西曲礦12314工作面蹬空開采可行性分析

曹冬冬

（西山煤電(集團)有限責任公司安監局，山西 太原 030053）

隨著礦井生產能力、開采規模的不斷提升，部分老礦井逐漸出現煤炭資源枯竭的狀況。為充分利用剩余煤炭資源，延長礦井服務年限，部分老礦井開始回收村莊煤柱、孤島工作面等殘留煤炭資源［1-2］。西曲礦12314 工作面地表屬于港立村村莊煤柱范圍，其靠近切眼一側下伏18306 工作面和18307 工作面采空區所形成的蹬空區域。因此，在回采12314工作面以前，應對其蹬空開采的可行性進行分析研究，以保證工作面回采的安全可靠性。

1 工作面概況

西曲礦12314 工作面地面位于原港立村東北部，原刷刷港村西南部，蓋山厚度約200～230 m。工作面井下位于南三盤區東北部，西北部為已回采的12311 工作面，東北部為西1072 運輸大巷，東南部為待回采的12313 工作面，各工作面及大巷均留設保護煤柱。

2 號煤層平均煤厚4.20 m，煤層結構簡單，煤層整體傾向西南，傾角1°～10°，一般為3°。12314 工作面受四鄰條件影響，為“刀把式”工作面布置形式，正巷長740 m，副巷長689 m，補副巷長51 m，切眼長106 m，補切眼長度54 m，儲量0.62 Mt。工作面靠近切眼一側下伏為18306、18307 蹬空區，預計切眼開采0～220 m范圍內為下伏采空區裂隙帶，該段儲量0.17 Mt，2 號煤層與8 號煤層的層間距為70～80 m，平均73 m。

12314 工作面頂底板情況見表1。

表1 煤層頂底板情況

2 工作面地質條件

2.1 斷層、陷落柱情況

12314 工作面共發育有14 條斷層，均為正斷層，其中對回采影響較大的落差在1.5 m以上的斷層有2 條，其余斷層落差均小于1.5 m，對回采影響較小。工作面發育有陷落柱3 個，其中E1312 號陷落柱長軸37 m，短軸27 m，預計工作面穿越長度30 m；E13X2 號陷落柱長軸76 m，短軸48 m，預計工作面穿越長度70 m；E13X3 號陷落柱長軸16 m，短軸14 m，預計工作面穿越長度16 m。

2.2 水文地質情況

12314 工作面水文地質條件中等，開采層位為山西組的砂巖，其頂板砂巖含水層富水性較弱，局部裂隙發育處有淋水現象，淋水多為點滴，易自然疏干。工作面底板層位高于奧灰水靜止水位線163～182 m，不存在底板突水問題，因此工作面不會受底板奧灰水影響。在工作面回采期間會受頂板裂隙水影響，局部頂板有淋水現象，構造裂隙發育處可能會有涌水。工作面正常涌水量1～2 m3/h，最大涌水量8.0 m3/h。

2.3 其他地質情況

工作面相對瓦斯涌出量0.97 m3/t，絕對瓦斯涌出量2.69 m3/min，CO2含量0.62 m3/min。2 號煤層的自燃傾向性屬于Ⅱ類自燃煤層。地溫、地壓正常。

3 蹬空開采可行性分析

目前對于蹬空開采的可行性分析主要包括比值分析法、“三帶”理論分析法、圍巖平衡分析法和經驗公式分析法等幾種。影響蹬空開采可行性的主要因素有煤層厚度、煤層傾角、煤層間的層間距、煤層間的覆巖巖性、煤層間的開采間隔時間等［3-4］。

