何莊煤礦反程序開采

伊川電力集團何莊煤礦

反程序開采可行性研討

〔初稿〕伊川電力集團何莊煤礦河南理工大學(xué)2007.052023/12/291論證步驟1.反程序開采的必要性2.反程序開采的可行性3.結(jié)論2023/12/2921.反程序開采的必要性1.1平安方面的需求：二1煤層:何莊煤礦主采煤層為二迭系下統(tǒng)山西組二1煤層。位于山西組大占砂巖之下。二1煤層厚度0.6～13.2m，平均厚度4.69m，煤層傾角25o。一7煤層:在二1煤的下部，距二1煤約22m。一7煤層厚約0.6～1.0m，容重1.39t/m3，煤層傾角25o左右〔詳細更詳細的情況有待進一步了解〕。其頂板為普遍發(fā)育、厚度穩(wěn)定、標(biāo)志性強的L7石灰?guī)r。－2023/12/2931.反程序開采的必要性初步推斷，本礦二1煤具有突出危險性。目前，在對二1煤進展掘進和回采過程中，時常出現(xiàn)瓦斯超限景象，影響任務(wù)面的正常消費，實際上存在突出危險性，對任務(wù)面的人員平安構(gòu)成要挾。2023/12/2941.反程序開采的必要性1.2放頂煤采煤法的需求：<煤礦平安規(guī)程>第68條規(guī)定：采用放頂煤采煤法時，任務(wù)面必需符合無煤〔巖〕與瓦斯〔CO2〕突出危險性。<煤礦平安規(guī)程>第183條規(guī)定：突出煤層中的突出危險區(qū)、突出要挾區(qū)，嚴禁采用放頂煤采煤法、水力采煤法、非正規(guī)采煤法采煤。2023/12/2951.反程序開采的必要性本礦二1煤層賦存極不穩(wěn)定，煤層厚度變化大，要到達礦井設(shè)計消費才干，必需采取放頂煤采煤法。因此，處理任務(wù)面的瓦斯超限與突出問題，是保證本礦平安高效消費的前提和必要條件。2023/12/296矛盾！保證消費才干需求放頂煤開采瓦斯突出危險任務(wù)面嚴禁放頂煤開采矛盾！因此，處理任務(wù)面的瓦斯超限與突出問題，是保證本礦平安高效消費的前提和必要條件。2023/12/297怎樣辦？－瓦斯抽放！2023/12/2981.反程序開采的必要性1.3瓦斯抽放的需求：<防治煤與瓦斯突出細那么>第45條規(guī)定：在突出礦井開采煤層群時，必需首先開采維護層。開采維護層后，在被維護層中遭到維護的地域按無突出煤層進展采掘任務(wù)；在未遭到維護的地域，必需采取防治突出措施。2023/12/2991.反程序開采的必要性<礦井瓦斯抽放管理規(guī)范>第19條規(guī)定，對未卸壓的原始煤層，瓦斯抽放的難易程度劃分為三類〔見表〕。根據(jù)實測資料，本礦二1煤層透氣系數(shù)為0.041m2/MPa2.d，遠遠低于較難抽放規(guī)范的下限0.1m2/MPa2.d，屬于極難抽放煤層。因此，為了添加煤層的透氣系數(shù)，有必要開采維護層。2023/12/2910本煤層預(yù)抽瓦斯難易程度分類表抽放難易程度鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)α（d-1）百米鉆孔瓦斯極限抽量Qj(m3)煤層透氣系數(shù)λ（m2/MPa2·d）容易抽放<0.003>14400>10可以抽放0.003～0.0514400～288010～0.1較難抽放>0.05<2880<0.12023/12/29112.反程序開采的可行性為理處理本礦二1煤層的煤和瓦斯突出問題，降低掘進和回采任務(wù)面的瓦斯?jié)舛?，防止煤和瓦斯的突出，?yīng)首先思索開采維護層。二1煤層無適宜的上維護層，因此，思索下維護層的開采。距二1煤層下22m左右有一7煤層，但是一7煤的開采能否會對二1煤的開采產(chǎn)生破壞性影響呢？2023/12/29122.反程序開采的可行性<防治煤與瓦斯突出細那么>第46條規(guī)定：選擇維護層必需遵守以下規(guī)定：1、首先選擇無突出危險的煤層作為維護層；2、〔略〕3、選擇維護層時，應(yīng)優(yōu)先選擇上維護層，條件不允許時，也可選擇下維護層，但在開采下維護層時，不得破壞被維護層的開采條件。2023/12/29132.反程序開采的可行性反程序開采可行性論證方法：2.1比值判別法2.2圍巖平衡法分析2.3數(shù)理統(tǒng)計分析法2.4“三帶〞判別法2.5RFPA數(shù)值模擬法2023/12/29142.反程序開采法的可行性2.1比值判別法運用比值判別法來斷定一7煤開采對二1煤的影響程度，是反程序開采研討的一個重要目的。下部開采一7煤層時，用比值K判別，即：式中H——上下煤層之間的垂距，22m;M——下煤層平均采高，0.8m；計算得K=27.5>7.5m。

