西翼K24、K25煤层“三下”开采技术研究

西翼K24、K25煤层“三下”开采技术研究

顾林 ,李元年

四川川煤华荣能源有限责任公司铁山南煤矿  四川达州  635763

摘要：本课题研究区域为铁山南煤矿西翼401采区，对应地表建(构)筑物密集、形式多样且部分建(构)筑物及工业设施对地表变形反应敏感，针对401采区的具体情况，以保护地面建（构）筑物为重点，减少采动对地表建构筑物的破坏，同时又最大限度的提高了煤炭采出率，从而达到“三下”压煤开采实现安全、经济、高效、资源回收率高且环境损害最小的目标。

关键词:复杂地形   “三下”  资源回收 

1、地质条件

1.1 煤层

项目区位于铁山南煤矿401采区，区内出露地层由老至新依次为三叠系上统须家河组(T3xj)、侏罗系下统珍珠冲组(Jlzh)、侏罗系中下统自流井组(J1-2z)、侏罗系中统新田沟组(J2x)。含煤地层为三叠系须家河组（T3xj），其中401采区可采煤层5层，分别为26、25、24、21和16煤层，其中26、25和24煤层为经济煤层，煤层走向213°～243°，倾向303°～333°，各煤层详细情况如下：

（1）K26 煤层：复合煤层，结构较复杂，一般含矸 2～3 层，矸石厚 0.07～0.52 m，煤厚 1.89～2.58 m，平均为 2m 左右。直接顶板为砂质泥岩，局部有冲刷，冲刷顶板为铝土泥岩，砂、泥岩混合物，底板为砂质泥岩，夹矸为泥岩。

（2）K25 煤层：大部为单一煤层，其北端含夹矸一层，矸石为泥岩， 厚度 0.45～0.61m。煤厚 0.70～1.08m，平均 0.80m。顶板为砂质泥岩，底板为砂质泥岩至粉砂岩，上距K26 煤层 1.5～2.0m。

（3）K24 煤层：单一煤层，煤层结构简单，煤厚 0.59～0.82m，平均 0.70m 左右。顶板为砂质泥岩，粉砂岩，底板为泥岩，砂质泥岩， 上距K25 煤层 2.0m。

1.2 已开采情况

铁山南煤矿在该区域F8 断层上盘开采过K26、K25 和K24 煤层， 其中K26 煤层开采标高为+150～+350m， K25 煤层开采标高为+180～+300m，K24 煤层开采标高为+150～+350m。

铁山南煤矿在F8 断层下盘开采了K24、K26 煤层的部分工作面， 具体为K26 煤层 4012 工作面、4013 工作面、4014 工作面、-4211 工作面、-4212 工作面、-4214 工作面、-4215 工作面、-4216 工作面，开采标高为+100～-200m；K24 煤层 4012 工作面，开采标高为+50～+110m，开采方法为综合机械化采煤， 全部陷落法管理顶板。

2、开采方案制定

2.1 开采方案制定原则

根据要求，参照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》（以下简称“三下”采煤规范）以及 401 采区的实际情况，本次方案制定原则如下：

（1）以保护地面建（构）筑物为重点，保护原则为“不影响地面建（构）筑物正常安全使用”，要求地面建（构）筑物的损坏等级在Ⅰ或Ⅱ级以内（“三下”采煤规范中表 3 砖混结构建筑物损坏等级，Ⅰ级损坏变形值：水平变形ε=2.0mm/m、曲率变形K=0.2×10-3/m， 倾斜变形 i=3.0mm/m；Ⅱ级损坏变形值：水平变形ε=4.0mm/m、曲率变形 K=0.4×10-3/m，倾斜变形 i=6.0mm/m），以保证建（构）筑物通过维修加固后可正常、安全使用以及设备正常运行；

（2）主要敏感建（构）筑物（如电冶厂、抽风机房、35 千伏配电室、静电除尘厂房、冷却塔、洗煤重介厂房、烟囱等）不超过Ⅰ级轻微损坏；

2.2 开采方案制定

根据以上制定的原则，结合采区的地质采矿条件，并参考《铁山南煤矿西翼“三下”开采可行性研究报告》，对-4213 工作面（K24煤层、K25 煤层）不进行开采，相当于留设一条煤柱，支撑上覆岩层的荷载，能有效降低地表移动变形。由于-4215 工作面（K24 煤层、K25 煤层）距离下山方向建（构）筑物平面距离较近，对-4215 工作面（K24 煤层、K25 煤层）要限制开采，具体制定了如下五种开采方案：

