小窯破壞區(qū)域上伏煤層綜采技術(shù)研究及應(yīng)用

一、盤(pán)區(qū)概況及地質(zhì)特征

1、盤(pán)區(qū)位置及范圍

本盤(pán)區(qū)位于晉華宮礦河南部，盤(pán)區(qū)范圍是東南部為大井301盤(pán)區(qū)采空區(qū)，東北部為大井870大巷保護(hù)煤柱，北部為工業(yè)廣場(chǎng)保護(hù)煤柱，南部為小煤窯破壞區(qū)礦界，西至南山303盤(pán)區(qū)巷道。東西走向長(zhǎng)1520米—1980米，南北傾向?yàn)?050—2200米，面積4.74平方公里。

2、自然地理概況

本盤(pán)區(qū)對(duì)應(yīng)地表為山地地形，大部分被黃土覆蓋，沖溝內(nèi)有云崗基巖出露，盤(pán)區(qū)對(duì)應(yīng)地表內(nèi)無(wú)河流與積水。

9#層埋藏最大深度294米；

9#層埋藏最小深度174米。

12#層埋藏最大深度380米；

12#層埋藏最小深度293米。

9#層與12#層間距平均為46.15米；

3、盤(pán)區(qū)上下層開(kāi)采狀況

本區(qū)對(duì)應(yīng)上部為2^-1 #層、2 ^-3#層、3#層、7^-3 #層均已采空，現(xiàn)在南山303盤(pán)區(qū)9#層已采空,12#層正在開(kāi)采。

二、地質(zhì)構(gòu)造

本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，煤巖整體走向東西，傾向南北，傾角0——10°平均為6°，盤(pán)區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)有兩條斷裂構(gòu)造，第一條F1正斷層，走向100°,傾向190°，傾角60°—80°，落差為0.7—4米。第二條F2正斷層，走向50° ，傾向32°，傾角62°—86° 。落差為0.25—0.77米。

三、煤層賦存狀況

本區(qū)內(nèi)9#煤層賦存狀況及特征說(shuō)明如下：

全區(qū)分布，可采煤層厚度為1.1—1.48米，平均1.29米，賦存穩(wěn)定厚度變化不大，東部和南部較高，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

煤層頂?shù)装迩闆r：

直接頂：深灰色細(xì)砂巖，厚度為10米，層理發(fā)育；

老頂：深灰色粉砂巖，厚度為4米，層理發(fā)育；

直接底：深灰色細(xì)砂巖，厚度為4米，層理發(fā)育。

盤(pán)區(qū)內(nèi)12#層煤大部分表現(xiàn)為12^-1—12^-2 合并層，西北部局部分叉。西部及西北角較薄，北部較厚，底板呈東北部較低，西部和南部較高。煤層厚度為2.67—8.88米, 平均5.65米,傾角0-10°，平均6º煤層賦存穩(wěn)定。

煤層頂?shù)装迩闆r

偽頂：炭質(zhì)泥巖，厚度0.6米,中南部局部存在；

直接頂：粉砂巖，厚度2—3米，夾細(xì)砂巖和砂質(zhì)頁(yè)巖；

老頂：粉砂巖，厚度2米，局部砂質(zhì)頁(yè)巖。

（附:綜合柱狀圖）

圖1

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四、瓦斯、煤塵

本盤(pán)區(qū)為高瓦斯盤(pán)區(qū)，瓦斯絕對(duì)涌出量2.381m³/min, 瓦斯相對(duì)涌出量為6.026 m ³/min .CO₂絕對(duì)涌出量3.72m ³,相對(duì)涌出量3.723 m³。

本盤(pán)區(qū)煤塵具有爆炸性，煤塵爆炸指數(shù)為24.42—36.38%，煤層自燃發(fā)火期6——12個(gè)月。

五、水文地質(zhì)

本盤(pán)區(qū)東翼水文地質(zhì)條件比較簡(jiǎn)單沒(méi)能含水層，向斜軸部涌水量大，以層間水形式涌出。

1、 盤(pán)區(qū)涌水量估算

Q=60K

式中：Q——涌水量

K——涌水系數(shù)，最大為2.1m³ / min, 正常為0.7m³/min

所以,盤(pán)區(qū)最大涌水量為126m³/h，正常涌水量42m³/h。

2、上層采空區(qū)積水狀況

本盤(pán)區(qū)上覆2^-1 #、2^-3 #、3#、7^-3#煤層已采空，在采空區(qū)內(nèi)存有大面積積水，對(duì)將來(lái)盤(pán)區(qū)生產(chǎn)會(huì)有很大影響，在盤(pán)區(qū)開(kāi)拓和生產(chǎn)前要進(jìn)行有效的探放水，嚴(yán)禁頂水開(kāi)采。