3.1 比值分析法

根據采動影響倍數K 計算公式，對蹬空開采可行性從2 號煤層和8 號煤層之間的層間距、8 號煤層采高之間的關系上進行判別［5］。

式中：h為煤層間的層間距，m；M為下部已開采煤層的采高，m。

依據目前蹬空開采相關理論和實踐經驗，當先開采下部煤層時，采動影響倍數K≥7.5 時，通常對上部煤層的掘進和回采工作不產生影響。

12314 工作面所開采的2 號煤層與8 號煤層的層間距為70～80 m，平均73 m。下部已開采的18306、18307 工作面采高為3.85 m，計算可得采動影響倍數K為18.18～20.78，平均18.96，均大于7.5。因此，通過比值分析法可以得出12314 工作面蹬空開采具有可行性。

3.2 “三帶”理論分析法

根據巖石力學“三帶”理論，當先開采下部煤層時，其布置的工作面回采后將形成采空區，其工作面上覆巖層也將發生垮落、彎曲、變形，并出現垮落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶的“三帶”形式［6］。

其中垮落帶高度Hm可由式（2）進行計算。

其中裂隙帶高度Hl可由式（3）進行計算。

式中：∑M為下部各開采煤層累計采厚，m；±項為誤差值。

將12314 工作面及下部已開采的18306、18307工作面的各項參數代入式（3）可以得出，8 號煤層開采后所形成的垮落帶高度Hm=27.33 m，裂隙帶高度Hl=58.16 m。12314 工作面所開采的2 號煤層與8號煤層的層間距為70～80 m，平均73 m，大于8 號煤層開采后所形成的裂隙帶高度58.16 m。因此，通過“三帶”理論分析法可以得出12314 工作面蹬空開采可位于8 號煤層開采后所形成的裂隙帶之上，此部分上覆巖層在開采后可形成多指點的鉸接梁結構，具有較強的支撐力和整體性，12314 工作面蹬空開采具有可行性。

3.3 圍巖平衡分析法

根據圍巖平衡理論，下部煤層開采后，其上覆巖層會形成非平衡帶、部分平衡帶及平衡帶，平衡帶的巖層具有不發生臺階狀錯動的平衡結構，下部開采煤層頂板到平衡巖層頂板的高度，稱作圍巖平衡高度。在兩層煤層之間的覆巖巖性為堅硬巖層條件下，上部煤層開采時位于距其最近的平衡圍巖之上時，上部煤層可以進行蹬空開采。上部煤層蹬空開采時所具備的最小層間距Hb可由式（4）進行計算［7］。

式中：KS為上下煤層間覆巖的碎脹系數，一般為1.10～1.15，本次取值1.12；H0為圍巖平衡高度，m。

根據下部8 號煤層工作面地質柱狀圖，8 號煤層頂板以上13.49 m，可在能夠起到平衡巖層作用的穩定石灰巖之上。代入公式可以得出，最小層間距Hb=45.57 m，12314 工作面所開采的2 號煤層與8 號煤層的層間距大于該計算結果。因此，通過圍巖平衡分析法可以得出12314 工作面蹬空開采具有可行性。

3.4 經驗公式分析法

根據目前蹬空開采實踐經驗，總結出數理統計回歸的經驗公式，其最小層間距可由式（5）進行計算［8］。

式中：MS為上部蹬空開采煤層厚度，m。

將12314 工作面及下部已開采的18306、18307工作面的各項參數代入公式5 可以得出，最小層間距h=13.33 m，12314 工作面所開采的2 號煤層與8號煤層的層間距大于該計算結果。因此，通過經驗公式分析法可以得出12314 工作面蹬空開采具有可行性。

4 結語

通過比值分析法、“三帶”理論分析法、圍巖平衡分析法和經驗公式分析法等四種分析方法，對西曲礦2 號煤層12314 工作面蹬空開采的可行性進行分析研究。綜合四種分析結果，12314 工作面蹬空開采可行。但在蹬空開采區域回采過程中，生產隊組應繼續加強礦壓監測、觀察回采巷道頂底板及兩幫變形情況，并且及時補強支護強度，同時通風隊組加強對工作面有毒有害氣體的監測，以保證12314 工作面安全快速通過蹬空開采區域。