蒋崇辉--盘江反程序开采实践研究

1、盘江矿区近距离多煤层反程序开采实践研究汇报提纲1 1、盘江煤电近距离煤层群反程序开采实例、盘江煤电近距离煤层群反程序开采实例2 2、反程序开采判定条件与实践的矛盾、反程序开采判定条件与实践的矛盾3 3、金佳与月亮田反程序开采实践总结、金佳与月亮田反程序开采实践总结1 1、盘江煤电近距离煤层群反程序开采实例、盘江煤电近距离煤层群反程序开采实例 1.11.1盘江矿区煤层赋存情况介绍盘江矿区煤层赋存情况介绍 盘江矿区含煤地层为二迭系上统龙潭煤组盘江矿区含煤地层为二迭系上统龙潭煤组(P2L)(P2L)，全层厚，全层厚280310m280310m，由粉砂岩、细砂岩及泥，由粉砂岩、细砂岩及泥岩组成，含煤岩

2、组成，含煤40504050层，层，煤层多以近距离中厚煤层煤层多以近距离中厚煤层群为主群为主，主要可采煤层，主要可采煤层1 1、3 3、5 5、6 6、7 7、9 9、1212、1515、1616、1717、18#18#煤，分布在煤系地层上部及中部，煤，分布在煤系地层上部及中部，各个井田由于赋存条件的差异也有区别。各个井田由于赋存条件的差异也有区别。 把煤层群大致划分为：把煤层群大致划分为：上、中、下煤层组上、中、下煤层组。 上煤组上煤组可采煤层主要为可采煤层主要为3 3、5 5、6 6、9#9#煤层，煤层，顶板多为粉砂岩、细砂岩，岩性坚硬、节理顶板多为粉砂岩、细砂岩，岩性坚硬、节理发育、易于管

3、理。发育、易于管理。 中煤组中煤组主要为主要为1212、1313、1515、1616、1717、18#18#煤煤层，煤层顶底板大部分为粉砂岩、泥质粉砂层，煤层顶底板大部分为粉砂岩、泥质粉砂岩、泥岩等软岩，其硬度系数岩、泥岩等软岩，其硬度系数f=23f=23，节理发，节理发育，遇水极易变软膨胀。育，遇水极易变软膨胀。 下煤组下煤组为为20#20#以下的煤层，顶底板主要以泥以下的煤层，顶底板主要以泥质砂岩为主。质砂岩为主。 主要煤层绝大部分是有瓦斯突出危险的高瓦斯主要煤层绝大部分是有瓦斯突出危险的高瓦斯煤层，并且是煤层，并且是自燃自燃煤层、煤层、煤尘煤尘具有爆炸危险性，具有爆炸危险性，近年来随着矿

4、井开采深度的增加，瓦斯涌出量逐近年来随着矿井开采深度的增加，瓦斯涌出量逐年上升，年上升，煤与瓦斯突出危险性煤与瓦斯突出危险性不断增大。不断增大。 为了尽可能的减少乃至消灭瓦斯事故，更好的为了尽可能的减少乃至消灭瓦斯事故，更好的做好瓦斯的综合治理利用，改变原来被动的抽放做好瓦斯的综合治理利用，改变原来被动的抽放为主动地超前进行瓦斯综合治理，为主动地超前进行瓦斯综合治理，开采保护层开采保护层是是一个行之有效的方法，开采上保护层使用的较多，一个行之有效的方法，开采上保护层使用的较多，但由于开采后对底部煤层的影响较小，因而抽放但由于开采后对底部煤层的影响较小，因而抽放瓦斯效果较差。而开采下保护层使顶部

5、临近煤层瓦斯效果较差。而开采下保护层使顶部临近煤层产生裂隙并泄压后，再通过瓦斯抽放巷进行瓦斯产生裂隙并泄压后，再通过瓦斯抽放巷进行瓦斯抽放，可以达到更为好的抽放效果。抽放，可以达到更为好的抽放效果。 基于以上基于以上原因我们在原因我们在金金佳佳和和月亮田月亮田两两个矿井，进入个矿井，进入中部煤层组主中部煤层组主煤层开采后，煤层开采后，进行了反程序进行了反程序开采下保护层开采下保护层的实践：的实践：大部分可采之较稳定煤层，夹矸0-1层，少数2层。中上部以泥岩,泥质粉砂为主,夹两层薄煤或炭质泥岩(或黑色泥岩),第一层含动物化石,以腕足类为主.下部以砂岩为主,含有植物化石.局部可采之不稳定煤层,含泥

