小窯破壞區域上伏煤層綜采技術研究及應用

一、盤區概況及地質特征

1、盤區位置及範圍

本盤區位於晉華宮礦河南部，盤區範圍是東南部為大井301盤區采空區，東北部為大井870大巷保護煤柱，北部為工業廣場保護煤柱，南部為小煤窯破壞區礦界，西至南山303盤區巷道。東西走向長 1520米 — 1980米 ，南北傾向為2050— 2200米 ，麵積4.74平方公裏。

2、自然地理概況

本盤區對應地表為山地地形，大部分被黃土覆蓋，衝溝內有雲崗基岩出露，盤區對應地表內無河流與積水。

9#層埋藏最大深度 294米 ；

9#層埋藏最小深度 174米 。

12#層埋藏最大深度 380米 ；

12#層埋藏最小深度 293米 。

9#層與12#層間距平均為 46.15米 ；

3、盤區上下層開采狀況

本區對應上部為2^-1#層、2^-3#層、3#層、7^-3#層均已采空，現在南山303盤區9#層已采空,12#層正在開采。

二、地質構造

本區地質構造簡單，煤岩整體走向東西，傾向南北，傾角0——10°平均為6°，盤區內發現有兩條斷裂構造，第一條F1正斷層，走向100°,傾向190°，傾角60°—80°，落差為0.7— 4米 。第二條F2正斷層，走向50° ，傾向32°，傾角62°—86° 。落差為0.25— 0.77米 。

三、煤層賦存狀況

本區內9#煤層賦存狀況及特征說明如下：

全區分布，可采煤層厚度為1.1— 1.48米 ，平均 1.29米 ，賦存穩定厚度變化不大，東部和南部較高，煤層結構簡單。

煤層頂底板情況：

直接頂：深灰色細砂岩，厚度為 10米 ，層理發育；

老頂：深灰色粉砂岩，厚度為 4米 ，層理發育；

直接底：深灰色細砂岩，厚度為 4米 ，層理發育。

盤區內12#層煤大部分表現為12^-1—12^-2合並層，西北部局部分叉。西部及西北角較薄，北部較厚，底板呈東北部較低，西部和南部較高。煤層厚度為2.67— 8.88米 , 平均 5.65米 ,傾角0-10°，平均6º煤層賦存穩定。

煤層頂底板情況

偽頂：炭質泥岩，厚度 0.6米 ,中南部局部存在；

直接頂：粉砂岩，厚度2— 3米 ，夾細砂岩和砂質頁岩；

老頂：粉砂岩，厚度 2米 ，局部砂質頁岩。

（附:綜合柱狀圖）

圖1

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四、瓦斯、煤塵

本盤區為高瓦斯盤區，瓦斯絕對湧出量 2.381m ³ /min, 瓦斯相對湧出量為 6.026 m ³/min .CO₂絕對湧出量 3.72m ³,相對湧出量 3.723 m ³ 。

本盤區煤塵具有爆炸性，煤塵爆炸指數為24.42—36.38%，煤層自燃發火期6——12個月。

五、水文地質

本盤區東翼水文地質條件比較簡單沒能含水層，向斜軸部湧水量大，以層間水形式湧出。

1、 盤區湧水量估算

Q=60K

式中：Q——湧水量

K——湧水係數，最大為 2.1m ³ / min, 正常為 0.7m ³ /min

所以,盤區最大湧水量為 126m ³ /h，正常湧水量 42m ³ /h。

2、上層采空區積水狀況

本盤區上覆2^-1#、2^-3#、3#、7^-3#煤層已采空，在采空區內存有大麵積積水，對將來盤區生產會有很大影響，在盤區開拓和生產前要進行有效的探放水，嚴禁頂水開采。

六：盤區及小窯破壞情況

1、 盤區範圍：

盤區位於晉華宮礦河南部，盤區範圍是東南部為大井301盤區采空區，東北部為大井870大巷保護煤柱，北部為工業廣場保護煤柱，南部為小煤窯破壞區礦界，西至南山303盤區巷道。東西走向長 1520米 — 1980米 ，南北傾向為2050— 2200米 ，麵積4.74平方公裏。

2、 小窯破壞情況：

河南402盤區12#層西南部已被小窯破壞，東西長 350米 ，南北長 600米 ，破壞麵積為0.21平方公裏,小窯破壞區域9#煤層厚度為 1.4米 ,破壞煤量36.57萬噸,圖上虛線為推測破壞範圍，小窯破壞區域內，大部分為不規則刀柱式或倉房式開采，破壞區域回采麵刀間距最大按 25米 考慮，采高按 3.0米 考慮。

七、盤區儲量

盤區儲量計算采用地質塊段法，其參數確定方法為

1、麵積用幾何法或求積儀法測算兩次取平均值。

2、煤層厚度采用算術平均值。

3、容重采用原有鑽孔煤樣03manbetx 結果。

9#層402盤區儲量表

表1 單位：萬噸

層次	工業儲量	可采儲量	煤柱	小窯破壞
9#	858.8	658.43	163.8	36.57
合計	858.8	658.43	163.8	36.57

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八：小窯破壞區域登空開采技術研究及方案：

1、小窯破壞區域開采技術研究

為了提高有限的煤炭資源回收率，我們對河南9#、層402盤區小窯破壞區域及有關資料進行認真的03manbetx 和研究;同時對9#層402盤區西南部小窯區域能否適應綜采開采進行了科學的論證;

