残采区上行开采理论研究

贺建红（高平科兴集团 前和煤业有限公司，山西 高平048400）

残采区上行开采理论研究

贺建红
（高平科兴集团 前和煤业有限公司，山西 高平048400）

目前煤层群开采理论的研究成果基本上都是建立在采用下行式开采顺序的基础上得到的，而对于蹬空条件下的开采理论研究比较缺乏。针对残采区的上行开采的影响因素、应用条件以及基本原则进行了分析研究，为残采区上行开采提供了理论指导。

上行开采；残采区；矿压显现；影响因素

1　概述

目前对于煤层群开采，不管是采用单一布置的形式还是采用联合布置的形式，大部分都是采用自上而下的下行式开采顺序进行开采的，在实际开采中采用上行式开采顺序的情况不多。目前煤层群开采理论的研究成果基本上都是建立在采用下行式开采顺序的基础上得到的，而对于蹬空条件下的开采理论研究还比较缺乏[1-2]。在对煤层间、厚煤层分层间以及煤组间的开采时，先对采高标高低的煤层、厚煤层分层或者煤组进行开采，后对采高标高高的煤层、厚煤层分层或者煤组进行开采的开采顺序，称作上行式开采顺序；采用与之相反的开采顺序，则称作下行式开采顺序。将上行式开采顺序运用到某些地质条件和开采条件比较特殊的矿井中能够达到更为良好的经济技术效果[3-5]。

图1所示为煤层间上行式开采、厚煤层分层间上行式开采和煤组间上行式开采。

图1　煤层间、厚煤层分层间以及煤组间上行式开采顺序

2　上行开采的影响因素

层间距、开采高度、开采方法、岩性及层间结构、煤层倾角等五个主要因素对上行开采具有重要影响。

2.1层间距

上行开采理论研究以及现场工程实践经验表明，具有足够大的层间距是进行上行开采的基本条件。上部煤层与下部煤层之间的层间距越大，上覆岩层的运移特征将会越平缓，对于进行上行开采就越为有利；与之相反，上部煤层与下部煤层之间的层间距越小，上覆岩层的运移特征将会越剧烈，有时甚至会发生台阶下沉。因此，下部煤层采场上覆岩层的冒落变形与台阶下沉是影响上部煤层进行上行开采的最大因素。目前上行开采研究成果与诸多国内外煤矿上行开采的工程实践经验表明，在上部煤层与下部煤层之间的层间距大于20 m的条件下，上部煤层进行开采时发生台阶错动的机率将会非常小。

2.2开采高度

工作面开采高度是影响上覆岩层变形破坏以及断裂高度的根本因素。下部煤层工作面回采所形成的采出空间随着工作面开采高度的增大而增大，采场上覆岩层动态平衡结构遭到破坏的机率就越大，导致采场上覆岩层发生变形破坏的程度越大，因此上部煤层进行上行开采的难度也会越大。

2.3开采方法

开采方法是影响采场上覆岩层破坏高度的重要因素。工作面采用分层开采时，已经发生破坏的上覆岩层的力学性质由于受到重复采动的影响而会进一步发生软化，此时上覆岩层将会发生整体弯曲对采空区进行充填，这种开采方法可以降低上覆岩层冒落带高度及裂隙带高度。

顶板管理方式对采场上覆岩层破坏高度及其所形成的空间形态有着直接影响。一般地，采场上覆岩层采用全部垮落法管理顶板都能够形成“三带”；而在采用充填法管理顶板的条件下只是引起上覆岩层的开裂性破坏，因此采用充填法管理顶板时的顶板下沉量要比采用全部垮落法管理顶板时的顶板下沉量要小。

2.4岩性及层间结构

岩石力学性质及其层间结构对上覆岩层的破坏高度有着重要的影响。当顶板岩石的强度比较高时，冒落带和裂隙带的发育比较高，此时相应地顶板下沉量就会比较小，采空区高度比较大，顶板岩石冒落过程发展比较充分，并且主要以断裂块体的形式对采空区进行充填；与之相反，当顶板岩石强度比较低时，冒落带和裂隙带的发育比较低，此时相应地顶板下沉量就会比较大，采空区高度比较小，顶板岩石冒落过程发展不充分，主要以岩层弯曲的形式对采空区进行充填。因此，当顶板中有节理裂隙比较发育的石灰岩或者岩性比较坚硬的砂岩赋存时，在顶板岩层冒落的过程中这些岩层下沉比较缓慢，能够使上覆岩层下沉比较均匀，对上行开采十分有利。

2.5煤层倾角

煤层倾角是影响采场上覆岩层变形破坏所形成空间形态的主要因素。

1）缓倾斜煤层。在缓倾斜煤层的条件下，采场上覆岩层会在发生冒落之后就地堆积，由于煤柱对于采空区边界的支撑作用，故冒落带与裂隙带的发育高度在采空区中部最大。

2）倾斜煤层。在倾斜煤层的条件下，采场上覆岩层在发生冒落之后将会随着煤层底板向下滚动。由于倾斜煤层下方的顶板岩层被上方煤层的顶板矸石所充填，因此倾斜煤层下方的顶板岩层冒落过程将不会很充分，与之相反，倾斜煤层上方的顶板岩层冒落过程因为失去冒落矸石的支承而更加充分。由此可以得出，倾斜煤层条件下所形成的冒落带和裂隙带的分布是不对称的，并且具有倾斜煤层上方的冒落带和裂隙带的高度高,而倾斜煤层上方的冒落带和裂隙带的高度低这一显著的特点。