6、岩夹矸0-1层,少数2层.以粉砂岩、粉砂质泥岩为主，含植物化石。顶部一般夹薄煤一层，下部一般夹煤0-1层，至北部增多，可达3层左右，与13号煤组合为煤组，且与下伏之17号煤间距缩短。大部可采之不稳定煤层,夹矸0-2层泥岩.以浅灰色粉砂岩、细砂岩为主，夹发育的薄层菱铁矿，含以大羽羊齿为主的植物化石，该层岩石坚硬，抗风化能力强，形成突出的地形。全井田可采之较稳定煤层，夹矸泥岩0-1层，个别2-4层，煤层厚度变化大。上部：褐灰色粉砂质泥岩或泥质粉砂岩，含动物化石，以瓣鳃类为主。中部以粉砂岩和细砂岩为主，显示链状层理。下部以褐灰色粉砂质泥岩为主，含动物化石，以螺类多见，并含豆状菱铁质结核。至中北部，夹

7、1-3层薄煤或炭质泥岩。大部可采之较稳定煤层。可采段分布在J32-J37-J53-J54孔一线以南至井田边界，2线以北至井田边界，夹矸为泥岩，0-4层，一般1-2层。以粉砂岩、粉砂质泥岩为主，有时夹数层薄层，含植物碎片碎屑。大部可采之不稳定煤层。J1线-J92线可采，J1线以北、J92线以南合并于181。夹矸为泥岩，一般0-1层，少数2-3层。其下时隐时现一薄煤层，称19号煤。灰色粉砂岩、粉砂质泥岩为主，夹有薄煤层。含较多的黄铁矿。以灰色泥岩、粉砂质泥岩为主，含蠕虫状黄铁矿，夹不稳定的煤组。中下部以砂岩为主，含植物化石，发育水平层理，部分地段发育有水平线理。中上部常夹有薄层煤，以南部发育。在泥

8、岩和泥质粉砂岩夹层中含较多的黄铁矿。局部可采之不稳定煤层，夹矸泥岩0-5层。一般0-1层。煤层变化大。以浅灰灰色粉砂岩为主。顶部距22号煤数米-10米处含动物化石，以中北部发育。中上部夹薄煤1-3层。下部为细砂岩、粉砂岩，发育深灰色宽条带状水平层理，偶见动物化石。底部紧邻24号煤常有一层薄煤层发育。大部可采之不稳定煤层，夹矸泥岩0-3层，一般一层。此段岩性多变，规律性不强，以细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩为主，可在上部、中部或下部夹一组或数组薄煤，煤层不稳定，结构复杂。在所夹泥岩、粉砂质泥岩中富含各种形态的黄铁矿。砂岩中常具暗色竹叶状包体和植物化石碎屑碎片、树干。统P2潭组P2L中煤组下煤组0.4

9、8-2.86 1.1230.34833.306.30-22.8113.0522.42846.350-3.711.0457.21847.393.25-30.6013.1244.67860.51862.110-5.751.6065.631.11-17.4310.9451.48873.050.25-8.213.3649.20876.411.76-31.9514.3636.00890.770-9.520-15.762.5466.56893.313.9482.78897.250.60-6.692.1150.13899.360-20.500-4.640-1.934.612.180.9554.5480.07

10、903.97906.15907.108.34-28.2817.5631.05924.661.1971.68925.856.21-28.930-3.3018.9778.29944.820.55-3.12 1.4438.9744.01-71.4052.9012.81999.1610较稳定可靠富 硫12不稳定基本可靠 特 低特 低基本可靠不稳定1317较稳定可 靠特 低低 硫181可 靠较稳定不稳定 基本可靠18特 低低 硫低 硫20上不可靠极不稳定极不稳定 不可靠20下富 硫可靠不稳定2224不稳定可靠富 硫地层系统系统组描 述地 层 厚 度编号极值均值变系异数（%）均累值计（m）（m）（m）稳定

