小窑破坏区域上伏煤层综采技术研究及应用

一、盘区概况及地质特征

1、盘区位置及范围

本盘区位于晋华宫矿河南部，盘区范围是东南部为大井301盘区采空区，东北部为大井870大巷保护煤柱，北部为工业广场保护煤柱，南部为小煤窑破坏区矿界，西至南山303盘区巷道。东西走向长1520米—1980米，南北倾向为2050—2200米，面积4.74平方公里。

2、自然地理概况

本盘区对应地表为山地地形，大部分被黄土覆盖，冲沟内有云岗基岩出露，盘区对应地表内无河流与积水。

9#层埋藏最大深度294米；

9#层埋藏最小深度174米。

12#层埋藏最大深度380米；

12#层埋藏最小深度293米。

9#层与12#层间距平均为46.15米；

3、盘区上下层开采状况

本区对应上部为2^-1 #层、2 ^-3#层、3#层、7^-3 #层均已采空，现在南山303盘区9#层已采空,12#层正在开采。

二、地质构造

本区地质构造简单，煤岩整体走向东西，倾向南北，倾角0——10°平均为6°，盘区内发现有两条断裂构造，第一条F1正断层，走向100°,倾向190°，倾角60°—80°，落差为0.7—4米。第二条F2正断层，走向50° ，倾向32°，倾角62°—86° 。落差为0.25—0.77米。

三、煤层赋存状况

本区内9#煤层赋存状况及特征说明如下：

全区分布，可采煤层厚度为1.1—1.48米，平均1.29米，赋存稳定厚度变化不大，东部和南部较高，煤层结构简单。

煤层顶底板情况：

直接顶：深灰色细砂岩，厚度为10米，层理发育；

老顶：深灰色粉砂岩，厚度为4米，层理发育；

直接底：深灰色细砂岩，厚度为4米，层理发育。

盘区内12#层煤大部分表现为12^-1—12^-2 合并层，西北部局部分叉。西部及西北角较薄，北部较厚，底板呈东北部较低，西部和南部较高。煤层厚度为2.67—8.88米, 平均5.65米,倾角0-10°，平均6º煤层赋存稳定。

煤层顶底板情况

伪顶：炭质泥岩，厚度0.6米,中南部局部存在；

直接顶：粉砂岩，厚度2—3米，夹细砂岩和砂质页岩；

老顶：粉砂岩，厚度2米，局部砂质页岩。

（附:综合柱状图）

图1

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四、瓦斯、煤尘

本盘区为高瓦斯盘区，瓦斯绝对涌出量2.381m³/min, 瓦斯相对涌出量为6.026 m ³/min .CO₂绝对涌出量3.72m ³,相对涌出量3.723 m³。

本盘区煤尘具有爆炸性，煤尘爆炸指数为24.42—36.38%，煤层自燃发火期6——12个月。

五、水文地质

本盘区东翼水文地质条件比较简单没能含水层，向斜轴部涌水量大，以层间水形式涌出。

1、 盘区涌水量估算

Q=60K

式中：Q——涌水量

K——涌水系数，最大为2.1m³ / min, 正常为0.7m³/min

所以,盘区最大涌水量为126m³/h，正常涌水量42m³/h。

2、上层采空区积水状况

本盘区上覆2^-1 #、2^-3 #、3#、7^-3#煤层已采空，在采空区内存有大面积积水，对将来盘区生产会有很大影响，在盘区开拓和生产前要进行有效的探放水，严禁顶水开采。

六：盘区及小窑破坏情况

1、 盘区范围：

盘区位于晋华宫矿河南部，盘区范围是东南部为大井301盘区采空区，东北部为大井870大巷保护煤柱，北部为工业广场保护煤柱，南部为小煤窑破坏区矿界，西至南山303盘区巷道。东西走向长1520米—1980米，南北倾向为2050—2200米，面积4.74平方公里。

2、 小窑破坏情况：

河南402盘区12#层西南部已被小窑破坏，东西长350米，南北长600米，破坏面积为0.21平方公里,小窑破坏区域9#煤层厚度为1.4米,破坏煤量36.57万吨,图上虚线为推测破坏范围，小窑破坏区域内，大部分为不规则刀柱式或仓房式开采，破坏区域回采面刀间距最大按25米考虑，采高按3.0米考虑。

七、盘区储量

盘区储量计算采用地质块段法，其参数确定方法为

1、面积用几何法或求积仪法测算两次取平均值。

2、煤层厚度采用算术平均值。

3、容重采用原有钻孔煤样分析结果。

9#层402盘区储量表

表1 单位：万吨

层次	工业储量	可采储量	煤柱	小窑破坏
9#	858.8	658.43	163.8	36.57
合计	858.8	658.43	163.8	36.57

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八：小窑破坏区域登空开采技术研究及方案：

1、小窑破坏区域开采技术研究

为了提高有限的煤炭资源回收率，我们对河南9#、层402盘区小窑破坏区域及有关资料进行认真的分析和研究;同时对9#层402盘区西南部小窑区域能否适应综采开采进行了科学的论证;