六：盤(pán)區(qū)及小窯破壞情況

1、 盤(pán)區(qū)范圍：

盤(pán)區(qū)位于晉華宮礦河南部，盤(pán)區(qū)范圍是東南部為大井301盤(pán)區(qū)采空區(qū)，東北部為大井870大巷保護(hù)煤柱，北部為工業(yè)廣場(chǎng)保護(hù)煤柱，南部為小煤窯破壞區(qū)礦界，西至南山303盤(pán)區(qū)巷道。東西走向長(zhǎng)1520米—1980米，南北傾向?yàn)?050—2200米，面積4.74平方公里。

2、 小窯破壞情況：

河南402盤(pán)區(qū)12#層西南部已被小窯破壞，東西長(zhǎng)350米，南北長(zhǎng)600米，破壞面積為0.21平方公里,小窯破壞區(qū)域9#煤層厚度為1.4米,破壞煤量36.57萬(wàn)噸,圖上虛線為推測(cè)破壞范圍，小窯破壞區(qū)域內(nèi)，大部分為不規(guī)則刀柱式或倉(cāng)房式開(kāi)采，破壞區(qū)域回采面刀間距最大按25米考慮，采高按3.0米考慮。

七、盤(pán)區(qū)儲(chǔ)量

盤(pán)區(qū)儲(chǔ)量計(jì)算采用地質(zhì)塊段法，其參數(shù)確定方法為

1、面積用幾何法或求積儀法測(cè)算兩次取平均值。

2、煤層厚度采用算術(shù)平均值。

3、容重采用原有鉆孔煤樣分析結(jié)果。

9#層402盤(pán)區(qū)儲(chǔ)量表

表1 單位：萬(wàn)噸

層次	工業(yè)儲(chǔ)量	可采儲(chǔ)量	煤柱	小窯破壞
9#	858.8	658.43	163.8	36.57
合計(jì)	858.8	658.43	163.8	36.57

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八：小窯破壞區(qū)域登空開(kāi)采技術(shù)研究及方案：

1、小窯破壞區(qū)域開(kāi)采技術(shù)研究

為了提高有限的煤炭資源回收率，我們對(duì)河南9#、層402盤(pán)區(qū)小窯破壞區(qū)域及有關(guān)資料進(jìn)行認(rèn)真的分析和研究;同時(shí)對(duì)9#層402盤(pán)區(qū)西南部小窯區(qū)域能否適應(yīng)綜采開(kāi)采進(jìn)行了科學(xué)的論證;

（1）、該區(qū)域9#～12#層間距46.15米,大于4～8倍的小窯開(kāi)采高度，小窯采高為3.0米,從理論上分析,小窯古塘頂板冒落高度最大為;

H_冒=H采×K=3×8=24米

式中：H_冒－小窯采空區(qū)古塘頂板冒落高度，取24米：

H_采－小窯采高，取3米：

K――頂板冒落系數(shù)：取8

（2）、按自然拱高確定小窯古塘頂板冒落高度為；

小窯破壞區(qū)域內(nèi)，大部分為不規(guī)則刀柱式或倉(cāng)房式開(kāi)采，破壞區(qū)域回采面刀間距最大按25米考慮；小窯古塘頂板冒落高度最大為;

H_冒=L_采=25米

式中：H_冒－小窯采空區(qū)古塘頂板冒落高度，取25米：

L_采－小窯工作面最大開(kāi)采垮度，按25米：

（3）、下層12#煤層小窯大部分為不規(guī)則刀柱式或倉(cāng)房式開(kāi)采，而該部采空區(qū)可通過(guò)鉆孔進(jìn)行灌漿充填，減小或消除對(duì)上部9#煤層及圍巖破壞和影響。因此，對(duì)上部9#層進(jìn)行開(kāi)采是有一定的可行的方法和措施，具有可操作性。如圖所示：

圖1

圖2

Ⅰ——冒落帶高度：h₁=25米

Ⅱ——裂縫帶高度：h₂ =2.5m M=7.5m

Ⅲ——彎曲下沉帶高度：h₃ =2.5×M=2.5×3=7.5米<13.5m

（4）按鉸接巖塊假說(shuō)分析：

12#層小窯破壞區(qū)域?qū)ι喜?02盤(pán)區(qū)9#層影響情況按鉸接巖塊假說(shuō)分析，小窯破壞區(qū)域內(nèi)，大部分為不規(guī)則刀柱式或倉(cāng)房式開(kāi)采，破壞區(qū)域回采面刀間距最大按25米考慮；小窯古塘頂板冒落高度最大為;

