八連城煤礦31801工作面上行開采可行性報告

八連城煤礦31801工作面上行開采可行性論證報告(共16頁)八連城煤礦31801工作面上行開采

可行性論證報告琿礦公司所屬礦井到目前為止，基本來用自上而下即下行開采順序、由于八連城煤礦31801工作面受特定原因的影響，需要采用上行開采的方式進行回采。工作面上行開采時，由于其下部煤層己經(jīng)回采完畢，下層煤的上覆巖層必然產(chǎn)生變化，這時可能會對上層頂?shù)装逶斐梢欢ǖ挠绊懀踔量赡軐е旅簩拥慕Y構產(chǎn)生一定的變化，其變化程度取決于下層煤層頂板巖性垮落特性以及煤層的間距。因此，我們要通過下層煤層的開采狀況、圍巖巖性、頂板下沉規(guī)律進行分析研究，來確定工作面上行開采方式的可行性。一、上行開采規(guī)律及研究方法(一)煤層群上行開采的一般規(guī)律1、理論資料上顯示上行開采的一般規(guī)律：(1)當下部開采一個煤層時，采動影響倍數(shù)K>7.5,上煤層可正常進行掘進和采煤。如果下煤層采出時留有煤柱，則在下部煤柱對應的上煤層工作面內可能出現(xiàn)局部頂板巖層和煤層的開裂現(xiàn)象，采取一定措施后，可正常進行上行開采。(2)當下部開采多個煤層時，綜合采動影響倍數(shù)0>6.3,可在上行煤層正常進行掘進和采煤工作。(3)上煤層位于下煤層開采的冒落帶之上時，一般可正常進行上行開采。2、國內上行開采實踐分析結論：琿春礦業(yè)(集團)有限責任公司生產(chǎn)技術部編制

八連城煤礦31801工作面上行開采可行性論證報告（共16頁）（1）當下部開采單一煤層時，采動影響倍數(shù)K的下限值為6。⑵當下部開采多個層時，綜合采動影響倍數(shù)（＞6.3時上部煤層可正常進行回采，沒有提出Kz的下限值。⑶上下煤層開采間隔時間大于3個月。（二）針對31801工作面分析研究方法針對八連城煤礦19號煤層、18號煤層圍巖巖性、工作面布置形式等條件，通過理論計算方法，開展頂板下沉變形規(guī)律、采空區(qū)在時間和空間上對上覆煤層造成的影響等相關內容的研究，獲得31801工作面圍巖抗壓強度變化范圍、安全回采的煤層層間距和上部綜采面合理布置及開采時間間隔等關鍵性參數(shù)。根據(jù)下部19號煤為已有采空區(qū)，確定上部18號煤層再進行綜采的上行開采的可行性，提供安全回采可行性臨界條件及實施方案，并指導現(xiàn)場應用。二、下部工作面開采現(xiàn)狀1、工作面位置及周邊情況31912工作面位于西三區(qū)南部，第2勘探線與第5勘探線之間；走向長1150m，傾向長度200m，平均厚度3.3巾，可采面積230000m2，可采儲量82.9萬噸。與四鄰關系：北東為西三皮帶下山、西三軌道下山及西三回風下山；北西為31906工作面；東南為DF67及DF73正斷層；西南為圖們江堤19層保護煤柱。2、地表及標高情況與地表關系；以農田為主，包括河流，公路等；地面標高：24.1026.50m,井下標高：-546.50?-562.10m?，q春礦業(yè)（集團）有限責任公司生產(chǎn)技術部編制

