上行開采法是指在一個煤系地層內(nèi),含有兩層以上并有一定間距及開采價值的煤層，在開采手段上是先采下部煤層,然后再開采上部煤層。在上行開采過程中，由于下部煤層的開采，形成大面積采空區(qū)，巖體在自然重力及開采影響下會產(chǎn)生變形破壞，致使上部煤層回采的過程中巖體裂隙發(fā)育，頂?shù)装迤扑?，管理困難，一般礦井設計極少采用。目前，國內(nèi)外關(guān)于上行式煤層開采的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律基本沒有進行過系統(tǒng)的觀測和研究。上部煤層開采的過程中，還存在著許多技術(shù)難題，仍處于實踐性和經(jīng)驗性的定性研究階段。鑒于此，本文針對東山煤礦現(xiàn)有煤層賦存狀況和開采技術(shù)條件對12號煤層51216工作面上行開采可行性進行分析，并結(jié)合現(xiàn)場實踐，得出一些有益的結(jié)論。
1工作面基本概況
東山煤礦主要開采煤層為12號、15號煤層，目前，下部煤層五采區(qū)15號煤層基本采完，為了緩和生產(chǎn)接替緊張的局面，提高礦井產(chǎn)量，對上部12號煤層51216工作面開采。12號煤層平均厚度為2.185 m，傾角6—12°，埋深150m—270m。直接頂厚3.37m，為深灰色泥質(zhì)灰?guī)r，具脘足類化石；老頂厚5.18m，為深灰色頁巖，夾鈣質(zhì)結(jié)核，節(jié)理發(fā)育；直接底厚2.41m,為淺灰色細砂巖，含較多大炭粒；老底厚度為2.39m，為灰色砂質(zhì)頁巖互層斜層理清晰。51216工作面采用長壁高檔普采，全部垮落法管理頂板。
51216工作面下方為15號煤層51521工作面，兩煤層間距離較近約27—40m。51521工作面采用長壁式分層開采，全部垮落法管理頂板，于2004年10月上、中分層已采空，共采出煤厚4m。51521工作面頂板為深灰色L1石灰?guī)r，致密堅硬，不易冒落，垂直和斜交節(jié)理較發(fā)育，裂隙充填方解石，一般厚度在2.5m，底板為灰黑色沙質(zhì)泥巖或粉、細砂巖，常有薄層泥巖偽底。51216工作面和51521工作面布置和層位關(guān)系如圖1所示。
圖1 15號煤層51521工作面與12號煤層51216工作面布置與層間位置剖面示意圖
2 51216工作面上行開采的可行性分析
12號煤層51216工作面能否實現(xiàn)上行開采取應決于①上、下煤層采高；②上、下煤層的間距；③上、下煤層之間巖性；④下煤層開采頂板垮落情況等諸多因素。根據(jù)實踐經(jīng)驗，國內(nèi)外關(guān)于上行開采一般常把采動影響倍數(shù)的大小作為能否實現(xiàn)上行開采依據(jù)。即：
式中，
—采動影響倍數(shù)；
—上下煤層之間的垂距，m；
—下煤層采高，m。
當下部開采多個煤層時，用綜合比值KZ判別，即：
式中 
，K2=
，
；
—分別為
煤層至
煤層的垂距，m；
—分別為下部各煤層的采高，m。
目前國內(nèi)外關(guān)于能否實行上行開采的實踐經(jīng)驗判別方法如下：
（1）波蘭上行開采傾斜煤層的實踐經(jīng)驗
當下部開采一個煤層時，上、下煤層開采的間隔時間為1年以上。當k＞6，可成功進行上行開采；當k＜6時，上煤層受到不同程度的嚴重破壞，不能上行開采。
（2）前蘇聯(lián)上行開采實踐經(jīng)驗
①開采緩傾斜和傾斜煤層時，采動影響倍數(shù)k≥10，上行開采成功；k＜10 上煤層受到不同程度的破壞，采取一定技術(shù)措施，可以上行開采。
②開采急傾斜煤層群，采動影響倍數(shù)k＞8，上煤層正常開采。
（3）我國煤層(群)上行開采的實踐經(jīng)驗
①當下部開采一個煤層時，采動影響倍數(shù)k＞7.5；上煤層可正常進行掘進和采煤。
②根據(jù)上、下煤層之間巖性確定為：堅硬巖層時，k=8；中硬巖層時，k＝7.5；軟弱巖層時，k＝7。先采下部一個煤層，一般可以不影響上煤層內(nèi)進行正常準備和采煤。
③上煤層位于下煤層開采的冒落帶之上的一定高度時可正常進行上行開采。
④上、下煤層的開采必須間隔足夠的時間。可以參照式T=ηK+0.25（年）估算。式中，η—上覆巖層穩(wěn)定影響系數(shù)，一般當上、下煤層之間為堅硬巖層時取0.1，為中硬巖層時取0.08，軟弱巖層時取0.06。K—采動影響倍數(shù)。
（4）數(shù)理統(tǒng)計經(jīng)驗公式
上部煤層受到下部煤層采動影響時，上行開采所必需的層間距為：
式中，
—下煤層的采高，m；
—上煤層的高度，m。