H_冒=L_采=25米

式中：H冒－小窯采空區(qū)古塘頂板冒落高度，取25米：

L采－小窯工作面最大開(kāi)采垮度，按25米：h₁=25米；

則；9#～12#層之間的巖石變化情況如圖所示；

圖4

圖中：

Ⅰ——小窯采空區(qū)頂板冒落帶高度：h₁=25米

Ⅱ——小窯采空區(qū)頂板裂縫帶高度：h₂ =2.5m M=7.5m

Ⅲ——小窯采空區(qū)頂板彎曲下沉帶高度（9#層底板彎曲下沉帶高度）：

h₃ =2.5×M=2.5×3=7.5米<13.5m

（5）、方案：

將河南9#、層402盤(pán)區(qū)、8220、8222、8224工作面順槽巷，經(jīng)過(guò)12#層小窯破壞區(qū)域上部9#層實(shí)體煤，延伸到距礦界20米拐邊切，形成回采工作面，利用綜采進(jìn)行開(kāi)采回收被破壞區(qū)域的煤炭資源。

在巷道掘進(jìn)期間，加強(qiáng)巷的頂板和圍巖的礦壓觀察和離層監(jiān)察，待工作面掘出后，利用工作面的巷道進(jìn)行鉆探，一方面探清下部煤層小窯破壞情況，另一方面利用鉆孔對(duì)下部12#層小窯破壞區(qū)域進(jìn)行灌漿充填。

2、具體方法：

（1）、在巷道掘進(jìn)開(kāi)采期間，加強(qiáng)巷道和工作面的頂板和圍巖的礦壓觀察和離層監(jiān)察，及時(shí)采取有效的支護(hù)措施：對(duì)有害氣體進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè),特別是對(duì)小窯破壞區(qū)域的上部巷道掘進(jìn)期間更應(yīng)重點(diǎn)以觀察,發(fā)現(xiàn)有異常 突出現(xiàn)象,必須采取打鉆灌漿措施。

在巷道開(kāi)口40米設(shè)置第一道頂板離層監(jiān)察站,以后每隔100米設(shè)置一道,及時(shí)了解 頂板的離層, 巷道的圍巖變化（巷幫及底板）采用宏觀觀察了解其變化情況。破壞區(qū)域上履巷道掘進(jìn)期間，每班進(jìn)行三次重點(diǎn)對(duì)有害氣體的監(jiān)測(cè)。

（2）、待工作面掘出后，利用工作面的巷道進(jìn)行鉆探，一方面清下部煤層小窯破壞情況，另一方面利用鉆孔對(duì)下部12#層小窯破壞區(qū)域進(jìn)行灌漿充填。$Page_Split$

十、具體實(shí)施情況：

巷道掘進(jìn)期間，我們對(duì)巷道的頂板和圍巖進(jìn)行了有效的礦壓觀察和離層監(jiān)察，其結(jié)果和有關(guān)數(shù)據(jù)顯示與未受小窯破壞區(qū)域基本相同，該區(qū)域巷道頂板下沉量為10～30毫米，巷道的圍巖變化（巷幫及底板）采用宏觀觀察未發(fā)現(xiàn)其有較大的變化，如炸幫和底鼓現(xiàn)象的發(fā)生。

，根據(jù)上述實(shí)際情況，我們未進(jìn)行對(duì)工作面的巷道進(jìn)行鉆探和對(duì)下部12#層小窯破壞區(qū)域進(jìn)行灌漿充填。對(duì)該區(qū)域煤層按常規(guī)方法進(jìn)行了直接開(kāi)采。

十一、取得的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益：

1、為今后對(duì)小窯破壞凳空區(qū)域進(jìn)行煤碳開(kāi)采積累一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；

今后再有小窯破壞凳空區(qū)域發(fā)生時(shí)，如果上下煤層間距大于小窯破壞區(qū)域采高M(jìn)的8倍（小窯破壞區(qū)域的頂板冒落帶高度）＋2.5倍的采高（小窯破壞區(qū)域的頂板裂縫帶高度）＋2.5倍的采高（小窯采空區(qū)頂板彎曲下沉帶高度）時(shí),可進(jìn)行煤炭資源的開(kāi)采和回收。同時(shí)在上部煤層巷道掘進(jìn)期間，加強(qiáng)巷的頂板和圍巖的礦壓觀察和離層監(jiān)察，待工作面掘出后，利用工作面的巷道進(jìn)行鉆探，一方面探清下部煤層小窯破壞情況，另一方面利用鉆孔對(duì)下部煤層的小窯破壞區(qū)域進(jìn)行灌漿充填。

2、該方案實(shí)施后可多回收煤炭17.65萬(wàn)噸。創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益2294萬(wàn)元。