2023/12/29152.反程序開采法的可行性我國反程序開采的消費實際及研討證明，當(dāng)比值K>7.5時，先采下部煤層普通不會影響二1煤層內(nèi)進展正常預(yù)備和回采。2023/12/29162.反程序開采法的可行性2.2圍巖平衡法分析下部一7煤層的開采將破壞上覆巖(煤)層的原始應(yīng)力，必然引起上覆巖(煤)層的橫縱向變形或破壞。橫向的離層變形產(chǎn)生的裂隙，會隨著時間的延伸，采動裂隙重新閉合壓實；縱向的剪切變形將表現(xiàn)為煤層或巖層臺階錯動，破壞煤巖層的整體性。縱向變形是影響反程序開采的關(guān)鍵要素，控制巖層臺階錯動，實踐上就是采場圍巖力學(xué)平衡問題。2023/12/29172.反程序開采法的可行性在回采過程中可以構(gòu)成不發(fā)生臺階錯動的平衡巖層構(gòu)造的巖層稱為平衡巖層。從下煤層頂板到平衡巖層頂板的高度稱為圍巖平衡高度。反程序開采的根本準那么就是：當(dāng)采場上覆巖層中有硬巖層時，上煤層應(yīng)位于距下煤層最近的平衡巖層之上。2023/12/29182.反程序開采法的可行性反程序開采時必要的層間距估算公式為：式中M——下煤層開采厚度，0.6-1.0m；K1——巖石碎脹系數(shù)，K1＝1.10～2.0；h——平衡巖層本身厚度，根據(jù)一7煤層頂板賦存情況，估算取10m。根據(jù)實踐情況代入運算得：H=10.8～18m

2023/12/2919開采下維護層的最小層間距<防治煤與瓦斯突出細那么>第47條規(guī)定：開采下維護層時，上部被維護層不被破壞的最小層間距可參用式(A.3)或式(A.4)確定：當(dāng)a<60時，H=kMcosa(A.3)當(dāng)a>=60時，H=kMsin(a/2)(A.4)式中：H－允許采用的最小層間距，m；M－維護層的開采厚度，0.6-1.0m；a－煤層傾角，25度；k－頂板管理系數(shù)。冒落法管理頂板時，采用10，充填法管理頂板時，采用6。本礦H＝5.4－9.0m，即層間距大于9m時即滿足要求。2023/12/29202.反程序開采法的可行性一7煤層與二1煤層之間的實踐層間距為22m左右。闡明該區(qū)域?qū)嵺`層間距滿足反程序開采的條件，對二1煤采場圍巖力學(xué)平衡不會產(chǎn)生破壞，可以進展反程序開采。2023/12/29212.反程序開采法的可行性2.3數(shù)理統(tǒng)計分析法由我國煤礦反程序開采的實例，得出受下部煤層采動影響時反程序開采必需的層間距H的閱歷公式為：H>1.14M2+4.14+MS式中：M——下煤層采高，0.6－1.0m；MS——上煤層厚度，4.69m。采高M=0.8m、MS=4.69m時，反程序開采必需的層間距為H＝9.56m，目前層間距為22m，滿足反程序開采條件。2023/12/29222.反程序開采法的可行性2.4“三帶〞判別法 根據(jù)煤巖破壞的特征，可將開采煤層的上覆巖層分為冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶。根據(jù)“三帶〞判別法，從實際上計算三帶的高度，分析得出各分帶在上覆巖層的情況及與上煤層的位置關(guān)系。綜合評價一7煤層的開采對二1煤層的影響情況。2023/12/29232.反程序開采法的可行性反程序開采三帶關(guān)系2023/12/29242.反程序開采法的可行性2.4.1冒落帶確實定冒落帶是由于下部煤層的開采，巖塊呈不規(guī)那么垮落，它位于上覆巖層的最低層。 影響冒落帶的要素有煤層厚度、煤層傾角、覆巖性質(zhì)、采空區(qū)尺寸、采煤方法、頂板管理方法以及地質(zhì)構(gòu)造，還與巖石的碎脹系數(shù)有關(guān)。判別冒落帶高度是一7煤開采對二1煤的延續(xù)性破壞程度的重要根據(jù)。