綜合以上所述，取東山煤礦15號煤層51521工作面采高為4m，取采動影響倍數(shù)k=7該工作面開采所必需的層間距為28m；根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計經(jīng)驗公式判定所必需的層間距為24.56m。通過上述分析，可以判定東山煤礦12號煤層五采區(qū)51216工作面，基本能夠滿足上述條件可以進行上行開采。
3 51526工作面開采實踐
51216工作面從2005年10月開始正式回采。工作面長為130m，工作面推進長度為590m，采用DY-150T采煤機落煤、裝煤，SGW-40T可彎曲刮板輸送機運煤， DZ-2.2T單體液壓支柱與2.2m長π型鋼梁配套成對交錯邁步支護頂板，移梁放頂，全部垮落法處理采空區(qū)。51216工作面順利回采，主要礦壓顯現(xiàn)有以下特點：
(1) 工作面初次垮落
當工作面推進至距離開切眼15m左右時首先在工作面機尾部局部垮落，然后自機尾分別向中部、機頭垮落。當工作面推進至距離開切眼23m左右時采空區(qū)頂板基本全部垮落，以后采空區(qū)頂板隨采隨冒，切頂線緊隨支架后端，冒落矸石基本能夠全部充滿采空區(qū)（如圖2）。51216工作面初次來壓步距平均為20.19m，工作面頂板最先垮落的位置是在發(fā)生在工作面上部（靠材料巷），結(jié)合圖51216工作面位置圖可以看出，12號煤層51216工作面開切眼機尾處位于下部15號煤層51521工作面采空區(qū)內(nèi)，機頭位于51521工作面采空區(qū)外。使得51216工作面回采期間工作面上部頂板首先垮落。說明15號煤層51521工作面的開采對12號煤層51216工作面回采有一定影響。
圖2 51216工作面頂板初次垮落及切頂充填情況
（2）51216工作面平均周期來壓步距為6.8m。在觀測期間，周期來壓步距大部分集中在3.3—9.0m之間。在工作面靠機尾部步距較大。這是由于該工作面距離15號煤層間距較大（靠機尾部約40m），而51216工作面靠機頭部距離15號煤層間距較小（約27-30m）。說明不同層間距離對上行開采影響程度不同。
（3）頂板狀況
通過觀測統(tǒng)計，機道上方頂板形成結(jié)構(gòu)完整，未發(fā)生大面積的漏頂現(xiàn)象，支柱穩(wěn)定性較好，能保證采煤機的正常割煤。工作面頂板下沉量不大，距離煤壁2.4m處頂?shù)装謇塾嬕平科骄鶠?14.51 mm，最大控頂距處頂?shù)装?/span>最大移近量平均約為166mm。
工作面頂板下沉速度平均約為0.0036mm/s。在無工序影響階段為0.0019mm/s—0.0022mm/s；采煤機割煤時對頂板下沉速度顯著影響范圍在采煤機前后＋5m—－15m之間，移近速度一般在0.005—0.008 mm/s之間，最高可達0.012mm/s；頂板下沉速度較大的工序為移架前到移架后。下沉速度為0.0295mm/min—0.018mm/min。
（4）工作面支架載荷
支柱初撐力小于11.46Mpa(90kN），占支柱總量的89.9%，支柱的實際初撐力偏低，工作面支架工作阻力在整個開采過程中，工作面前排支柱平均工作阻力為5.99MPa；中排支柱平均工作阻力為 7.71MPa； 后排支柱平均工作阻力為10MPa。工作面實測工作阻力如圖3所示。
圖3 51216工作面單體支柱阻力隨工作面推進變化觀測曲線圖
（5）回采巷道變形
圖4為51216工作面回采巷道在采動影響階段觀測變形曲線。觀測結(jié)果可以看出，受工作面采動影響隨工作面推近巷道頂板和兩幫移近量逐漸增大。在觀測期間回采巷道頂板絕對下沉量平均約235mm；兩幫絕對移近量平均約126mm；底鼓量平均約17mm，巷道底鼓量較小。工作面超前采動影響范圍一般在工作面前方20 m左右。
圖4 采動影響階段巷道圍巖變形曲線
4 結(jié)論及建議
（1）通過生產(chǎn)實踐表明，現(xiàn)有的開采方法、支護方式能夠?qū)崿F(xiàn)12號煤層51216工作面的上行開采，并總結(jié)出上行開采礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。但采用這種方法時,下部煤層最好采用無煤柱護巷。
（2）上煤層的開采應在下煤層開采引起的巖層移動穩(wěn)定之后開采。
（3）上行開采時，上下煤層要有必要的層間距。東山煤礦當下部15號煤層采出高為4m時，能夠?qū)崿F(xiàn)上部12號煤層的順利回采。
（4）上部煤層開采時，應加快采煤工作面推進速度。提高采面推進速度，可縮短變形過程，減少變形程度。
參考文獻:
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