八連城煤礦31801工作面上行開采可行性論證報告（共16頁）3、煤層特征及構造情況表2.1可采煤層特征表內容單位指標備注煤層厚度最大?最小/平均m4.60?2.70/煤層傾角最大?最小/平均O8~1/3煤層硬度f1.30煤層層旦發(fā)育程度較發(fā)育煤層結構0.55（0.15）0.45（0.20）1.45（0.20）0.50煤體結構原生結構煤4、煤層頂?shù)装逄卣鳎?）頂?shù)装逄卣鞅?.2頂?shù)装鍘r性頂?shù)装鍘r，性厚度（米）裂隙發(fā)育情況頂板老頂粗砂巖5.40較發(fā)育直接頂粉砂質泥巖2.40較發(fā)育偽頂?shù)装宸凵皫r1.15較發(fā)育（2）地質特征表2.3地質情況瓦斯八連城煤礦19號煤層鑒定區(qū)域無煤與瓦斯突出危險性。絕對瓦斯涌出量20.58m3/min，相對瓦斯涌出量：10.03m3/T。煤塵煤塵具有爆炸性，煤塵爆炸指數(shù)51.19%。煤層自燃特征1類容易自燃，自燃發(fā)火期12個月。地壓該區(qū)域無沖擊地壓。琿春礦業(yè)（集團）有限責任公司生產(chǎn)技術部編制八連城煤礦31801工作面上行開采可行性論證報告（共16頁）5、工作面支護情況工作面入回風巷采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護，斷面為15.54m2；工作面共計安裝134部ZY6000/16.5/38D型液壓支架，支架主要技術參數(shù)如下:表2.4支架主要技術參數(shù)支架型號ZY6000/16.5/38D支架主度m1.65~3.80支護強度MPa0.8~0.9(P=31.5MP)中心距mm1500支架寬度m1.43~1.60初撐力kN5064(P=31.5MPa)工作阻力kN6000推溜力/拉架力kN633/360支架重量t20.5對底板平均比壓MPa1.416、采煤方法31912工作面沿煤層傾向布置，采用走向長壁一次采全高后退式全部垮落法綜合機械化采煤法，為工作面的回采主要布置了31912運輸順槽、回風順槽及開切眼。工作面開采時間為2016年8月?2017年5月。三、上部設計工作面基本情況1、工作面位置及周邊情況31801工作面位于西三采區(qū)南部，第2探線和第5勤探線之間，走向長度1050m，傾向長度195m,平均厚度1.6巾，可采面積196820m2,可采儲量44.0萬噸。與四鄰關系：31810運輸順槽北為待采區(qū)；南為DF73號和DF67號正斷層；西為圖們江堤18層保護煤柱線；東為西三軌道下山，下部為31912采空區(qū)。2、地表及標高情況與地表關系：以農田為主，包括河流，公路等；地面標高：24.10~26.50m,井下標高：-527.6~-556.1m?，q春礦業(yè)（集團）有限責任公司生產(chǎn)技術部編制八連城煤礦31801工作面上行開采可行性論證報告（共16頁）3、煤層特征及構造情況工作面煤巖層走向北西~X1o南東，傾向南西X2o,傾角3°,預掘區(qū)域為單斜構造；斷層：DF73號正斷層，（在西三軌道下山導線點268點,西三皮帶下山導線點850點，西三回風下山導線點118點處均有揭露）走向北東~Xo西，傾向X。，傾角60°。DF67號正斷層，走向北東~X5o,3 4傾向北西Xo,落差0~23。兩條斷層均存在預掘巷道外側，均為不含（導）6水斷層，對預掘巷道圍巖的完整性存在影響。工作面頂板為粉砂巖，厚度7.0m,灰白色，膠結中等，f=1.78;煤層平均煤厚1.60m,黑色，塊狀，半亮型，千=0.96;底板為粉砂巖,厚度10.20m,灰白色，成分以石英，長石為主，f=2.54。工作面與下部采空區(qū)層間距為18-30m,平均為24m?，q春礦業(yè)（集團）有限責任公司生產(chǎn)技術部編制

