金谷煤業近距煤層上行開采覆巖破壞規律研究

李錄標

【摘 要】近距離煤層群上行開采一直是煤炭行業的熱點和難點問題，論文通過金谷礦開采過程中實驗模型的受力變形和覆巖破壞情況，研究得出了10#煤處在11#煤上方的彎曲下沉帶內，受采動影響較小，可實現正常上行開采。

【Abstract】The upward mining of close coal seam groups has always been a hot and difficult problem in the coal industry. Based on the stress deformation and overburden failure of the experimental model during the mining process of Jingu Coal Mine， this paper studies that Coal No.10 is located in the curved subsidence zone above Coal No.11， which is less affected by mining， and can realize normal upward mining.

【關鍵詞】近距離煤層群;上行開采;覆巖破壞

【Keywords】 close coal seam group; upward mining; overburden failure

【中圖分類號】TD325 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2019）06-0189-02

1 實驗模型模擬研究

1.1 模型建立

在建立模型時，選用一個5m的平面模型架。利用這種模型模擬的是11#煤的工作面走向開采的情況，根據具體的實驗要求，并附加可參照的參數比，如幾何相似系數、時間相似參數、容重相似系數以及泊松比相似系數[1]。

在建立模型時，模擬的是金谷煤礦11#煤層的厚度，盡可能地符合當時的實際情況，這一煤層的厚度為2m，通過建立這種模型，能夠在一定程度上直觀地反映出其原來的工作面所出現的礦壓顯現的規律。

1.2 覆巖破壞規律分析

實驗在距模型右邊界50m（原型值）處開挖，為方便理解，以下數據全部轉換成原型數據，當工作面推進到24m時，直接頂冒落，并隨著工作面的推進直接頂隨采隨冒。當工作面推進到42m時，有2m基本頂巖層發生離層。隨著工作面的推進，離層逐漸向上發展，工作面推進到70m時，基本頂垮落達到距煤層頂面l0m處，這時基本頂初次來壓，來壓步距在70m左右。工作面推進到24m直接頂冒落，工作面推進到70m工作面基本頂初次來壓。

工作面推進到80m的過程中發生了第二次周期來壓，這兩次來壓基本頂在架后垮落，巖層垮落高度增加到18m，上覆巖層的破壞開始進入裂隙帶，架后巖層與支架形成搭接，采空區未充填高度在lm左右。此時，破斷巖層與母體巖層之間逐漸形成鉸接結構，盡管實驗中冒落帶和裂隙帶的界限不是十分明顯，但可以認為此時這層破斷巖層己開始進入裂隙帶，巖層的冒落帶高度為8.7m，冒落帶的高度是采高的3倍左右[2]。

在整個工作面推進到90m時，基本頂巖層又再次發生了垮落的情況。覆巖的破斷高度也增加到了15.5m。上覆巖層全面進入裂隙帶。

在工作面推進到110m時，斷裂巖層的高度又加深了2.5m，已經達到了18m。覆巖開始進入彎曲下沉的狀態。在裂隙帶上部垂直裂隙基本閉合，水平裂隙未充填高度有1.2m左右，如圖1所示。裂隙帶的高度是采高的10倍左右，此時，采空區上方的裂隙帶和彎曲下沉帶分布圖，如圖2所示。

通過工作面工作的逐步進行和開展，發現10#煤之上的部分層面發生了下沉。其中主要是巖層和土層的變化，呈完全下沉狀。在巖層彎曲下沉的期間，10#煤和其頂板、底板也都發生了裂隙，且是縱向裂隙。但實際上，裂隙在工作面后方都是慢慢壓實的情況。

2 工程情況的介紹

山西古縣金谷煤業有限公司井田，位置在山西省古縣古陽鎮白素澤泉村。井田面積約為8.5062km2，設計產能0.60Mt/a，可采煤層2#、9#、10#、11#煤，其中，2#煤為肥煤，9#、10#、11#煤為焦煤。設計能利用儲量3285.9萬t。可采儲量2553.92萬t，服務年限30.4a。

通過金谷礦的可采煤層的一些分部情況，不難推斷出一些結論：全礦范圍內2#、9#、10#均為大部或局部可采，并有蹬空開采的隱患。同時，2#煤層的地質儲量相對較少，僅開采2#煤層難以保證礦井的均衡生產。

10#煤層頂板為K2中厚層狀石灰巖，致密堅硬，不易垮落，為較硬巖，穩固性好。其單向抗壓強度為28.5～34.7MPa，抗拉強度為1.88～2.23MPa，抗剪強度為2.67～2.94MPa。偽頂0.15～0.61m，巖性為泥巖、炭質泥巖。顯然，首先對9#、10#煤層進行開采，則堅硬頂板條件下采場礦壓顯現程度劇烈，且淺埋煤層上覆巖層在溝谷地帶由于沖積層薄，上覆巖層難以形成“三帶”，具有很大安全隱患。

3 結論

相似材料模擬實驗研究表明，11#煤出現了正常的“三帶”分布，覆巖冒落帶高度為8.7m，其高度是采高的3倍;裂隙帶高度18m，是采高的10倍。10#煤處在11#煤上方的彎曲下沉帶內。這部分受采動的影響并不是很大，或者可以說非常的小，所以它可以正常地進行開采工作。

【參考文獻】

【1】馬建宏，韋四江，李小軍.直接頂厚度對回采巷道穩定性影響的數值模擬研究[J]河南理工大學學報，2007，26（6）：647-651.

【2】錢明高，石平五.礦山壓力與巖層控制[M].徐州：中國礦業大學出版社，2009.