方案一：开采K25 煤层 4011、4013、-4211 工作面

只开采K25 煤层 4011、4013、-4211 工作面，开采标高为+100～-65m；K24 煤层工作面不进行开采。

方案二：开采 K25 煤层 4011、4013、-4211 工作面和 K24 煤层4011 工作面

方案开采K25 煤层 4011、4013、-4211 工作面，开采标高为+100～-65m；开采 K24 煤层 4011 工作面，开采标高为+100～+50m。

3、地表移动变形预计

3.1 预计方法选择

地下矿体开采后，地表按一定规律形成沉陷盆地，在沉陷盆地范围内的不同位置将产生大小不同的沉陷变形。对于倾斜煤层地表移动变形研究，国内外开展了大量工作，我国经过 40 多年的系统研究和实践，已基本掌握了地表的移动变形规律。目前，概率积分法是我国在山区和平原地区被广泛推广应用的地表移动变形计算方法，并取得了相应的概率积分法实测预计参数，为山区和平原区开采沉陷预计奠定了基础，因此本次在进行倾斜煤层开采地表移动变形计算时采用概率积分法。

3.2 预计参数的选取

2017 年铁山南煤矿曾委托相关单位在铁山南煤矿西翼开展“三下”开采技术研究，设立岩移观测站，总结该区域的地表移动变形参数。根据“三下”采煤规范，结合铁山南煤矿西翼的地表移动变形参数及其它条件相似矿山岩移参数研究成果，综合确定了本次煤层开采预计所采用的参数：

下沉系数： q＝0.69

水平移动系数：b＝0.35

主要影响角正切：tgβ上=1.6，tgβ下＝1.3 开采影响传播系数：k＝0.40

拐点偏移距：S=0.08H。

4、开采可行性分析及最终方案确定

4.1方案一开采损害分析

项目区工作面对应地表建（构）筑物的破坏标准参照“三下”采煤规范中表 3（砖混结构建筑物损坏等级）的规定执行；根据预计结果，按方案一开采结束后，401 采区北部（规划开采区域）地表最大下沉 655mm，地表有建（构）筑物 155 栋（幢）以及襄渝铁路受采动影响，包括受Ⅰ级轻微损坏 152 栋（幢），占 98.1%，Ⅱ级轻度损坏 3 栋（幢），占 1.9%；其中，Ⅰ级损坏区主要集中在开采工作面的下山方向，包含民房 60 栋（幢），家属区住宅楼 7 栋（幢）、电冶厂、生产办公大楼、办公楼、白腊坪索塔等建筑物；Ⅱ级轻度损坏主要包括柏林索塔 6-8；另外，襄渝铁路受采动影响长度约 925m，损坏等级为Ⅰ级。

4.2 方案二开采损害分析

根据预计结果，按方案二开采结束后，401 采区北部（规划开采区域）地表最大下沉 765mm，地表有建（构）筑物 155 栋（幢）以及襄渝铁路受采动影响，包括受Ⅰ级轻微损坏 151 栋（幢），占 97.4%， Ⅱ级轻度损坏 4 栋（幢），占 3.6%；其中，地表Ⅱ级轻度损坏建（构） 筑物有柏林索塔 6-8、炸药房，其它建（构）筑物均为Ⅰ级轻微损坏； 襄渝铁路受影响长度约 924m，损坏等级为Ⅰ级。

5、主要结论与建议

5.1 结论

（1）根据采区地质采矿条件和建筑物结构特点，提出 5 种开采方案，综合考虑开采地表移动变形、地表建（构）筑物保护等因素， 推荐方案三（开采 K25 煤层 4011、4013、-4211 和 K24 煤层 4011、4013 工作面）作为最终方案，K25 煤层开采工作面标高为+100～-65m； K24 煤层开采工作面标高为+100～±0m。

（2）按推荐方案三开采结束后，地表受采动影响建（构）筑物155 栋（幢），参照“三下”采煤规范，其中，Ⅰ级轻微损坏 152 栋（幢），占 98.1%，Ⅱ级轻度损坏 3 栋（幢），占 1.9%。

参考文献：

[1]建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范[Z].2017-05-17.

[1]建筑地基基础设计规范[Z].2011-07-26.

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