3）急倾斜煤层。在急倾斜煤层的条件下，由于采空区冒落矸石下滑，其上覆岩层的冒落过程将会更加充分，此时冒落带与裂隙带将会向其上部边界发展。与此同时，煤层底板岩层也会发生滑脱并对采空区进行充填。

3　上行开采的应用条件

通常采用下行式开采顺序对煤层群进行开采，但是在某些特殊条件下也会采用上行式开采顺序对煤层群进行开采。根据上行开采理论以及诸多矿井生产实践经验得出，进行上行开采需要具备以下几个方面的应用条件：

1）在上部煤层的顶板与煤质都比较坚硬的“两硬”条件下，上部煤层不易采出，将上行开采应用到此条件下能够有效地削弱在对上部煤层进行开采过程中所带来的冲击地压和周期来压，此外在一定程度上也能够削弱地质构造应力对采煤工作面回采所造成的影响。

2）在上部煤层的水文地质条件比较复杂而难以布置采煤工作面的条件下，先对下部煤层进行开采能够对疏导上部煤层的水源。

3）在上部煤层为煤与瓦斯突出煤层的条件下，可以把下部煤层看作是保护层而先在下部煤层中布置采煤工作面进行开采，能够有效地降低在上部煤层开采过程中可能出现的煤与瓦斯突出危险。

4）在上部煤层为煤质比较差、厚度比较薄以及赋存不稳定的煤层时，对其进行开采将变得十分困难，在很长一段时期内矿井将不能够达不到设计生产能力，此时可以先对下部煤层进行开采，或者对上、下煤层进行搭配开采，通过上述开采方法矿井将能够较快地达到设计生产能力。

5）在对建筑物下、水体下以及铁路下的煤炭资源进行开采时，即进行三下开采时，有些情况必须先对下部煤层进行开采，之后再对上部煤层进行开采，通过采用上行开采的方法能够有效地减轻三下压煤开采对地表建筑物、水体以及铁路的影响。

6）在对开采火区或者积水区下的煤炭资源进行开采时，有些情况也必须采用上行开采的方法。

7）从经济技术指标的观点出发，在上部煤层开采比较困难、投资比较大并且下部煤层的煤质比较好的条件下，有时为了达到迅速提高矿井经济效益也会采用上行开采的方法。

8）在某些特殊的地质条件下，有些新建矿井为了达到减少矿井建设初期的掘进工程量和投资、缩短建井工期、迅速提高矿井经济效益将会采用下行开采与上行开采相结合的开采方式。

9）采用上行开采的方法对采空区上方的遗留的煤炭资源重新进行开采。

4　上行开采的基本原则

1）在有岩性比较坚硬的岩层赋存于采场上覆岩层中的条件下，上部煤层必须处在与下部煤层距离最短的平衡岩层结构的层位上方。

2）在有岩性比较软弱的岩层赋存于采场上覆岩层中的条件下，上部煤层必须处在下部煤层采场上覆岩层的裂隙带之内。

3）应当在下部煤层采场上覆岩层因开采发生运移而后恢复到稳定之后再对上部煤层进行上行开采。

4）采用上行开采顺序时还必须满足上下煤层具有足够大的层间距。

5　上行开采的技术措施

1）在上、下煤层的层间距比较小的条件下，必须在设计时布置足够大的下部煤层长壁采煤工作面，从而使上部煤层采场上覆岩层能尽最大面积地发生均匀沉降，。

2）必须将下部煤层开采完并且尽可能地不遗留任何残余煤柱，因此最好采用无煤柱护巷对下部煤层进行开采。

3）上部煤层受到下部煤层采动影响要经历拉伸、倾斜、压缩变形并最终趋于稳定这一过程，因此要缩短上部煤层采场上覆岩层发生变形过程并降低其变形程度，则必须适当地加快上部煤层回采工作面的推进速度。

4）在下部煤层采场上覆岩层因开采发生运移，恢复到稳定之后再开掘上部煤层中的巷道。

[1]申宝宏.我国煤炭开采技术发展现状及展望.[C]//中国煤炭工业可持续发展的新型工业化之路论文集.北京：煤炭工业出版社，2004.

[2]韩可琦，王玉浚.中国能源消费的发展趋势与前景展望[J].中国矿业大学学报，2004，33（1）:1-5.

[3]朱银昌，陈庆禄，张铁岗.复杂难采煤层的开采[M].北京：世界图书出版社，1998.

[4]汪理全，李中颃.煤层（群）上行开采技术[M].北京：煤炭工业出版社，1995.

[5]杜计平，汪理全.煤矿特殊开采方法[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.

（编辑：樊敏）

Ascending Mining Theory in Residual Section

HE Jianhong
（Qianhe Coal Co.,Ltd.,Gaoping Kexing Group，Gaoping 048400，China）

The theory of coal seam group mining is basically built on sequence descending mining, lacking of mining studies under the condition of floor failure.The paper analyzes the influential factors, application conditions,and principles of ascending mining,which could be a theoretical guidance for the ascending mining in residual sections.

ascending mining;residual section;strata behavior;influence factors

TD823

A

1672-5050（2016）02-0026-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.02.008

2015-11-30

贺建红（1970-），男，山西高平人，大学本科，工程师，从事煤矿技术管理工作。