（1）、該區域9#～12#層間距 46.15米 ,大於4～8倍的小窯開采高度，小窯采高為 3.0米 ,從理論上03manbetx ,小窯古塘頂板冒落高度最大為;

H_冒=H采×K=3×8= 24米

式中：H_冒－小窯采空區古塘頂板冒落高度，取 24米 ：

H_采－小窯采高，取 3米 ：

K――頂板冒落係數：取8

（2）、按自然拱高確定小窯古塘頂板冒落高度為；

小窯破壞區域內，大部分為不規則刀柱式或倉房式開采，破壞區域回采麵刀間距最大按 25米 考慮；小窯古塘頂板冒落高度最大為;

H_冒=L_采= 25米

式中：H_冒－小窯采空區古塘頂板冒落高度，取 25米 ：

L_采－小窯工作麵最大開采垮度，按 25米 ：

（3）、下層12#煤層小窯大部分為不規則刀柱式或倉房式開采，而該部采空區可通過鑽孔進行灌漿充填，減小或消除對上部9#煤層及圍岩破壞和影響。因此，對上部9#層進行開采是有一定的可行的方法和措施，具有可操作性。如圖所示：

圖1

圖2

Ⅰ——冒落帶高度：h₁= 25米

Ⅱ——裂縫帶高度：h₂= 2.5m M= 7.5m

Ⅲ——彎曲下沉帶高度：h₃=2.5×M=2.5×3= 7.5米 < 13.5m

（4）按鉸接岩塊假說03manbetx ：

12#層小窯破壞區域對上部402盤區9#層影響情況按鉸接岩塊假說分析，小窯破壞區域內，大部分為不規則刀柱式或倉房式開采，破壞區域回采麵刀間距最大按 25米 考慮；小窯古塘頂板冒落高度最大為;

H_冒=L_采= 25米

式中：H冒－小窯采空區古塘頂板冒落高度，取 25米 ：

L采－小窯工作麵最大開采垮度，按 25米 ：h₁= 25米 ；

則；9#～12#層之間的岩石變化情況如圖所示；

圖4

圖中：

Ⅰ——小窯采空區頂板冒落帶高度：h₁= 25米

Ⅱ——小窯采空區頂板裂縫帶高度：h₂= 2.5m M= 7.5m

Ⅲ——小窯采空區頂板彎曲下沉帶高度（9#層底板彎曲下沉帶高度）：

h₃=2.5×M=2.5×3= 7.5米 < 13.5m

（5）、方案：

將河南9#、層402盤區、8220、8222、8224工作麵順槽巷，經過12#層小窯破壞區域上部9#層實體煤，延伸到距礦界 20米 拐邊切，形成回采工作麵，利用綜采進行開采回收被破壞區域的煤炭資源。

在巷道掘進期間，加強巷的頂板和圍岩的礦壓觀察和離層監察，待工作麵掘出後，利用工作麵的巷道進行鑽探，一方麵探清下部煤層小窯破壞情況，另一方麵利用鑽孔對下部12#層小窯破壞區域進行灌漿充填。

2、具體方法：

（1）、在巷道掘進開采期間，加強巷道和工作麵的頂板和圍岩的礦壓觀察和離層監察，及時采取有效的支護措施：對有害氣體進行重點監測,特別是對小窯破壞區域的上部巷道掘進期間更應重點以觀察,發現有異常 突出現象,必須采取打鑽灌漿措施。

在巷道開口 40米 設置第一道頂板離層監察站,以後每隔 100米 設置一道,及時了解 頂板的離層, 巷道的圍岩變化（巷幫及底板）采用宏觀觀察了解其變化情況。破壞區域上履巷道掘進期間，每班進行三次重點對有害氣體的監測。

（2）、待工作麵掘出後，利用工作麵的巷道進行鑽探，一方麵清下部煤層小窯破壞情況，另一方麵利用鑽孔對下部12#層小窯破壞區域進行灌漿充填。$Page_Split$

十、具體實施情況：

巷道掘進期間，我們對巷道的頂板和圍岩進行了有效的礦壓觀察和離層監察，其結果和有關數據顯示與未受小窯破壞區域基本相同，該區域巷道頂板下沉量為10～30毫米，巷道的圍岩變化（巷幫及底板）采用宏觀觀察未發現其有較大的變化，如炸幫和底鼓現象的發生。

，根據上述實際情況，我們未進行對工作麵的巷道進行鑽探和對下部12#層小窯破壞區域進行灌漿充填。對該區域煤層按常規方法進行了直接開采。

十一、取得的社會效益和經濟效益：

1、為今後對小窯破壞凳空區域進行煤碳開采積累一定的實踐經驗；

今後再有小窯破壞凳空區域發生時，如果上下煤層間距大於小窯破壞區域采高M的8倍（小窯破壞區域的頂板冒落帶高度）＋2.5倍的采高（小窯破壞區域的頂板裂縫帶高度）＋2.5倍的采高（小窯采空區頂板彎曲下沉帶高度）時,可進行煤炭資源的開采和回收。同時在上部煤層巷道掘進期間，加強巷的頂板和圍岩的礦壓觀察和離層監察，待工作麵掘出後，利用工作麵的巷道進行鑽探，一方麵探清下部煤層小窯破壞情況，另一方麵利用鑽孔對下部煤層的小窯破壞區域進行灌漿充填。

2、該方案實施後可多回收煤炭17.65萬噸。創經濟效益2294萬元。