不同采煤工艺在极近距煤层中的联合应用

卞志强

(山西焦煤西山煤电集团有限责任公司官地煤矿，山西 太原 030053)

引 言

煤炭作为我国国民经济增长的核心动力，其产率是保证其用量的关键。近年来，随着综采工作面设备自动化水平的不断提升，影响工作面采煤效率的关键因素为不同采煤工艺在不同煤层中的应用。对于极近距煤层而言，鉴于其独特的性质，当其上部煤层开采完成继续开采其下部煤层时容易在下部形成集中压力，导致开采过程中出现顶板垮落的事故。因此，针对极近距煤层的开采需特别关注出现冒顶、漏风的事故[1]。故，针对极近距煤层需对采煤工艺的要求极高。目前，针对极近距煤层采用相同采煤工艺时，可准确得出开采错距的具体值，而对于极近距煤层采用不同采煤工艺时，尚缺乏可靠的依据确定开采错距。本文将着重探讨极近距煤层采用不同采煤工艺时开采错距参数的确定依据。

1 工程概况

极近距煤层指的是，煤层与群层之间的距离非常小，在开采过程中受上下煤层影响较大的煤层。在开采过程中，煤层的围岩应力会重新分布导致对相邻煤层的顶板或者底板塑形造成影响[2]。经研究可知，煤层间距越小，相邻煤层开采的相互影响程度越严重。在对极近距煤层进行判定时，可依据式(1)进行判定。

(1)

式中，γ为煤层上方岩层的平均容重，kN/m3；H煤层的平均埋藏厚度，m；L为煤层所处工作面的长度，m；Rrmc为煤层上方岩层的单轴抗压强度，MPa。

本文所研究的工作面9#、10#煤层的γ=25 kN/m3、H=210 m、L=150 m、Rrmc=55.2 MPa～55.63 MPa。将上述参数带入式(1)中，得该煤层的最大间距范围为4.18 m～5.92 m<6 m。因此，可以定义本文所研究煤层为极近距煤层。

9#煤层和10#煤层的相对位置关系如图1所示。

图1 煤层分布示意图

如图1所示，9#煤层归属于0908工作面，10#煤层归属于1008工作面。其中，9#煤层的平均厚度为1 m，其底板类型为砂质泥岩，平均厚度为2.3 m。10#煤层的平均厚度为3.5 m，其顶板为9#煤层的底板。

2 错距不合理的影响

鉴于9#煤层和10#煤层煤层厚度相差较大，且顶底板情况不同，所以9#和10#煤层采用不同的采煤工艺。错距作为不同煤层开采时的关键参数，该参数的合理性直接决定两个工作面的开采效率和安全性[3]。

在实际开采过程中，随着9#煤层开采任务的不断推进，其顶板会在开采结束后不断下沉。由于9#煤层的厚度仅为1 m，导致9#煤层顶板下沉1 m后就与10#煤层的顶板相接触。此时，9#煤层砂质泥岩的顶板与10#煤层顶板相接触，在砂质泥岩的作用下导致10#煤层的顶板膨胀系数为1.2。而10#煤层顶板此时的顶板厚度为1.2 m×2.3 m=2.76 m。随着10#煤层开采的不断推进，9#煤层顶板的下沉量为：(1+3.5) m-2.76 m=1.74 m，从而导致9#煤层工作面出现周期性断裂。根据现场所测得数据可得，当步距为16 m～18 m时9#煤层工作面会出现周期性垮落现象；10#煤层出现超前影响剧烈区为25 m～27 m。

当错距为15 m时，当对9#和10#煤层工作面同时进行回采时，9#煤层的周期性断裂和10#煤层的支撑导致其各自工作面的液压支架的压力和煤壁压力不断增大，最终导致9#工作面液压支架被压爆、10#工作面出现煤壁片帮的事故[4]。

3 不同采煤工艺下错距的确定

3.1 错距确定原则

极近距煤层采用不同采煤工艺时错距的确定需遵循如下原则：

1) 基于合理错距的确定尽可能地规避9#煤层(上层)顶板围岩活动的区域和10#煤层(下层)超前支撑压力峰值相重叠的区域。

2) 针对9#煤层工作面不断推进出现顶板缓慢下沉的现象，需适当增大9#煤层采空区触感段的距离，从而有效缓解9#煤层顶板的下沉情况，进而减小9#煤层液压支架的的压力。

3) 针对9#煤层和10#煤层的间距仅为2.3 m，其间距小于10#煤层厚度的情况，而9#煤层采用综采的开采方式，而10#煤层采用高档普采的开采方式。在此情况下，错距值应尽可能大，即，大错距的安全性高于小错距的安全性。

4) 错距的数值不能为上层出现周期性垮落步距的整数倍，应尽可能避开下层工作面出现超前影响剧烈区域[5]。

3.2 最小错距的计算

极近距煤层采用不同采煤工艺最小错距的计算公式如式(2)所示。

X=b+L+Hcotδ

(2)

式中，X为最小错距，m；b为两煤层的最大控顶距，取b=3 m；L为综合9#煤层顶板岩石垮落、推经速度不均衡情况下的安全距离，一般L的取值范围为20 m～25 m，鉴于本文9#煤层与10#煤层之间的间距小于10#煤层的厚度，L应取最大值25 m；δ为上下煤层顶底板围岩的移动角，一般的，对于坚硬岩石而言，δ=65°；对于软岩石而言，取δ=50°。本文9#煤层和10#煤层顶底板的岩石均为软岩石，取δ=50°。

将上述各值代入式(2)中，得不同采煤工艺下9#煤层和10#煤层的最小错距为30.3 m。

3.3 效果验证

经3.2计算，适用于9#煤层和10#煤层不同采煤工艺时的最小错距为30 m。因此，将错距为30 m应用于极近距煤层的开采中。对9#煤层和10#煤层的矿压进行监测可知，9#煤层工作面的液压支架未出现压爆的事故；10#煤层工作面未出现煤壁片帮的现象。

4 结论

极近距煤层的开采一直困扰着综采工作面煤层的开采，在开采中错距参数的不合理常导致煤层工作面出现液压支架压爆、煤壁片帮的现象。尤其是针对极近距煤层采用不同采煤工艺时准确确定合理的错距更加重要。针对我矿9#煤层和10#煤层采用不同采煤工艺开采时，为确保生产的安全性最小错距应确定为30 m。此外，在实际开采时还需注意以下几点：

1) 9#煤层工作面应加强对采空区的支护；

2) 10#煤层工作面应利用好液压支架的护帮板和端头支架的作用，从而达到防止液压支架前出现漏顶现象并对顶板压力进行很好的控制。