11、性 柱 状1：500煤 层对比可靠性硫分煤种 以坡、残积和冲积的粘土、粉砂、冲积层卵石、砂及亚砂土等为主，分布零星。全井田可采之稳定煤层，夹矸一般2-3层，少数1-4层。中下部有层稳定的高岭质水云母夹矸。浅灰-灰色砂岩为主，含植物化石，夹菱铁矿薄层。顶部偶夹炭质泥岩薄层，顶板含动物化石。全井田可采之稳定煤层，夹矸0-1层，个别2-3层，在中下部夹一层炭质高岭质泥岩夹矸。岩石类型繁多。中上部以泥岩、粉砂岩为主，夹数层薄煤，发育有1-3层动物化石，其中以最下一层较为稳定，含量丰富，种类繁杂，以角贝为主。下部以砂岩为主，含大羽羊齿为主的植物化石。基本全井田可采之较稳定煤层,一般无夹石或一层泥岩夹矸,

12、个别处2-3层,夹矸厚度变化大.以浅灰色细砂岩、粉砂岩为主，含植物化石碎片碎屑，顶部距7号煤数米处在J92以南普遍发育一层薄层或炭质泥岩,其顶板富含动物化石。全井田可采之较稳定煤层,一般无夹矸,少数1-4层泥岩夹矸。以粉砂岩、泥质粉砂岩为主，顶部距9号煤底板2-5米处，在8线以北普遍发育一层薄煤或炭质泥岩。其顶板含动物化石。底部亦含腕足类为主的动物化石。第四系全新统二上龙上煤组550-300.91-1.711.3312.30 759.336.03-19.990.99-3.3411.73 24.17 771.061.83 31.69 772.895.10-41.4529.14 20.71802.

13、032.140.24-5.897.97-22.2541.12 804.1713.54 24.07 817.71820.1936.102.4811.99 24.46832.180.72-6.527.23-24.04中硫可靠稳定1JM.SM.PM3较稳定可靠特低特低可靠较稳定79较稳定可靠中硫地层综合柱状图T/PQPM.WYSM.PMSM.PMSM.PMSM.PMPMPMPMPM.WYPM.WYPM.WYPM.WYPM.WY 1.2金佳煤矿开采下保护层工程实践金佳煤矿开采下保护层工程实践 表表1 1 可采煤层特征一览表可采煤层特征一览表 1.2.1方案： 选择中部煤层组底部选择中部煤层组底部222

14、2号煤层号煤层作为下保护作为下保护层开采，层开采，2222号煤第一个工作面号煤第一个工作面1122311223工作面走工作面走向向846m846m，倾向，倾向150m150m上部有瓦斯抽放巷道距离上部有瓦斯抽放巷道距离1122311223回风巷垂高回风巷垂高14m14m，平距，平距16m16m，上部有上部有1112111121采煤工作面，采煤工作面，层间距约层间距约55m55m，位置关系，位置关系如图所示：如图所示：地层剖面图地层剖面图12#煤层17#煤层18#煤层20#煤层上下4.1=1.2（1.5）1.411223回风巷煤层高位巷 1.2.2采动过程采动过程 工作面推进工作面推进25m25

15、m初次来压，初次来压，1122311223工作面架间工作面架间瓦斯异常，高位巷密闭抽放，留管混合量瓦斯异常，高位巷密闭抽放，留管混合量108m3/min108m3/min，负压，负压5Kpa5Kpa，管内浓度瓦斯浓度达到，管内浓度瓦斯浓度达到5%5%；之后每推进到来压顶板冒落时，；之后每推进到来压顶板冒落时，1122311223工作工作面均发生瓦斯异常，但通过加大高位巷瓦斯抽放面均发生瓦斯异常，但通过加大高位巷瓦斯抽放能力均得到治理。能力均得到治理。 11223 11223工作面采到工作面采到525m525m时，位置距离超前其正时，位置距离超前其正上方上方1112111121开切眼位置开切眼位

