屬度原則，經(jīng)計(jì)算后得V=[0.44，0.24，0.14，0.13，0.06]，可知高河煤礦3#煤層綜放開采冒放效果好。

三、3#煤層綜放開采關(guān)鍵技術(shù)

1.綜放工作面采用兩進(jìn)兩回的巷道布置模式

即工作面一側(cè)布置輔運(yùn)順槽、膠帶順槽兩條進(jìn)風(fēng)巷道，增加回采工作面進(jìn)風(fēng)量；另一側(cè)布置回風(fēng)順槽、瓦斯排放巷兩條回風(fēng)巷道增強(qiáng)風(fēng)排瓦斯能力，瓦斯排放巷可有效減低工作面上隅角瓦斯和抽放采空區(qū)瓦斯。

2.礦井輔運(yùn)運(yùn)輸系統(tǒng)采用無軌膠輪車運(yùn)輸和有軌運(yùn)輸相結(jié)合的方式

因高河煤礦為立井開拓，井下材料設(shè)備從井底車場經(jīng)有軌系統(tǒng)在換裝站內(nèi)換至無軌運(yùn)輸系統(tǒng)上，可方便快捷的運(yùn)至施工地點(diǎn)，大大提高了礦井生產(chǎn)效率。

3.綜合抽采方式

采用采前預(yù)抽、邊采邊抽、采空區(qū)抽放和高位裂隙帶抽放的綜合抽放體系降低煤層瓦斯含量和回采期間瓦斯涌出量。

4.采用大采高低位放頂煤采煤法

將機(jī)采高度增加到2.5～4.0m，平均3.5m；頂煤放落高度2.5～4.2m，平均3.2m。采放比定為1∶1～1∶0.5，使工作面有效通風(fēng)斷面增大25%，增加了機(jī)采回收率，減低正規(guī)循環(huán)作業(yè)時間28%，實(shí)現(xiàn)了礦井的高產(chǎn)高效。

5.優(yōu)化工作面“三機(jī)”配套方式

選用高可靠性、大功率的配套設(shè)備，滿足礦井高效集約化生產(chǎn)的要求。工作面主要設(shè)備選型見表1。

表1綜放工作面主要設(shè)備配置

四、結(jié)論

通過對綜放開采頂煤冒放性評價(jià)現(xiàn)狀的研究，合理建立了頂煤冒放效果的多層次模糊綜合評價(jià)模型，實(shí)例分析高河煤礦3#煤層綜放開采的可行性，計(jì)算結(jié)果表明其冒放性效果較好；提供了高瓦斯礦井綜放開采的關(guān)鍵技術(shù)，為現(xiàn)代化高產(chǎn)高效礦井建設(shè)提供了科學(xué)合理的理論依據(jù)。

多層次模糊綜合評價(jià)法能夠較為全面的考慮多因素情況下綜放開采的頂煤冒放效果，通過層次分析法確定各評價(jià)因素之間的權(quán)重分配，使評價(jià)方法更為完善，評價(jià)結(jié)果更為科學(xué)合理。

（作者單位：潞安集團(tuán)高河能源有限公司）

（責(zé)任編輯：李元）