复采上覆残煤技术在晓南煤矿应用与研究

靳 瑞 李 鑫 赵书远

(辽宁省铁煤集团晓南矿 辽宁 铁岭 112700)

1 残煤复采可行性分析

1.1 复采工作面概况

铁煤集团晓南矿位于铁法煤田的东南角。2004年核定能力为214万t/a，目前矿井实际可生产210万t/a。矿井划分两个水平，上水平目前只剩西二和西三两个采区生产，二水平正在开拓之中，划分两个采区，即南翼采区和北翼采区。开采程序为下行开采，采区推进方式为前进式，工作面为后退式回采。采煤方法采用缓倾斜走向长壁和缓倾斜倾斜长壁两种方法，顶板管理为自然冒落，综采机械化采煤。

W3-422工作面位于西三采区二期中部，东为0.80m可采边界；南为东一采区；西以F23-1断层为界与西三一期相邻；北为阶段保护煤柱。上部为2#煤，不可采，与2#煤层间距32～38m之间。倾角4°-8°。工作面所开采的煤层为上含煤段的4-2#煤，煤层厚度1.3m-1.75m，平均厚度1.50m，煤层结构较复杂，含夹石2-3层，岩性为泥岩或砂质泥岩，平均0.30m，煤层呈条带状结构，暗亮型长焰煤，煤质相对较好，煤炭自燃发火期1-3个月。工作面下覆的7#煤层已开采，已开采工作面为W3-719工作面，采面长200m，走向长830m，煤厚2.1m。7#煤层与4#煤层间距平均37m，煤层倾角4-8°，顶板以砂岩、粉砂岩为主。

1.2 残煤复采可行性分析

下覆煤层开采后，上覆煤层的完整性和连续性是否遭到破坏，是衡量采空区残煤复采可行性的重要指标。分析开采可能性的方法有比值判别法、围岩平衡法等。

1.2.1 比值判别法分析

应用比值判定法判定下覆7#煤层对4#煤层的影响程度，用比值K判别，即

其中：H——上下煤层之间的垂距，37m；

M——下煤层平均采高，取2.1m。

计算得K=17.6＞7.5，上行开采的生产实践和研究证明，当比值＞7.5时，先采下覆煤层一般不会影响上覆煤层，煤层内进行正常的准备和回采。

1.2.2 围岩平衡法分析

上覆煤层开采时必要的层间距估算公式为：

式中M——下覆煤层平均采高，2.1m；

K1——岩石碎胀系数，K1=1.6-1.8；

h——平衡岩层本身厚度，根据顶板赋存情况，估算取10m；

得，上覆煤层开采时必要的层间距应大于12.6-13.5m，4#煤层与7#煤层的实际层间距为37m，满足开采时必要的层间距要求。

1.2.3 开采时间间隔分析

下覆W3-719工作面于2002年9月回采结束，至今已有9年时间，根据地表岩移观测站数据显示，近半年的地表下沉量为22mm，属于岩移稳定阶段，说明上覆煤层的顶底板已属压实状态，故可以进行采掘活动。

根据以上情况综合分析，W3-422工作面综合机械化开采是可行的。

2 巷道掘进施工探查情况

2.1 掘进施工探查

受下覆W3-719工作面采动影响，4#煤层岩层完整性已遭到破坏，顶板出现裂隙、离层，但经9年时间的采后充实应该形成再生底板。

W3-422工作面巷道探查施工于2010年5月10日开始施工，施工中特别加强顶、底板管理。采用综掘，全断面一次成巷。在日常掘进过程中加强施工质量管理。巷道中间每隔10m用Φ200mm圆木打一信号顶子，以便随时观察顶板压力变化情况，及时采取补强措施。底板每隔10-15m向下覆7#采空区打探眼，以确定4#煤层与7#煤层采空区之间厚度及底板是否压实及瓦斯赋存情况，采取措施，充实采空区，防止瓦斯渗出，顶板压力明显地段或顶板破碎段及时采取架设金属棚的联合支护方式。通过采取多种加强支护形式，W3-422综采工作面安全掘进贯通。经观测，顶板离层值最大没超过20mm，两帮表面位移量不超过40mm，保持了围岩的稳定性，具备综合机械化采煤的条件。

2.2 煤层顶、底板完整程度及连续性判定

通过W3-422工作面运、回顺的掘进施工实践可以看出，4#煤层层理、煤岩层结构均没有发生大的错动现象，处于稳定下沉状态，而与下覆煤柱区过渡的相交点也只是煤层起伏发生变化，而煤层的连续性基本上没有遭到破坏。

3 生产实践

3.1 “一通三防”安全管理

采空区上覆残煤复采主要优点就是可以有效地释放上覆煤层的瓦斯和泄出上覆煤体内的水。采面掘进、开采期间加强瓦斯管理，对下覆W3-719采空区进行打钻，一是，探明下层的充实情况，如果钻孔没有返水现象，说明下层已充实，而下覆充实时瓦斯赋存也较少；二是，对下层瓦斯进行抽放，有效减少下覆采空区瓦斯向上层涌出。同时对W3-422工作面上覆和本层煤层进行瓦斯抽放，控制工作面瓦斯浓度，避免瓦斯超限事故发生。

3.2 顶板管理

工作面自6月14日开始回采，推进16.8米后，直接顶初次跨落，推进57米时，基本顶初次来压，周期来压步距为38米。

顶板管理措施：工作面回采期间，两巷超前支护20m范围内受采动的影响，应力比较集中；工作面位于W3719采空区上方，工作面及两巷超前支护有明显的矿压显现工作面初次来压和周期来压期间，地质部门做好来压的预测预报。工作面液压支架要达到初撑力，支护状态要良好，保证有效支护顶板。加强前后端头顶板控制，顶板破碎处及时补打单体液压支柱或背大柈棚支护。加快推进速度，减小控顶距，严禁空顶作业。在顶板破碎的地段，为了有效地防止顶板冒落，控制煤壁片帮，采取带压擦顶移架；在工作面局部片帮严重地段，采取超前移架，及时支护顶板，必要时要挑工字钢或圆木。

在掘进、回采期间全面进行跟踪观测分析，确定下覆采空区通过9年时间的充实已达到基本稳定，并形成再生顶、底板，虽存在断裂、离层、裂隙，但采取措施后没有影响上覆4#煤层的开采。

4 结语

通过实践证明，采空区上覆残煤复采的成功，对于资源萎缩矿井挖掘矿井煤炭资源，延长矿井服务年限是有益的。尤其对老矿井大部分主采层已开采，而对于有些煤层较薄、范围较小的煤层进行残复采，只要下覆开采后已充实，并且煤层的连续性没有破坏，就可以进行残覆开采。