甘肅新周煤業利用煤層上行開采技術分析礦井剩余可采資源量的探討

肖王軍

（蘭州煤礦設計研究院，甘肅 蘭州 730000）

煤層上行開采技術是指煤礦在煤層群開采時，由于經濟、安全等方面的原因，在未開采上部煤層的情況下，先期開采下部煤層的煤層開采順序。該方法在煤礦開采設計中經常用于礦井下部煤層與上部煤層間距較大，經過論證分析，下部煤層提前開采后對上部煤層開采影響較小且對企業有較大收益的情況。

目前國內許多礦井是由小煤礦改造而來，由于歷史的原因，小煤礦在開采的過程中為了追求效益的最大化，當礦井存在煤層群，且煤層群中下部煤層賦存穩定，厚度大，便采用上行開采方式開采煤層群，但因部分礦井下部煤層距上部煤層距離較近，下部煤層提前開采不可避免的導致上部煤層局部或大部分不可開采。

1 項目概況

甘肅新周煤業有限責任公司煤礦位于甘肅華亭礦區，該礦始建于1981年10月，原設計生產能力為6萬t/年，1994年改擴建為30萬t/年，幾經礦主轉手之后2007年改造為60萬t/年。井田內從上至下依此有煤2-1、煤2-3、煤 3、煤4-2及煤5共 5層可采煤層，其中煤5層厚度最大，賦存穩定，為井田內主要可采煤層。由于歷史的原因，礦井改造提升產能之前，為實現經濟效益的最大化，在上覆4層可采煤層未開采的情況下先開采了部分煤5層，導致上部可采煤層部分區域受影響不可開采。

設計根據礦井的實際現狀，在礦區已有實測巖層移動角的基礎上，利用煤層群上行開采理論，通過計算煤5層開采后形成的冒落帶高度與煤5層距上覆各可采煤層距離差值來繪制等值線圖，初步圈定了煤5層已開采范圍造成的上覆各煤層不可采范圍，供地質部門核實礦井資源量參考，進而估算礦井的可采資源量。該方法為其他礦區類似礦井分析礦井剩余可采儲量及估算礦井剩余服務時間提供了一定的技術經驗。

2 冒落帶高度計算及等值線圖繪制

2.1 冒落帶高度計算

根據“三帶”判別法，全部垮落法管理頂板的采空區上覆巖層自下而上形成冒落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶。冒落（垮落）帶矸石不規則垮落，堆積充填采空區，裂隙帶和彎曲下沉帶離層形成裂隙仍排列整齊。根據煤礦開采理論，當上、下煤層間距大于下煤層開采形成的冒落帶高度時，上煤覆層只是受到中等及以下較小的破壞或者發生了整體性移動，采取一定的安全措施后可以進行正常開采，反之上覆煤層不可開采。

新周煤礦采用放頂煤采煤方法，全部垮落法管理頂板，冒落帶高度計算公式按煤炭工業出版社出版的《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采指南》（煤炭科學研究總院與中國煤炭學會煤礦開采損害技術鑒定委員會組織編寫）中表7-1選取，即冒落帶高度等于5倍的采高加5m （HK=5M+5）。礦井實際開采高度為9m左右，經計算，煤5層開采形成的冒落帶高度為50m。巖層移動角根按煤炭工業出版社出版的《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采指南》提供的華亭礦區楊礦2426觀測點實測的巖層傾向剖面的下山移動角取63°，傾向剖面的上山移動角取69°，走向剖面的走向移動角取74°來圈定各煤層受影響范圍。

2.2 等值線圖繪制

在煤層底板登高線圖中，利用已有的鉆孔位置，沿勘探線按一定間距采用內插法（沿勘探線在兩個鉆孔之間插入若干計算點）計算各可采煤層每個點處煤5層開采形成的冒落帶高度及各可采煤層底板距煤5層頂板的間距，約定冒落帶頂部標高等于上部可采煤層底板標高時等值線數值為零，冒落帶高出（進入）可采煤層底板的數值為負數，低于可采煤層底板的數值為正數。以此方法分別計算各可采煤層各鉆孔及插入點的數據后配合華亭礦區楊礦2426觀測點實測的巖層移動角數據，分別繪制煤5層冒落帶距各可采煤層底板距離的等值線圖。繪制出的等值線圖如圖1所示：

圖1 煤5層冒落帶距煤3層底板距離的等值線圖

根據上圖，圖中負數區域表示煤5層開采后導致的煤3層不能開采的區域，正數區域表示煤5層開采穩定后煤3層可開采的區域。采用上述方法后，用數據及圖的形式初步清晰分析出了新周煤業煤5層已開采區對上覆各開采煤層的影響程度，該資料可作為礦井、地質部門及相關資源管理部門計算、核查礦井剩余可采資源量的參考資料。

3 社會效益

煤炭是不可再生資源，雖然我國煤炭儲量較大，但人均占有量遠小于其他國家，因此國家對提高煤炭的保護性和節約開采十分重視，煤炭資源的最大化回收已成為煤炭企業發展的必然方向。

該方法及經驗，可作為我院在后續礦井設計中論證煤層群采用上行開采是否可行的方法，也可用于煤炭開采企業、地質部門及煤炭資源管理部門初步分析、核查類似條件礦井剩余資源量實際可利用情況的參考途徑，以便最大程度回收礦井的煤炭資源，提高煤炭開采企業的經濟效益。

4 結語

本次利用“三帶”判別法分析新周煤業改造前煤層群先采下部煤5層后對上覆各可采煤層影響情況取得了較為直觀的效果，將抽象的數據以等值線圖的形式反映出來，對分析新周煤業煤5層開采對上覆各煤層影響情況取得了一定的效果。本次利用煤層群上行開采技術分析礦井剩余可采資源量的經驗，為我院后續設計中論證煤層群上行開采方式是否可行提供了寶貴經驗，也為其他煤礦設計企業、地質部門及煤炭開采企業分析類似條件礦井資源保護性開采及最大化回收提供了技術參考。