老礦井村莊搬遷后多層煤柱區(qū)域高回收率開(kāi)采技術(shù)

研發(fā)起止時(shí)間：2017.8~2021.4

完成單位：晉能控股集團(tuán)有限公司、遼寧工程技術(shù)大學(xué)、晉能控股煤業(yè)集團(tuán)有限公司、晉能控股山西科學(xué)技術(shù)研究院有限公司

成果水平：國(guó)際先進(jìn)

1 項(xiàng)目背景

大同礦區(qū)煤峪口礦具有典型的“雙系”煤層群開(kāi)采特征，目前正在開(kāi)采上覆侏羅系煤層群，下方石炭系煤層正在進(jìn)行巷道延伸及工作面的圈定工作。侏羅系煤層群的含煤地層總厚度為74 m～264 m，平均210 m，可采煤層21層，單層最大厚度7.81 m。礦井主要開(kāi)采3#煤層、9#煤層、11#煤層、12#煤層和14#煤層，其中主采煤層的可采區(qū)域已基本開(kāi)采完畢，受不同開(kāi)采規(guī)劃及設(shè)計(jì)、開(kāi)采方式、開(kāi)采范圍等因素的影響，尚有部分村莊下保護(hù)煤柱沒(méi)有開(kāi)采，形成了一部分孤島煤柱區(qū)域，目前11#煤層307盤(pán)區(qū)、12#煤層307盤(pán)區(qū)為多層煤柱開(kāi)采區(qū)域，其中包括11#煤層與12#煤層合并層8701工作面、11#煤層8703工作面、12#煤層8705工作面，上述三個(gè)工作面的開(kāi)采使得侏羅系煤層地質(zhì)與開(kāi)采條件進(jìn)一步復(fù)雜，開(kāi)采難度加大，安全問(wèn)題嚴(yán)峻，給巷道支護(hù)、工作面安全、高效生產(chǎn)帶來(lái)一定的威脅與隱患。為此亟須開(kāi)展“老礦井村莊搬遷后多層煤柱區(qū)域高回收率開(kāi)采技術(shù)”課題，為煤峪口礦多層煤柱區(qū)域安全開(kāi)采提供技術(shù)支持。

2 研究?jī)?nèi)容

（1）針對(duì)大同礦區(qū)煤峪口礦侏羅系煤層開(kāi)采形成的多層煤柱區(qū)域情況，應(yīng)用理論分析、數(shù)值模擬、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等多種方法與手段，從礦井地質(zhì)與開(kāi)采技術(shù)條件分析出發(fā)，進(jìn)行煤峪口礦多層煤柱區(qū)域地質(zhì)動(dòng)力環(huán)境評(píng)估。

（2）分析區(qū)域開(kāi)采條件、煤柱區(qū)域應(yīng)力與能量分布特征，研究煤柱區(qū)域礦井動(dòng)力災(zāi)害影響因素與發(fā)生機(jī)制，進(jìn)行煤柱區(qū)域動(dòng)力災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)。

（3）提出煤柱區(qū)域安全開(kāi)采技術(shù)方案與開(kāi)采技術(shù)參數(shù)，確定礦井動(dòng)力災(zāi)害的防治技術(shù)措施，為煤峪口煤礦多層煤柱區(qū)域安全開(kāi)采提供技術(shù)支持。

3 主要研究成果

（1）根據(jù)煤層沖擊傾向性鑒定、沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)與地質(zhì)動(dòng)力環(huán)境評(píng)估結(jié)果，確定煤峪口礦11#煤層、12#煤層、14#煤層開(kāi)采具備沖擊危險(xiǎn)，確定11#煤層、12#煤層在采取有效的防治措施條件下可以進(jìn)行開(kāi)采，14#煤層不開(kāi)采。

8705工作面開(kāi)采后三角煤柱區(qū)應(yīng)力與原巖應(yīng)力相比，升高了251%，積聚的能量較大，發(fā)生沖擊地壓可能性增大，應(yīng)采取相應(yīng)的防治措施，煤柱區(qū)應(yīng)力值情況見(jiàn)曲線圖1所示。

圖1 2個(gè)工作面不同開(kāi)采距離時(shí)三角煤柱應(yīng)力值變化情況

當(dāng)8705工作面推進(jìn)至380 m時(shí)，三角煤柱區(qū)受8703與8705開(kāi)采的雙重影響，應(yīng)力疊加，達(dá)到最高為22.74 MPa，三維應(yīng)力圖如圖2所示。8705工作面推進(jìn)至停采線時(shí)，三維應(yīng)力如圖3所示。

圖2 8705工作面推進(jìn)400m時(shí)三角煤柱區(qū)應(yīng)力等值線

圖3 8705工作面推進(jìn)停采線三角煤柱區(qū)應(yīng)力等值線

（2）建立了地質(zhì)動(dòng)力環(huán)境評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，通過(guò)對(duì)斷裂構(gòu)造運(yùn)動(dòng)條件等評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分析，確定了煤峪口礦地質(zhì)動(dòng)力環(huán)境的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)為0.542（如表1），表明具有中等的沖擊地壓地質(zhì)動(dòng)力環(huán)境，確定了沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)。

表1 煤峪口礦地質(zhì)動(dòng)力環(huán)境評(píng)價(jià)

（3）提出了多層煤柱區(qū)的鉆孔卸壓、爆破卸壓等防治技術(shù)方案，并在沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)域采取了鉆孔卸壓措施（圖4、5所示），實(shí)現(xiàn)了煤峪口礦侏羅系煤層最后一個(gè)工作面的安全高效回采。

圖4 8705工作面卸壓范圍

圖5 卸壓鉆孔布置剖面圖

4 應(yīng)用效益

該項(xiàng)研究成果在煤峪口礦得到了成功應(yīng)用，8705工作面受8701采空區(qū)卸壓作用，8705開(kāi)采工作面頂板應(yīng)力與載荷平穩(wěn)，礦壓顯現(xiàn)穩(wěn)定，未發(fā)生動(dòng)載礦壓或沖擊地壓等動(dòng)力災(zāi)害，實(shí)現(xiàn)了煤峪口礦侏羅系煤層最后一個(gè)工作面的安全回采，也為類似條件礦井安全高效生產(chǎn)提供借鑒。

本項(xiàng)目于2021年4月8日通過(guò)了中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)組織的專家鑒定，研究成果達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

（供稿：晉能控股山西科學(xué)技術(shù)研究院有限公司（大同）技術(shù)中心 臧歡歡）