2023/12/29252.反程序開采法的可行性〔1〕實際計算公式：計算跨落帶最大高度公式為式中m——煤層開采厚度，0.8m;K——跨落巖石的剩余膨脹系數(shù)，1.10；α——礦層的傾角，25°；ω——頂板下移過程中頂板的下沉值，ω=ηm=0.65×0.8＝0.52η——下沉系數(shù)，0.65；計算出冒落帶最大高度為=3.09m2023/12/29262.反程序開采法的可行性(2)統(tǒng)計閱歷公式：按照覆巖類別劃分，頂板巖性為中硬，即跨落帶最大高度：公式中m——煤層厚度，0.8m；2.2——誤差；計算出冒落帶最大高度為=1.31～5.71m2023/12/29272.反程序開采法的可行性經(jīng)過實際公式和閱歷公式的計算，得出冒落帶最大高度為5.71m分析：一7煤開采產(chǎn)生的冒落帶不能延伸到二1煤層，對二1煤層正常開采不會呵斥破壞性危害。2023/12/29282.反程序開采法的可行性2.4.2裂隙帶高度確實定裂隙帶處于冒落帶之上，巖層存在許多裂隙，但仍堅持巖層的延續(xù)性。 本礦的一7煤層頂板為石灰?guī)r、砂質(zhì)泥巖，巖石硬度為中硬。裂隙帶最大值可按<煤礦工業(yè)設(shè)計規(guī)范>中規(guī)定的裂隙帶最大高度公式計算。2023/12/29292.反程序開采法的可行性覆巖巖性為中硬時，裂隙帶最大高度：公式1公式2裂隙帶最大高度分別為Hl1＝10.79～21.99m,Hl2＝27.8m,即裂隙帶最大高度為10.79～27.8m。2023/12/29302.反程序開采法的可行性裂隙帶綜合分析：㈠由于一7煤與二1層煤之間的間隔22m，開采一7煤層產(chǎn)生的裂隙帶能夠延伸到二1煤層內(nèi)，添加其透氣性和導(dǎo)水性，對二1煤層開采、釋放和抽放瓦斯產(chǎn)生積極的作用。㈡一7煤層回采后，冒落帶巖層遭到破壞，裂痕帶層理有所改動，且有放射狀的裂隙。二1煤層頂板巖層賦存即使有所改動，但原生的地質(zhì)構(gòu)造、節(jié)理都不會發(fā)生明顯變化，因此，冒落帶不會影響至二1煤的正常開采。

2023/12/29312.反程序開采法的可行性2.5RFPA數(shù)值模擬〔初步模擬〕2023/12/29322023/12/29332023/12/29342023/12/29352023/12/29362023/12/29372023/12/29383.反程序開采法的可行性論證2023/12/29393.結(jié)論〔1〕根據(jù)圍巖平衡法計算，圍巖構(gòu)成平衡的高度為10.8～18m，一7煤和二1煤之間的間隔為22m，大于其層間距。因此，二1煤處于一7煤開采構(gòu)成的圍巖平衡構(gòu)造之上?！?〕一7煤開采后頂板巖層構(gòu)成的冒落帶、裂隙帶高度分別為1.31-5.71m和10.79-27.8m。〔3〕二1煤層處在一7煤層開采的裂隙帶或彎曲下沉帶內(nèi)，一7煤的開采對二1煤的延續(xù)性不會呵斥破壞性