八連城煤礦31801工作面上行開采可行性論證報告（共八連城煤礦31801工作面上行開采可行性論證報告（共16頁）6煤層頂?shù)装寰C合柱狀圖4、地質特征表3.1地質情況瓦斯八連城煤礦18號煤層鑒定區(qū)域無煤與瓦斯突出危險性。絕對瓦斯涌出量1.40m3/mino煤塵煤塵具有爆炸性，煤塵爆炸指數(shù)51.19%o煤層自燃特征II類容易自燃，自燃發(fā)火期12個月。地溫空氣溫度最高為31.6oC（恒溫帶溫度為10.77oC,全區(qū)平均地溫梯度為每100米增加3.7oC）計算得出溫度為31.6oC,屬地溫異常區(qū)域。地壓該區(qū)域無沖擊地壓。地應力場為水平主控應力場，其最大水平主應力分布范圍為18.12~23.261^2,其與垂直應力比值在1.56~1.58之間，平均為1.57。最大水平主應力的走向平均為213.83。，為SW向，與區(qū)域構造應力場最大主應力的方向基本保持一致。涌水量工作面正常涌水量0.01~0.20巾3/%最大涌水量0.30m3/ho琿春礦業(yè)（集團）有限責任公司生產(chǎn)技術部編制八連城煤礦31801工作面上行開采可行性論證報告（共16頁）四、煤巖物理力學參數(shù)測定結果此次論證將北京煤科總院對八連城測定的煤巖物理力學參數(shù)結果作為本次圍巖參數(shù)的參考依據(jù)。表2.10八連城煤礦19、23煤及基本原底板的物理力學參數(shù)測試結果煤層名稱塊體密度/kgm-3抗壓強度/MPa彈性模量/GPa泊松比內聚力/MPa內摩擦角/（0）抗拉強度/MPa19煤頂2237.2417.8421.6340.4095.11031.712.44219煤1279.569.6631.7150.4592.80928.970.97519煤底2358.2025.4304.3010.3294.96431.582.60423煤頂2384.3323.1115.2940.3465.34431.232.57023煤1277.6711.5211.5710.4193.04127.080.99023煤底2350.4225.3014.7850.3464.71432.512.639五、采空區(qū)上行開采條件判別論證國內煤礦對于上行開采的研究成果主要是圍繞煤層層間距離、巖性和煤層采高等因素來分析下部煤層開采頂板的垮落特征，進而確定能否實現(xiàn)上行順序開采，重點是把煤層間距離作為決定能否采用上行開采的主要衡量指標。煤層能否采用上行開采的判別方法主要包括：①實踐經(jīng)驗判別方法、②比值判別法、③“三帶”判別法、④圍巖平衡法。1、“三帶”判別法：上行開采法首先是開采下部煤層，其上覆巖層穩(wěn)定后，再開始開采上部煤層，這樣就必須確定上、下煤層之間的距離，只有在層間距適當?shù)臅r候才能有條件采用上行開采法，否則無法進行上行開采。當下部煤層開采后，采空區(qū)上覆巖層必然產(chǎn)生移動變形，形成冒落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶，其三帶關系可以見圖5.1所示?，q春礦業(yè)（集團）有限責任公司生產(chǎn)技術部編制八連城煤礦31801工作面上行開采可行性論證報告（共16頁）I一冒落帶11-裂隙螯ID-彎曲下沉帶當上下煤層的層間距小于或等于下煤層冒落帶的高度時，上煤層結構將遭到嚴重破壞，無法進行上行開采；當上下煤層間距小于或等于裂隙帶高度時，上煤層結構只發(fā)生中等程度的破壞，采取一定安全措施后，可正常進行上行開采；當上下煤層間距大于下煤層的裂隙帶高度時，上煤層只發(fā)生整體移動，結構不受破壞，可正常進行上行開采，上煤層的開采應該在下煤層開采引起的巖層移動穩(wěn)定之后進行。不同傾角、不同巖性的巖層及不同組合的覆巖，其移動規(guī)律及破壞規(guī)律是不同的。