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1、2023/1/25,1,伊川电力集团何庄煤矿反程序开采可行性研究（初稿）,伊川电力集团何庄煤矿 河南理工大学2007.05,2023/1/25,2,论证步骤,1.反程序开采的必要性2.反程序开采的可行性3.结论,2023/1/25,3,1.反程序开采的必要性,1.1 安全方面的需要：二1煤层:何庄煤矿主采煤层为二迭系下统山西组二1煤层。位于山西组大占砂岩之下。二1煤层厚度0.613.2m，平均厚度4.69m，煤层倾角25。一7煤层:在二1煤的下部，距二1煤约22m。一7煤层厚约0.61.0m，容重1.39t/m3，煤层倾角25左右（具体更详细的情况有待进一步了解）。其顶板为普遍发育、厚度稳定、
2、标志性强的L7石灰岩。,2023/1/25,4,1.反程序开采的必要性,初步推断，本矿二1煤具有突出危险性。目前，在对二1煤进行掘进和回采过程中，时常出现瓦斯超限现象，影响工作面的正常生产，理论上存在突出危险性，对工作面的人员安全构成威胁。,2023/1/25,5,1.反程序开采的必要性,1.2 放顶煤采煤法的需要：煤矿安全规程第68条规定：采用放顶煤采煤法时，工作面必须符合无煤（岩）与瓦斯（CO2）突出危险性。煤矿安全规程第183条规定：突出煤层中的突出危险区、突出威胁区，严禁采用放顶煤采煤法、水力采煤法、非正规采煤法采煤。,2023/1/25,6,1.反程序开采的必要性,本矿二1煤层赋存极
3、不稳定，煤层厚度变化大，要达到矿井设计生产能力，必须采取放顶煤采煤法。因此，解决工作面的瓦斯超限与突出问题，是保证本矿安全高效生产的前提和必要条件。,2023/1/25,7,矛盾！,保证生产能力需要放顶煤开采瓦斯突出危险工作面严禁放顶煤开采矛盾！因此，解决工作面的瓦斯超限与突出问题，是保证本矿安全高效生产的前提和必要条件。,2023/1/25,8,怎么办？,瓦斯抽放！,2023/1/25,9,1.反程序开采的必要性,1.3瓦斯抽放的需要：防治煤与瓦斯突出细则第45条规定：在突出矿井开采煤层群时，必须首先开采保护层。开采保护层后，在被保护层中受到保护的地区按无突出煤层进行采掘工作；在未受到保护的
4、地区，必须采取防治突出措施。,2023/1/25,10,1.反程序开采的必要性,矿井瓦斯抽放管理规范第19条规定，对未卸压的原始煤层，瓦斯抽放的难易程度划分为三类（见表）。根据实测资料，本矿二1煤层透气系数为0.041 m2/MPa2.d，远远低于较难抽放标准的下限0.1 m2/MPa2.d，属于极难抽放煤层。因此，为了增加煤层的透气系数，有必要开采保护层。,2023/1/25,11,本煤层预抽瓦斯难易程度分类表,2023/1/25,12,2.反程序开采的可行性,为了解决本矿二1煤层的煤和瓦斯突出问题，降低掘进和回采工作面的瓦斯浓度，防止煤和瓦斯的突出，应首先考虑开采保护层。二1煤层无合适的上
5、保护层，因此，考虑下保护层的开采。距二1煤层下22m左右有一7煤层，但是一7煤的开采是否会对二1煤的开采产生破坏性影响呢？,2023/1/25,13,2.反程序开采的可行性,防治煤与瓦斯突出细则第46条规定：选择保护层必须遵守下列规定：1、首先选择无突出危险的煤层作为保护层；2、（略）3、选择保护层时，应优先选择上保护层，条件不允许时，也可选择下保护层，但在开采下保护层时，不得破坏被保护层的开采条件。,2023/1/25,14,2.反程序开采的可行性,反程序开采可行性论证方法：2.1 比值判别法 2.2 围岩平衡法分析 2.3 数理统计分析法 2.4“三带”判别法 2.5 RFPA数值模拟法,
