孟加拉國Barapukuria煤礦協調減損開采技術的研究與實踐

韓光遠

徐礦集團

孟加拉國Barapukuria煤礦協調減損開采技術的研究與實踐

韓光遠

徐礦集團

孟巴礦井地質開采條件特殊，開采煤層厚度大，煤層頂板砂巖整體性強，開采煤層上覆煤系地層厚度變化較大，LDT是唯一的UDT富含水砂層下的相對隔水層，且在北翼開采邊界位置LDT隔水層厚度小于10m，在南翼LDT厚度由北向南逐漸變厚，但是在大部分區域Ⅵ煤頂板砂巖以上煤系地層缺失，南翼由北向南Ⅵ煤頂板砂巖逐漸變薄，Ⅵ煤以上煤系地層也逐漸變薄甚至缺失。因此，在開采中必須既保證覆巖導水裂縫帶不波及LDT巖層，同時也要保證LDT在覆巖移動過程中變形損傷小。針對孟巴礦井地質及開采條件，要解決這些問題必須采用協調減損開采技術，或者降低開采厚度，或者采用特殊開采方法。

1.邊界協調開采

厚煤層開采邊界作用增加了拉應力區應力的疊加增高，從而導致導水裂縫帶高度大幅增加，其對于UDT下安全開采影響巨大。以1206工作面開采開且眼位置的錯距協調布置與非錯距協調布置開采覆巖變形計算與導水裂縫帶高度計算分析如下：

1206工作面西側緊鄰1204工作面，位于1104和1106工作面下部。從開采煤層頂板至LDT底板垂距210m，tanb=2.0，rz=Hz/ tanb=105m，b=0.25。

（1）分層錯距與對齊開采LDT巖層最大拉伸變形比較：

對比地表拉伸變形裂縫破壞情況，當拉伸變形在10mm/m以下時，地表拉伸變形破壞裂縫深度一般在2米以內；當拉伸變形達到15mm/m-20mm/m時，拉裂裂縫破壞深度可能達到5-8m。10m厚的LDT隔水層就有可能被擊穿破壞。分析上述計算結果：當開采邊界以一分層與二分層對齊方式布置，覆巖中LDT拉伸變形達到17.4mm/m，盡管覆巖導水裂縫帶高度未發育到LDT底部，但是LDT底部不存在隔水層，UDT承壓水會擊穿LDT裂縫未破壞部分，進而穿越LDT底部未破壞巖層下泄至采空區，這種情況可能導致較大的礦井水害發生，甚至可能造成淹井災害發生；當采用分層錯距布置方式，可以大大降低LDT隔水層的拉伸變形破壞強度，LDT拉伸變形在10mm/m以下，裂縫深度一般在2米以下，LDT在受采動影響后仍然具備阻隔UDT承壓水的完整性。

（2）分層錯距與對齊開采導水裂縫帶高度分析比較

根據實驗探測結果，孟巴地質采礦條件下一分層開采導水裂縫帶高度為開采高度的25倍；二分層開采導水裂縫帶高度為累計開采高度的20倍。即在開采邊界位置，對齊開采導水裂縫帶高度為120m；錯距開采導水裂縫帶高度僅為75m。邊界協調開采一是應用分層錯距邊界的拉伸區與壓縮區的疊加作用，有效降低覆巖拉伸變形強度，二是減緩邊界支撐形成的裂縫區分布形式，有利于在重力作用下裂縫區的閉合。

2.一分層與二分層錯距協調布置

由于一分層開采后采空區留有區段煤柱，區段煤柱區形成的支撐壓力區對二分層開采形成影響。傳統的二分層工作面的布置與一分層相對一致，主要是考慮到采空區防火的要求，但是孟巴礦礦井開采災害主要是水害、沖擊礦壓災害防治，在開采災害防治方面必從水、礦壓、火等方面災害的綜合防治考慮，以得到事半功倍的效果。二分層與一分層錯距布置的原則是二分層開采后必須有效破壞一分層采空區煤柱，一是消除煤柱支撐區形成的導水裂縫區，減小礦井開采采空區的長期涌水量；二是避免采空區煤柱在大范圍開采后，大范圍煤柱集中破壞失穩形成的大面積頂板災害，誘發較大的沖擊礦壓災害發生；三是一分層采空區煤柱被有效破壞后，有利于在覆巖重力作用下覆巖整體下沉密實采空區，起到采空區防火作用。

3.主要結論

應用理論計算、實驗室實驗模擬、數值計算分析模擬、現場探測等綜合方法完成了孟巴礦特殊地質、水文地質、采礦條件下的UDT水體下安全開采開采技術，結合現場開采工程實踐，形成了適合孟巴礦井地質采礦條件的安全開采和災害防治體系，完成了課題研究的預定目標和任務。主要結論如下：

（1）全面分析了孟巴礦地質采礦條件的特殊性，給出孟巴礦Ⅵ煤頂板砂巖、Ⅵ煤以上含煤地層厚度、LDT厚度及巖性是UDT承壓水體下開采的主要影響因素。提出應用合適的開采方法分（次）段破壞釋放Ⅵ煤頂板砂巖，分層邊界錯距布置控制開采覆巖導水裂縫帶發育高度和LDT變形破壞程度，二分層合理布局開采破壞一分層采空區煤柱，實現開采后覆巖整體下沉，分段限高開采等控制覆巖導水裂縫帶發育高度方法，形成孟巴礦井水、火及沖擊礦壓災防治的綜合體系。

（2）通過邊界協調減損布置開采應用，有效降低了導水裂縫帶發育高度，確保LDT隔水層的完整性。

（3）通過二分層協調減損布置開采方法的應用，有效地破壞了一分層采空區煤柱，實現了二分層開采后覆巖整體下沉密實采空區的作用，既不但消除了煤柱支撐區形成的導水裂縫區，減小礦井開采采空區的長期涌水量，而且避免了二分層非錯距開采采空區煤柱大范圍集中破壞失穩形成的沖擊礦壓災害，同時覆巖整體下沉密實有利于采空區防火。

（4）應用協調開采方法安全開采了二分層1204、1203綜采工作面、1206、1208、1210、1212、1214綜放開采工作面，取得了良好的技術經濟效益。

[1]余學義,張恩強.開采損害學[M].北京：煤炭工業出版社，2004（2）：143-145.

[2]康永華,黃福昌,席京德.綜采重復開采的覆巖破壞規律[J].煤炭科學技術，2001.（01）：22-24

[3]何金,鄧喀中.條帶開采煤層間巖體應力分析[J].河南理工大學學報，2007.（03）：259-263

[4]余學義,陳輝,趙兵朝,王飛龍.基于協調開采原理的裂隙帶發育高度模擬[J].煤礦安全，2014.（09）：190-196

[5]余學義,李邦幫,李瑞斌,段王栓,劉沛林.西部巨厚濕陷性黃土層開采損害程度分析[J].中國礦業大學學報，2008.（01）：43-47

[6]杜鋒,白海波.厚松散層薄基巖綜放開采覆巖破斷機理研究[J].煤炭學報，2012.（07）：1105-1110