當上下兩層煤的最小垂距h大于煤層的冒落帶Hm時,上下煤層的裂隙帶最大高度取標高最高者作為兩層煤的裂隙帶最大高度。通常對上部煤層的影響主要是冒落帶和裂隙帶，彎曲下沉帶對上琿春礦業(yè)（集團）有限責任公司生產(chǎn)技術部編制八連城煤礦31801工作面上行開采可行性論證報告（共16頁）部煤層的影響不是太大。冒落帶與裂隙帶之間并無嚴格的界線根據(jù)我國各煤田的實測資料分析,這兩帶的總高度一般為采出煤厚的9-35倍。因此采用“三帶”法進行判別，根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)范》附錄4中關于垮落帶高度的計算公式：附表5-1厚煤層分層開采的垮落帶高度計算公式覆巖巖性（單向抗壓強度及主要巖石名稱）/Mpa計算公式之/m堅硬（40-80，石英砂巖、石灰?guī)r、礫巖）100ZMH,=-V7 ±2.5k2.1ZM+16中硬（20-40，砂巖、泥質灰?guī)r、砂質頁巖、頁巖）100ZMH,= V ±2.2k4.7ZM+19軟弱（10-20，泥巖、泥質砂巖）100ZMH= 、 土1.5k6.2ZM+32極軟弱（V10,鋁土巖、風化泥巖、黏土、砂質泥土）100ZMH= 、 士1.2k7ZM+63根據(jù)八連城煤礦煤巖力學參數(shù)測定結果，單向抗壓強度在20~40之間，垮落帶高度選擇：100ZMH=4.7ZM+19土22附表5-2厚煤層分層開采的導水裂隙帶高度計算公式覆巖巖性（單向抗壓強度及主要巖石名稱）/Mpa計算公式之/m堅硬（40-80,石英砂巖、石灰?guī)r、礫巖）100ZMHr=V 土8.9li1.2ZM+2.0中硬（20-40,砂巖、泥質灰?guī)r、砂質頁巖、頁巖）100ZMH= \1 ±5.6h1.6ZM+3.6軟弱（10-20,泥巖、泥質砂巖）100ZMH= 、 土4.0，l3.1ZM+5.0極軟弱（V10,鋁土巖、風化泥巖、黏土、砂質泥土）100ZMH= \1 士3.0'l5.0ZM+8.0根據(jù)八連城煤礦煤巖力學參數(shù)測定結果，單向抗壓強度在20~40琿春礦業(yè)（集團）有限責任公司生產(chǎn)技術部編制10八連城煤礦31801工作面上行開采可行性論證報告（共16頁）10之間，裂隙帶高度選擇：100ZM

Hli=1.6ZM+3.6土5,6取Ko=1.4,M=3.3m,煤層傾角=3,帶入冒落計算公式得出煤開采后的冒落帶發(fā)育高為11.76m，裂隙帶發(fā)育高度42.76m，18號煤層處于裂隙帶范圍之內，需及時關注礦壓顯現(xiàn)和頂?shù)装遄冃危⒏鶕?jù)現(xiàn)場及時制定合理的控制措施后才能進行上行開采。2、比值判別法上行開采主要受上、下兩煤層之間的層間距與下部所采煤層的采出高度之比（采動影響系數(shù)K）、層間巖層性質和結構影響，比值分析法通過建立采動影響系數(shù)K來判定上下兩層煤的相互影響：式中：H—上下煤層之間的垂距，m；M—下煤層采高，m。我國采礦界目前認可的“比值法”上行開采判別標準：當下部煤層為單一煤層，層間巖層為堅硬巖層，采動影響倍數(shù)K>7時，先采下部煤層可以不影響在上煤層內進行正常準備和回采，上煤層可正常進行掘進和采煤；層間巖層為中硬巖層，采動影響倍數(shù)5VKV7,上煤層可正常進行掘進和采煤。由鉆孔柱狀圖可知，18號煤層與19號煤層層間距平均為24m,層間巖石以粗砂巖為主，粗砂巖的單軸抗壓強度為17.842Mpa,屬于軟弱巖體。計算取H=24m,M=3.3m,通過計算得知，采動影響系數(shù)為7.27滿足上行開采所需條件?，q春礦業(yè)（集團）有限責任公司生產(chǎn)技術部編制