6、2023/1/25,15,2.反程序开采法的可行性,2.1比值判别法应用比值判别法来判定一7煤开采对二1煤的影响程度，是反程序开采研究的一个重要指标。下部开采一7煤层时，用比值K判别，即：式中 H上下煤层之间的垂距，22m;M下煤层平均采高，0.8m；计算得K=27.57.5m。,2023/1/25,16,2.反程序开采法的可行性,我国反程序开采的生产实践及研究证明，当比值K7.5时，先采下部煤层一般不会影响二1煤层内进行正常准备和回采。,2023/1/25,17,2.反程序开采法的可行性,2.2 围岩平衡法分析 下部一7煤层的开采将破坏上覆岩(煤)层的原始应力，必然引起上覆岩(煤)层的横纵向
7、变形或破坏。横向的离层变形产生的裂隙，会随着时间的延长，采动裂隙重新闭合压实；纵向的剪切变形将表现为煤层或岩层台阶错动，破坏煤岩层的整体性。纵向变形是影响反程序开采的关键因素，控制岩层台阶错动，实际上就是采场围岩力学平衡问题。,2023/1/25,18,2.反程序开采法的可行性,在回采过程中能够形成不发生台阶错动的平衡岩层结构的岩层称为平衡岩层。从下煤层顶板到平衡岩层顶板的高度称为围岩平衡高度。反程序开采的基本准则就是：当采场上覆岩层中有硬岩层时，上煤层应位于距下煤层最近的平衡岩层之上。,2023/1/25,19,2.反程序开采法的可行性,反程序开采时必要的层间距估算公式为：式中 M下煤层开采
8、厚度，0.6-1.0m；K1岩石碎胀系数，K11.102.0；h平衡岩层本身厚度，根据一7煤层顶板 赋存情况，估算取10 m。根据实际情况代入运算得：H=10.818m,2023/1/25,20,开采下保护层的最小层间距,防治煤与瓦斯突出细则第47条规定：开采下保护层时，上部被保护层不被破坏的最小层间距可参用式(A.3)或式(A.4)确定：当a=60时，H=kMsin(a/2)(A.4)式中：H允许采用的最小层间距，m；M保护层的开采厚度，0.6-1.0m；a煤层倾角，25度；k顶板管理系数。冒落法管理顶板时，采用10，充填法管理顶板时，采用6。本矿H5.49.0m，即层间距大于9m时即满足要
9、求。,2023/1/25,21,2.反程序开采法的可行性,一7 煤层与二1 煤层之间的实际层间距为22m左右。表明该区域实际层间距满足反程序开采的条件，对二1煤采场围岩力学平衡不会产生破坏，可以进行反程序开采。,2023/1/25,22,2.反程序开采法的可行性,2.3 数理统计分析法 由我国煤矿反程序开采的实例，得出受下部煤层采动影响时反程序开采必需的层间距H的经验公式为：H1.14M2+4.14+MS 式中：M下煤层采高，0.61.0m；MS上煤层厚度，4.69m。采高M=0.8m、MS=4.69m时，反程序开采必需的层间距为H9.56m，目前层间距为22m，满足反程序开采条件。,2023
10、/1/25,23,2.反程序开采法的可行性,2.4“三带”判别法 根据煤岩破坏的特征，可将开采煤层的上覆岩层分为冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。依据“三带”判别法，从理论上计算三带的高度，分析得出各分带在上覆岩层的情况及与上煤层的位置关系。综合评价一7煤层的开采对二1煤层的影响情况。,2023/1/25,24,2.反程序开采法的可行性,反程序开采三带关系,2023/1/25,25,2.反程序开采法的可行性,2.4.1 冒落带的确定 冒落带是由于下部煤层的开采，岩块呈不规则垮落，它位于上覆岩层的最低层。影响冒落带的因素有煤层厚度、煤层倾角、覆岩性质、采空区尺寸、采煤方法、顶板管理方法以及地质构造，还