16、置10m10m，1122111221工作面开切眼就工作面开切眼就回风巷道底板出现大量裂隙并涌出大量瓦斯，随回风巷道底板出现大量裂隙并涌出大量瓦斯，随密闭抽放，抽放量密闭抽放，抽放量8.6m3/min8.6m3/min。 1.2.3效果效果 开采开采2222号下保护层后，在号下保护层后，在1818号煤的高位巷号煤的高位巷抽放浓度平均保持在抽放浓度平均保持在60%60%以上，高位钻孔抽放浓以上，高位钻孔抽放浓度保持在度保持在45%45%以上；以上；1212号煤的采面号煤的采面1112111121工作面密工作面密闭抽放瓦斯浓度保持在闭抽放瓦斯浓度保持在20%20%左右。左右。 开采开采2222号下保

17、护层后，对上部被保护层的号下保护层后，对上部被保护层的的泄压效果明显的泄压效果明显，可导通的裂隙带范围达到，可导通的裂隙带范围达到6060米米范围以上，且在一定的通风负压点条件下，弯曲范围以上，且在一定的通风负压点条件下，弯曲下沉带内也同样抽出了较高浓度的瓦斯。下沉带内也同样抽出了较高浓度的瓦斯。 开采开采2222号下保护层后，号下保护层后，充分解放了上覆充分解放了上覆1818、18-118-1、1717、1313、1212号等煤层号等煤层，取得了很大的经济效，取得了很大的经济效益，为金佳矿中煤组的开采打下了良好的基础。益，为金佳矿中煤组的开采打下了良好的基础。 1.3 月亮田矿开采下保护层反

18、程序开采实例月亮田矿开采下保护层反程序开采实例 表表2 2 可采煤层特征一览表可采煤层特征一览表 1.3.1方案方案 选择中部煤层组选择中部煤层组18-118-1号号煤层作为下保护层开煤层作为下保护层开采，采，13181161318116采面位于南三采区北翼，开采采面位于南三采区北翼，开采18-1#18-1#煤层，其上、下邻近煤层均未开采，属首采层。煤层，其上、下邻近煤层均未开采，属首采层。采面运输巷标高：采面运输巷标高：+1286.8m+1286.8m+1335.8m+1335.8m，回风巷，回风巷标高：标高：+1316.4m+1316.4m+1344.6m+1344.6m，采面走向长采面走

19、向长555m555m，可采长度为可采长度为442.7m442.7m，倾向长，倾向长166m166m。该采面地质构。该采面地质构造简单，煤层倾角造简单，煤层倾角881212，煤层赋存稳定，平均，煤层赋存稳定，平均采高采高1.65m1.65m，容重为，容重为1.43t/m1.43t/m，可采储量为，可采储量为17.317.3万万吨。吨。 高位巷布置于高位巷布置于16#16#煤层中。煤层中。 地层剖面图地层剖面图 1.3.2采动过程采动过程 13181161318116工作面于工作面于3 3月初开始回采，月初开始回采，至至5 5月月1414日日停产施工新高位巷（停产施工新高位巷（17#17#层高位巷

20、）时，运输巷已层高位巷）时，运输巷已推进推进118m118m，回风巷推进，回风巷推进109m109m。该面原施工的高位。该面原施工的高位抽放巷抽放负压一直偏高，未达到预期的抽放效抽放巷抽放负压一直偏高，未达到预期的抽放效果，回风流瓦斯在果，回风流瓦斯在0.75%-1.1%0.75%-1.1%之间波动，即回风之间波动，即回风流瓦斯处于临界运行状态，局部支架架间瓦斯偏流瓦斯处于临界运行状态，局部支架架间瓦斯偏高。该面停产前（高。该面停产前（5 5月月1414日前），因采面直接顶是日前），因采面直接顶是17#17#煤层（煤层（17#17#煤层与煤层与181181煤层间距煤层间距2-5m2-5m，16

21、#16#煤层煤层与与181181煤层间距煤层间距14-16m14-16m，高位巷布置于，高位巷布置于16#16#煤层煤层中），采面拉架时表现为架间瓦斯较大，是造成中），采面拉架时表现为架间瓦斯较大，是造成风流瓦斯浓度增加的因素之一。风流瓦斯浓度增加的因素之一。 1.3.2采动过程采动过程 13181161318116工作面于工作面于3 3月初开始回采，月初开始回采，至至5 5月月1414日日停产施工新高位巷（停产施工新高位巷（17#17#层高位巷）时层高位巷）时，运输巷已，运输巷已推进推进118m118m，回风巷推进，回风巷推进109m109m。该面原施工的高位该面原施工的高位抽放巷抽放负压一