11八連城煤礦31801工作面上行開采可行性論證報告（共16頁）113、上行開采的國巖平衡判別法上行開采破壞了上覆巖層的原始應力平衡狀態(tài)，必然引起上覆巖層的橫向及縱向變形與破壞。上覆巖層的橫向及縱向剪切變形則表現(xiàn)為煤層發(fā)生臺階錯動，破壞煤層結構，后者是影響上行開采有最大障礙。采場上覆巖體在垂直方向分為冒落帶、裂隙帶及彎曲下沉帶。從圍巖平衡的觀點，可以分為非平衡帶（即冒落帶）、部分平衡帶（相當于裂隙帶下位巖層）、平衡帶（相當于裂隙帶的下位巖層之上的巖層），沿走向可分為原始應力區(qū)八、煤壁支撐區(qū)B、離層區(qū)C、重新壓實區(qū)D及穩(wěn)定區(qū)E，其上覆巖石分區(qū)關系可以見下圖所示。裂隙帶的上位巖層形成煤壁及上覆巖層-壓實的矸石為支撐體系的巖層結構，一般巖層自身可形成不發(fā)生臺階錯動的平衡巖層結構。裂隙帶的下位巖層形成以“煤壁一支架一矸石”為支撐體系的巖層結構，這種巖層結構在支架參與下，可獲得平衡。采場上覆巖層中具有一定厚度且強度較高的巖層是控制采場上覆巖層移動的關健。在回采過程中，能夠形成不發(fā)生臺階錯動的平衡巖層結構的巖層稱為平衡巖層，設從下煤層頂板至平衡巖層頂板的高度叫圍巖平衡高度，則其上行開采的基本準則是：當上覆巖層中有堅硬巖層時，上煤琿春礦業(yè)（集團）有限責任公司生產(chǎn)技術部編制12八連城煤礦31801工作面上行開采可行性論證報告（共16頁）12層位于距下煤層最近的平衡巖層之上；當采場上覆巖層均為軟巖時，上煤層應位于裂隙帶內，上煤層的開采應在下煤層開采引起的巖層穩(wěn)定之后進行。上行開采必要的圍巖平衡高度H為：式中：M一下煤采高，m；K—巖石碎脹系數(shù)；h—平衡巖層本身高度，m。層間巖層主要是以粗砂巖、細砂巖為主通過前述的柱狀圖可知因此將10.20m的粉砂巖整體看做關鍵層，則圍巖平衡高度為：18.45m。考慮巖層為軟弱巖層，碎漲系數(shù)取1.4，18號煤層分布在平衡巖層之外，上行開采可行。但是在上行開采時需要注意底板的穩(wěn)定性，并根據(jù)情況采取必要的防犯措施。層間巖層主要是以粗砂巖、細砂巖為主4、上行開采的數(shù)理統(tǒng)計分析方法上部煤層受到下部煤層采動影響時，上行開采所必需的層間距的經(jīng)驗公式為：H>1.14M2+4.14+M9JL 乙式中叫一下煤層的采高，m；M2—上煤層的高度，m。計算可得上行開采的合理層間距為18.15m，據(jù)此可知18號層適合上行開采。表5.3匯總表序號判別方法最小層間距（m）可行性1三帶法冒落帶：11.76裂隙帶：42.76位于冒落帶之上，裂隙帶之內，上行可采取相應措施?，q春礦業(yè)（集團）有限責任公司生產(chǎn)技術部編制八連城煤礦31801工作面上行開采可行性論證報告（共16頁） 132比值法7.27可行3圍巖平衡法18.45可行4數(shù)理統(tǒng)計法18.15可行事實上，這些判別方法均是在經(jīng)驗的基礎上以層間距、下層煤采高以及下層煤開采后形成的垮落、裂隙帶情況作為分析能否采用上行開采的主要因素。而三帶高度的計算差異較大，面對復雜多變的煤系巖層與技術難題，仍需采取相關的控制措施來進行控制，因此上行開采可行性判斷經(jīng)驗的成分不宜偏重，掘進和回采過程中需要繼續(xù)加強礦壓觀測，采取更為有效的支護手段，防范各類頂板事故的發(fā)生。