11、与岩石的碎胀系数有关。判断冒落带高度是一7煤开采对二1煤的连续性破坏程度的重要依据。,2023/1/25,26,2.反程序开采法的可行性,（1）理论计算公式：计算跨落带最大高度公式为 式中 m 煤层开采厚度，0.8m;K跨落岩石的残余膨胀系数，1.10；矿层的倾角，25；顶板下移过程中顶板的下沉值，=m=0.650.80.52 下沉系数，0.65；计算出冒落带最大高度为=3.09m,2023/1/25,27,2.反程序开采法的可行性,(2)统计经验公式：按照覆岩类别划分，顶板岩性为中硬，即跨落带最大高度：公式中 m煤层厚度，0.8m；2.2误差；计算出冒落带最大高度为=1.315.71m,20
12、23/1/25,28,2.反程序开采法的可行性,通过理论公式和经验公式的计算，得出冒落带最大高度为5.71m分析：一7煤开采产生的冒落带不能延伸到二1煤层，对二1煤层正常开采不会造成破坏性危害。,2023/1/25,29,2.反程序开采法的可行性,2.4.2 裂隙带高度的确定 裂隙带处于冒落带之上，岩层存在许多裂隙，但仍保持岩层的连续性。本矿的一7煤层顶板为石灰岩、砂质泥岩，岩石硬度为中硬。裂隙带最大值可按煤矿工业设计规范中规定的裂隙带最大高度公式计算。,2023/1/25,30,2.反程序开采法的可行性,覆岩岩性为中硬时，裂隙带最大高度：公式1公式2裂隙带最大高度分别为Hl110.7921.
13、99m,Hl227.8m,即裂隙带最大高度为10.79 27.8m。,2023/1/25,31,2.反程序开采法的可行性,裂隙带综合分析：由于一7煤与二1层煤之间的距离22m，开采一7煤层产生的裂隙带可能延伸到二1煤层内，增加其透气性和导水性，对二1煤层开采、释放和抽放瓦斯产生积极的作用。一7煤层回采后，冒落带岩层遭到破坏，裂缝带层理有所改变，且有放射状的裂隙。二1煤层顶板岩层赋存即使有所改变，但原生的地质构造、节理都不会发生明显变化，因此，冒落带不会影响至二1煤的正常开采。,2023/1/25,32,2.反程序开采法的可行性,2.5 RFPA数值模拟（初步模拟）,2023/1/25,33,2
14、023/1/25,34,2023/1/25,35,2023/1/25,36,2023/1/25,37,2023/1/25,38,2023/1/25,39,3.反程序开采法的可行性论证,2023/1/25,40,3.结 论,（1）根据围岩平衡法计算，围岩形成平衡的高度为10.818m，一7 煤和二1煤之间的距离为22m，大于其层间距。因此，二1煤处于一7煤开采形成的围岩平衡结构之上。（2）一7煤开采后顶板岩层形成的冒落带、裂隙带高度分别为1.31-5.71m和10.79-27.8m。（3）二1煤层处在一7煤层开采的裂隙带或弯曲下沉带内，一7煤的开采对二1煤的连续性不会造成破坏性的影响，二1煤层中不会产生台阶状下沉。,2023/1/25,41,4.结 论,（4）本矿11采区采用反程序开采（即先采一7煤后采二1煤）不仅是必要的，而且是可行的。（5）两层煤回采要有足够的时间间隔，在一7煤层开采引起的上覆煤岩层移动变形稳定后，再进行二1煤层的采掘作业。（6）一7煤作为保护层的开采，可以大大增加二1煤的透气性，但也仅仅是为二1煤的抽放创造条件，必须配合二1煤合理科学的抽放措施，才能更好地解决二1煤的瓦斯问题。,2023/1/25,42,谢谢大家！,
