甘肅新周煤業(yè)利用煤層上行開采技術(shù)分析礦井剩余可采資源量的探討

肖王軍

（蘭州煤礦設(shè)計研究院，甘肅 蘭州 730000）

煤層上行開采技術(shù)是指煤礦在煤層群開采時，由于經(jīng)濟、安全等方面的原因，在未開采上部煤層的情況下，先期開采下部煤層的煤層開采順序。該方法在煤礦開采設(shè)計中經(jīng)常用于礦井下部煤層與上部煤層間距較大，經(jīng)過論證分析，下部煤層提前開采后對上部煤層開采影響較小且對企業(yè)有較大收益的情況。

目前國內(nèi)許多礦井是由小煤礦改造而來，由于歷史的原因，小煤礦在開采的過程中為了追求效益的最大化，當(dāng)?shù)V井存在煤層群，且煤層群中下部煤層賦存穩(wěn)定，厚度大，便采用上行開采方式開采煤層群，但因部分礦井下部煤層距上部煤層距離較近，下部煤層提前開采不可避免的導(dǎo)致上部煤層局部或大部分不可開采。

1 項目概況

甘肅新周煤業(yè)有限責(zé)任公司煤礦位于甘肅華亭礦區(qū)，該礦始建于1981年10月，原設(shè)計生產(chǎn)能力為6萬t/年，1994年改擴建為30萬t/年，幾經(jīng)礦主轉(zhuǎn)手之后2007年改造為60萬t/年。井田內(nèi)從上至下依此有煤2-1、煤2-3、煤 3、煤4-2及煤5共 5層可采煤層，其中煤5層厚度最大，賦存穩(wěn)定，為井田內(nèi)主要可采煤層。由于歷史的原因，礦井改造提升產(chǎn)能之前，為實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最大化，在上覆4層可采煤層未開采的情況下先開采了部分煤5層，導(dǎo)致上部可采煤層部分區(qū)域受影響不可開采。

設(shè)計根據(jù)礦井的實際現(xiàn)狀，在礦區(qū)已有實測巖層移動角的基礎(chǔ)上，利用煤層群上行開采理論，通過計算煤5層開采后形成的冒落帶高度與煤5層距上覆各可采煤層距離差值來繪制等值線圖，初步圈定了煤5層已開采范圍造成的上覆各煤層不可采范圍，供地質(zhì)部門核實礦井資源量參考，進而估算礦井的可采資源量。該方法為其他礦區(qū)類似礦井分析礦井剩余可采儲量及估算礦井剩余服務(wù)時間提供了一定的技術(shù)經(jīng)驗。

2 冒落帶高度計算及等值線圖繪制

2.1 冒落帶高度計算

根據(jù)“三帶”判別法，全部垮落法管理頂板的采空區(qū)上覆巖層自下而上形成冒落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶。冒落（垮落）帶矸石不規(guī)則垮落，堆積充填采空區(qū)，裂隙帶和彎曲下沉帶離層形成裂隙仍排列整齊。根據(jù)煤礦開采理論，當(dāng)上、下煤層間距大于下煤層開采形成的冒落帶高度時，上煤覆層只是受到中等及以下較小的破壞或者發(fā)生了整體性移動，采取一定的安全措施后可以進行正常開采，反之上覆煤層不可開采。

新周煤礦采用放頂煤采煤方法，全部垮落法管理頂板，冒落帶高度計算公式按煤炭工業(yè)出版社出版的《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采指南》（煤炭科學(xué)研究總院與中國煤炭學(xué)會煤礦開采損害技術(shù)鑒定委員會組織編寫）中表7-1選取，即冒落帶高度等于5倍的采高加5m （HK=5M+5）。礦井實際開采高度為9m左右，經(jīng)計算，煤5層開采形成的冒落帶高度為50m。巖層移動角根按煤炭工業(yè)出版社出版的《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采指南》提供的華亭礦區(qū)楊礦2426觀測點實測的巖層傾向剖面的下山移動角取63°，傾向剖面的上山移動角取69°，走向剖面的走向移動角取74°來圈定各煤層受影響范圍。

2.2 等值線圖繪制

在煤層底板登高線圖中，利用已有的鉆孔位置，沿勘探線按一定間距采用內(nèi)插法（沿勘探線在兩個鉆孔之間插入若干計算點）計算各可采煤層每個點處煤5層開采形成的冒落帶高度及各可采煤層底板距煤5層頂板的間距，約定冒落帶頂部標(biāo)高等于上部可采煤層底板標(biāo)高時等值線數(shù)值為零，冒落帶高出（進入）可采煤層底板的數(shù)值為負(fù)數(shù)，低于可采煤層底板的數(shù)值為正數(shù)。以此方法分別計算各可采煤層各鉆孔及插入點的數(shù)據(jù)后配合華亭礦區(qū)楊礦2426觀測點實測的巖層移動角數(shù)據(jù)，分別繪制煤5層冒落帶距各可采煤層底板距離的等值線圖。繪制出的等值線圖如圖1所示：

圖1 煤5層冒落帶距煤3層底板距離的等值線圖

根據(jù)上圖，圖中負(fù)數(shù)區(qū)域表示煤5層開采后導(dǎo)致的煤3層不能開采的區(qū)域，正數(shù)區(qū)域表示煤5層開采穩(wěn)定后煤3層可開采的區(qū)域。采用上述方法后，用數(shù)據(jù)及圖的形式初步清晰分析出了新周煤業(yè)煤5層已開采區(qū)對上覆各開采煤層的影響程度，該資料可作為礦井、地質(zhì)部門及相關(guān)資源管理部門計算、核查礦井剩余可采資源量的參考資料。

3 社會效益

煤炭是不可再生資源，雖然我國煤炭儲量較大，但人均占有量遠小于其他國家，因此國家對提高煤炭的保護性和節(jié)約開采十分重視，煤炭資源的最大化回收已成為煤炭企業(yè)發(fā)展的必然方向。

該方法及經(jīng)驗，可作為我院在后續(xù)礦井設(shè)計中論證煤層群采用上行開采是否可行的方法，也可用于煤炭開采企業(yè)、地質(zhì)部門及煤炭資源管理部門初步分析、核查類似條件礦井剩余資源量實際可利用情況的參考途徑，以便最大程度回收礦井的煤炭資源，提高煤炭開采企業(yè)的經(jīng)濟效益。

4 結(jié)語

本次利用“三帶”判別法分析新周煤業(yè)改造前煤層群先采下部煤5層后對上覆各可采煤層影響情況取得了較為直觀的效果，將抽象的數(shù)據(jù)以等值線圖的形式反映出來，對分析新周煤業(yè)煤5層開采對上覆各煤層影響情況取得了一定的效果。本次利用煤層群上行開采技術(shù)分析礦井剩余可采資源量的經(jīng)驗，為我院后續(xù)設(shè)計中論證煤層群上行開采方式是否可行提供了寶貴經(jīng)驗，也為其他煤礦設(shè)計企業(yè)、地質(zhì)部門及煤炭開采企業(yè)分析類似條件礦井資源保護性開采及最大化回收提供了技術(shù)參考。