六、采空區(qū)上行開采可行性論證1、采空區(qū)影響的時間效益分析下部煤層采出后，覆巖垮落、移動變形至移動穩(wěn)定，存在一定時空的發(fā)展過程。若覆巖為軟弱巖層，裂帶發(fā)展到最高而后穩(wěn)定的時間一般4-6個月。總之，上下煤層的開采應間隔足夠的時間，否則，即使有足夠層間距，開采上部煤層也會遇到困難。如果沒有實測的采場上覆巖層的活動時間，可參照下述方法估算。當上、下煤層之間為堅硬巖層時，上、下層煤開采的間隔時間可按下式確定：t=0.10K+3（月） （6.1）當上、下煤層之間為中硬巖層時，上、下煤層開采的間隔時間可按下式確定:琿春礦業(yè)（集團）有限責任公司生產(chǎn)技術部編制14八連城煤礦31801工作面上行開采可行性論證報告（共16頁）14t=0.08K+3（月） （6.2）當上、下煤層之間為軟弱巖層時，上、下煤層開采的間隔時間可按下式確定：t=0.06K+3（月） （6.3）式中：K一采動影響倍數(shù)上行開采涉及的31912工作面里端部分開采時間為2016年8月?2017年5月，距今已有7個月的時間，如目前開來31801工作面,滿足上、下煤層開來的相應間隔時間要求。2、上行開采采空區(qū)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律根據(jù)國內礦井對采空區(qū)及軟巖開采實踐研究，采用長壁垮落采煤法的工作面，隨著工作面不斷推進，采空區(qū)面積也不斷擴大，采場上覆巖層到一定距離時，巖層移動波及到某一高度的覆巖，使覆巖產(chǎn)生一種在空間上和時間上有規(guī)律的移動和變形，當工作面采完，覆巖移動穩(wěn)定之后，在空區(qū)上方形成一個沉陷區(qū)，根據(jù)移動盆地理論，上行開采的煤層處于支承壓力峰值區(qū)與下沉過渡區(qū)內，在開采邊界內由于煤柱的支撐作用，會導致懸臂梁和空洞結構，在施工中需要采取措施進行防范；上部煤層處于工作面的垮落帶之上、裂帶之內，除上部煤層開采區(qū)域均會出現(xiàn)微小裂縫，其整體雖道到一定程度的破壞，但會保持較好的連續(xù)性，不會出現(xiàn)特別明顯的臺階下沉或臺階錯動現(xiàn)象產(chǎn)生；上部煤層在施工中，礦壓顯現(xiàn)受殘余支承壓力影響依然劇烈，且有局部高應力存在，但沒有明顯的結構性破壞，故認為在做好相關安全保障措施的基礎上，上部煤層具有上行開采的可行性。琿春礦業(yè)（集團）有限責任公司生產(chǎn)技術部編制15八連城煤礦31801工作面上行開采可行性論證報告（共16頁）15七、18號煤層開采的相關控制措施根據(jù)國內煤礦開展的上行開采實踐可知，上部煤層及固巖若處于下部煤層開采后的采動裂隙帶范圍內，可以進行上行開采，但需要采取一定的安全技術措施。已有的上行開采實踐表明，工作面上行開采期間可能發(fā)生的主要問題如下：1、受下部煤層采動影響，上部煤層頂?shù)装逋暾钥赡芷茐摹４怪庇趯永淼墓?jié)理裂隙比較發(fā)育，層面之間離層膠結強度降低，頂板裸露后一旦出現(xiàn)局部掉碴且處理不及時，容易發(fā)生局部冒頂和大面積冒頂?shù)痊F(xiàn)象。2、隨上行開采工作面不斷推進，回采工作面及順槽部分地段可能出現(xiàn)底板裂隙，進入工作面超前支承壓力影響區(qū)時，圍巖變形可能急劇增大，巷道斷面有可能無法滿足施工需要。3、上部煤層松軟是由于下部煤層的開采，使上部煤層變得比原來要松軟。4、上行開采工作面順槽若內錯于下部煤層開采邊界，處于下