22、直偏高，未达到预期的抽放效抽放巷抽放负压一直偏高，未达到预期的抽放效果，回风流瓦斯在果，回风流瓦斯在0.75%-1.1%0.75%-1.1%之间波动，即回风之间波动，即回风流瓦斯处于临界运行状态，局部支架架间瓦斯偏流瓦斯处于临界运行状态，局部支架架间瓦斯偏高。高。该面停产前（该面停产前（5 5月月1414日前），因采面直接顶是日前），因采面直接顶是17#17#煤层（煤层（17#17#煤层与煤层与181181煤层间距煤层间距2-5m2-5m，16#16#煤层煤层与与181181煤层间距煤层间距14-16m14-16m，高位巷布置于，高位巷布置于16#16#煤层煤层中），中），采面拉架时表现为架间

23、瓦斯较大，是造成采面拉架时表现为架间瓦斯较大，是造成风流瓦斯浓度增加的因素之一。风流瓦斯浓度增加的因素之一。 1.3.2 效果效果 开采下保护层开采下保护层18-118-1煤层后，没有达到释放上部煤层后，没有达到释放上部煤层压力、抽放上部煤层瓦斯的目的。煤层压力、抽放上部煤层瓦斯的目的。1.4 反程序开采实践中的问题反程序开采实践中的问题 在盘江的地层中，金佳矿通过开采在盘江的地层中，金佳矿通过开采22号煤层，号煤层，开采工作面倾斜商长度为开采工作面倾斜商长度为180米，米，12煤与煤与22煤层煤层间距为间距为55米米，实现了对，实现了对16、14、12号煤层瓦斯及号煤层瓦斯及应力的释放。应力

24、的释放。金佳煤矿反程序开采的实践是成功金佳煤矿反程序开采的实践是成功的的。 而月亮田煤矿通过对而月亮田煤矿通过对18号煤的开采，工作面号煤的开采，工作面倾斜长度倾斜长度166米，而距离米，而距离18煤煤仅仅10米米的的16号煤层，号煤层，瓦斯的释放效果不是十分明显，瓦斯的释放效果不是十分明显，从月亮田的反程从月亮田的反程序开采实践中看出效果不是十分明显序开采实践中看出效果不是十分明显。 2 2、反程序开采判定条件与实践的矛盾、反程序开采判定条件与实践的矛盾 2.1 传统反程序开采可行性分析理论 2.1.12.1.1比值判别法比值判别法 K K = = H/ M H/ M = 40= 40/ /

25、 2 = 202 = 20 式中式中H H 上、下煤层的间距上、下煤层的间距 M M 下煤层采高下煤层采高m m。 我国上行开采实践及研究证明我国上行开采实践及研究证明, ,当比值当比值K K 7.5 7.5 时时, ,可进行上行开采可进行上行开采; K ; K = 20 7.5 = 20 7.5 , ,上行开采可行。上行开采可行。2.1.2 “2.1.2 “三带三带”判别法判别法冒落带高度冒落带高度 Hm = 100M/ (4.7M + 19) 2.2裂隙带高度裂隙带高度 HL = 100M/ (1. 6M + 3. 6) 5. 6 要求煤层层间距大于裂隙带的高度要求煤层层间距大于裂隙带的高

26、度2.1.3围岩平衡法 上升开采必要的层间距上升开采必要的层间距 H Hb b = = M/ ( K M/ ( K - 1- 1) ) + + H H 式中式中K K 岩石碎胀系数岩石碎胀系数, ,取取1.11.1; ; H H 平衡岩层本身厚度平衡岩层本身厚度, ,取取3 m3 m。 2.1.4 传统反程序开采判定理论实质 通过对三种判定方法的分析，认为在反程序通过对三种判定方法的分析，认为在反程序开采过程中，如果上部煤层在开采过程中，如果上部煤层在下部煤层裂隙带高下部煤层裂隙带高度之外度之外，即认为反程序开采是可行的，否则是不，即认为反程序开采是可行的，否则是不可行的。可行的。 但是对于通