（1）、该区域9#～12#层间距46.15米,大于4～8倍的小窑开采高度，小窑采高为3.0米,从理论上分析,小窑古塘顶板冒落高度最大为;

H_冒=H采×K=3×8=24米

式中：H_冒－小窑采空区古塘顶板冒落高度，取24米：

H_采－小窑采高，取3米：

K――顶板冒落系数：取8

（2）、按自然拱高确定小窑古塘顶板冒落高度为；

小窑破坏区域内，大部分为不规则刀柱式或仓房式开采，破坏区域回采面刀间距最大按25米考虑；小窑古塘顶板冒落高度最大为;

H_冒=L_采=25米

式中：H_冒－小窑采空区古塘顶板冒落高度，取25米：

L_采－小窑工作面最大开采垮度，按25米：

（3）、下层12#煤层小窑大部分为不规则刀柱式或仓房式开采，而该部采空区可通过钻孔进行灌浆充填，减小或消除对上部9#煤层及围岩破坏和影响。因此，对上部9#层进行开采是有一定的可行的方法和措施，具有可操作性。如图所示：

图1

图2

Ⅰ——冒落带高度：h₁=25米

Ⅱ——裂缝带高度：h₂ =2.5m M=7.5m

Ⅲ——弯曲下沉带高度：h₃ =2.5×M=2.5×3=7.5米<13.5m

（4）按铰接岩块假说分析：

12#层小窑破坏区域对上部402盘区9#层影响情况按铰接岩块假说分析，小窑破坏区域内，大部分为不规则刀柱式或仓房式开采，破坏区域回采面刀间距最大按25米考虑；小窑古塘顶板冒落高度最大为;

H_冒=L_采=25米

式中：H冒－小窑采空区古塘顶板冒落高度，取25米：

L采－小窑工作面最大开采垮度，按25米：h₁=25米；

则；9#～12#层之间的岩石变化情况如图所示；

图4

图中：

Ⅰ——小窑采空区顶板冒落带高度：h₁=25米

Ⅱ——小窑采空区顶板裂缝带高度：h₂ =2.5m M=7.5m

Ⅲ——小窑采空区顶板弯曲下沉带高度（9#层底板弯曲下沉带高度）：

h₃ =2.5×M=2.5×3=7.5米<13.5m

（5）、方案：

将河南9#、层402盘区、8220、8222、8224工作面顺槽巷，经过12#层小窑破坏区域上部9#层实体煤，延伸到距矿界20米拐边切，形成回采工作面，利用综采进行开采回收被破坏区域的煤炭资源。

在巷道掘进期间，加强巷的顶板和围岩的矿压观察和离层监察，待工作面掘出后，利用工作面的巷道进行钻探，一方面探清下部煤层小窑破坏情况，另一方面利用钻孔对下部12#层小窑破坏区域进行灌浆充填。

2、具体方法：

（1）、在巷道掘进开采期间，加强巷道和工作面的顶板和围岩的矿压观察和离层监察，及时采取有效的支护措施：对有害气体进行重点监测,特别是对小窑破坏区域的上部巷道掘进期间更应重点以观察,发现有异常 突出现象,必须采取打钻灌浆措施。

在巷道开口40米设置第一道顶板离层监察站,以后每隔100米设置一道,及时了解 顶板的离层, 巷道的围岩变化（巷帮及底板）采用宏观观察了解其变化情况。破坏区域上履巷道掘进期间，每班进行三次重点对有害气体的监测。

（2）、待工作面掘出后，利用工作面的巷道进行钻探，一方面清下部煤层小窑破坏情况，另一方面利用钻孔对下部12#层小窑破坏区域进行灌浆充填。$Page_Split$

十、具体实施情况：

巷道掘进期间，我们对巷道的顶板和围岩进行了有效的矿压观察和离层监察，其结果和有关数据显示与未受小窑破坏区域基本相同，该区域巷道顶板下沉量为10～30毫米，巷道的围岩变化（巷帮及底板）采用宏观观察未发现其有较大的变化，如炸帮和底鼓现象的发生。

，根据上述实际情况，我们未进行对工作面的巷道进行钻探和对下部12#层小窑破坏区域进行灌浆充填。对该区域煤层按常规方法进行了直接开采。

十一、取得的社会效益和经济效益：

1、为今后对小窑破坏凳空区域进行煤碳开采积累一定的实践经验；

今后再有小窑破坏凳空区域发生时，如果上下煤层间距大于小窑破坏区域采高M的8倍（小窑破坏区域的顶板冒落带高度）＋2.5倍的采高（小窑破坏区域的顶板裂缝带高度）＋2.5倍的采高（小窑采空区顶板弯曲下沉带高度）时,可进行煤炭资源的开采和回收。同时在上部煤层巷道掘进期间，加强巷的顶板和围岩的矿压观察和离层监察，待工作面掘出后，利用工作面的巷道进行钻探，一方面探清下部煤层小窑破坏情况，另一方面利用钻孔对下部煤层的小窑破坏区域进行灌浆充填。

2、该方案实施后可多回收煤炭17.65万吨。创经济效益2294万元。