27、过反程序开采来解决上部工作面高但是对于通过反程序开采来解决上部工作面高瓦斯与高应力问题，该种判断方法具有一定的局瓦斯与高应力问题，该种判断方法具有一定的局限性。限性。 2.2 2.2 利用传统方法判断金佳矿利用传统方法判断金佳矿1212煤与煤与2222煤煤（1 1）比值判别法）比值判别法 K=55/2.07.5 K=55/2.07.5 可行可行（2 2） “三带三带”判别法判别法 HL = 100M/ (1. 6M + 3. 6) HL = 100M/ (1. 6M + 3. 6) 5. 65. 6 = 100 = 100* *2/(1.62/(1.6* *2+3.6) 2+3.6) 5. 6

28、5. 6 = 29.5 = 29.5 5. 6 55 5. 6 55 可行可行 （3 3）围岩平衡法）围岩平衡法 HbHb = M/ ( K - 1) + H=2/0.1+3=2355 = M/ ( K - 1) + H=2/0.1+3=2355 可行可行 通过上面的分析，得出通过传统的反程序开采通过上面的分析，得出通过传统的反程序开采的判断方式证明金佳是可行的。的判断方式证明金佳是可行的。 从实践的层面看，金佳的反程序开采取得了成从实践的层面看，金佳的反程序开采取得了成功，证明传统的公式具有可行性。功，证明传统的公式具有可行性。 但是，从金佳开采的现场看出，但是，从金佳开采的现场看出，121

29、2煤内具有较煤内具有较大的大的裂隙裂隙，且瓦斯浓度也较高且瓦斯浓度也较高，证明裂隙带的高证明裂隙带的高度远大于传统裂隙带高度的计算方法。度远大于传统裂隙带高度的计算方法。 从该实例看，对于反程序开采的判断方式值得从该实例看，对于反程序开采的判断方式值得商榷。商榷。 2.3 2.3 利用判断方法判定月亮田利用判断方法判定月亮田1616煤与煤与1818煤煤（1 1）比值判别法）比值判别法 K=10/1.5 7.5 K=10/1.5 10 5. 6 10 不可行不可行 （3 3）围岩平衡法）围岩平衡法 HbHb = M/ ( K - 1) + H=1.5/0.1+3=1810 = M/ ( K -

30、1) + H=1.5/0.1+3=1810 不可不可行行 通过上面的分析，证明通过上面的分析，证明1818煤煤进行反程序开采是进行反程序开采是不可行的，之所以不可行，是因为不可行的，之所以不可行，是因为1616煤处于煤处于1818煤煤的裂隙带，影响了的裂隙带，影响了1616煤煤的整体性。的整体性。 从这个实例看从这个实例看，金佳矿的，金佳矿的1616煤应处于极度的破煤应处于极度的破碎状态碎状态，其瓦斯一内力应该得到极大的释放，其瓦斯一内力应该得到极大的释放，1818煤的瓦斯应该大量涌入到煤的瓦斯应该大量涌入到1616煤的高位瓦斯巷煤的高位瓦斯巷 但是从但是从1616煤高位瓦斯被没有大量的瓦斯涌

31、出，煤高位瓦斯被没有大量的瓦斯涌出，说明该算法具有局限性。说明该算法具有局限性。 通过上面的分析，得出通过传统的反程序开采通过上面的分析，得出通过传统的反程序开采的判断方式证明金佳是可行的。的判断方式证明金佳是可行的。 从实践的层面看，金佳的反程序开采取得了成从实践的层面看，金佳的反程序开采取得了成功，证明传统的公式具有可行性。功，证明传统的公式具有可行性。 但是，从金佳开采的现场看出，但是，从金佳开采的现场看出，1212煤内具有较煤内具有较大的大的裂隙裂隙，且瓦斯浓度也较高且瓦斯浓度也较高，证明裂隙带的高证明裂隙带的高度远大于传统段计算方法。度远大于传统段计算方法。 从该实例看，对于反程序开采的判断方式值得从该实例看，对于反程序开采的判断方式值得商榷。商榷。 2.4 2.4 反程序判断方法的思考反程序判断方法的思考 （1 1）对反程序开采中裂隙带高度的判断值得思考）对反程序开采中裂隙带高度的判断值得思考 （2 2）对以开