煤层群的开采顺序讲解课件

煤矿开采学

CoalMiningScience

资源与环境工程学院第八章煤层群的开采顺序

Miningsequcence第一节缓斜及倾斜煤层群的开采顺序第二节急斜煤层群的开采顺序下行式开采—先采上煤层（组）后采下煤层（组）上行式开采—先采下煤层（组）后采上煤层（组）,反程序开采。合理的煤层开采顺序：（考虑煤层采动影响关系）保证（水平、采区、采煤面）接替正常，保证持续稳产高产，减少煤损；减少巷道掘进及维护工程量，集中生产，发挥设备能力，提高技术经济效益；保证生产安全可靠。概念和原则一、常用下行式开采顺序间距较近时，上层煤采后围岩和煤柱内所产生的支承压力有可能传递到下煤层而产生应力增高区。注意：（1）上煤层开采时应尽量不留煤柱或少留煤柱，或使下煤层的巷道布置在上煤层煤柱之外，躲开应力增高区。（2）上下煤层的同采工作面错距不易过小，不要使下煤层回采后顶板岩石移动，波及上煤层的回采工作面。第一节倾斜以下的煤层群的开采顺序一、下行式开采上、下层采面超前关系

当上、下层间距较小，上、下采面应保持合理的超前关系，其最小距离Xmin为

Xmin

=Hctg+（20~25）+b，（m）

最小同采工作面错距Xmin

Xmin

=Hctg+（20~25）+b，（m）

H—煤层间距，m；δ—岩层移动角，坚硬岩石为60~70°，软弱岩石为45~55°；L—上下煤层安全距离，一般不小于20~25m；b—上部煤层采煤工作面的最大控顶距，m。注：当H=0时，即上、下分层开采的合理间距，再生顶板假顶，上下分层采面滞后时间至少4-6个月。二、上行式开采的技术条件及判别方法

上下煤层层间距是影响上行开采的主要技术因素之一，确定安全合理的上行开采的层间距。（一）比值判别法当下部开采一个煤层时，H—上下煤层之间的垂距，m；M—下煤层的采高，m。K>7.5时，先采下部煤层一般不影响上煤层的准备和回采。（一）比值判别法

当下部开采多个煤层时，用综合比值K’来判别，即：式中：H1、H2、…、Hn—分别为m2、m3、…、mn+1至m1煤层的垂距，m；M2、M3、…、Mn+1—分别为下部各煤层的采高，mK’>6.3时可正常进行上行式开采。二、上行式开采的技术条件及判别方法

（一）比值判别法直接建立起煤层间距和采高的关系。优点：简单，使用方便；缺点：过于笼统。其它判别方法：深入考虑采动影响。依据：采完后，上覆岩层的变形及破坏情况。竖三带：I-垮落带、II-断裂带、III-弯曲下沉带横五区：A-原始应力区；B-煤壁支撑区；C-离层区；D-重新压实区；E-稳定区（1）当上下煤层的层间距小于或等于下煤层的垮落带高度时，上煤层整体性将遭到严重破坏，无法进行上行开采。（2）当上下煤层间距小于或等于下煤层的断裂带高度时，上煤层整体性只发生中等程度的破坏，采取一定措施后，可正常进行上行开采。（3）当上下煤层间距大于下煤层的断裂带高度时，上煤层整体性只不受破坏，可正常进行上行开采。上煤层的开采应在下煤层开采引起的岩层移动稳定之后进行。（二）“三带”判别法1.垮落带高度的估算式中，M—采高，m；

K—垮落岩石的碎胀系数；

w—垮落过程中的顶板下沉值。1.垮落带高度的估算累计采厚为8m时，

坚硬：21.9-26.9；中硬：11.9-16.3；软弱：8.3-11.3；极软：5.5-9.92.断裂带高度的估算累计采厚为8m时，

坚硬：94.9；中硬：66.6；软弱：38.3采厚为2m时，

坚硬：36.6-54.4；中硬：23.8-35.0；

软弱：13.9-21.9；极软：8.1-14.13.急倾斜煤层垮落带和断裂带高度的估算采厚为2m，区段垂高60m时，

断裂带高度：坚硬：37.9-54.7，中硬、软弱：15.2-27.4

垮落带高度：坚硬：17.7-32.3，中硬、软弱：7.1-16.24.近距离煤层群时的裂隙带高度计算1）最小垂距h>下层煤垮落带高度Hxm；分别按上下煤层厚度计算裂隙带高度，取其大值。2）下层煤的垮落带厚度接触或进入上层煤范围时；上层煤按其自身厚度计算；下层煤，看上下开采的综合开采厚度Mz1-2计算取大值作为两层煤的断裂带最大高度。

综合开采厚度Mz1-2式中，M1—m1厚度；M2—m2厚度；h1-2—m1和m2间的法线距离；y2—下煤层的冒高和采高之比。最小垂距h>下层煤垮落带高度Hxm最小垂距h<下层煤垮落带高度Hxm（三）围岩平衡法上行开采破坏原始应力平衡上覆岩层的横向及纵向的变形和破坏。纵向剪切变形台阶错动.平衡结构断裂带上位岩层平衡结构，煤壁及上覆岩层+矸石；断裂带下位岩层：煤壁+支架+矸石。关键层:采场上覆岩层中有一定厚度且强度较高的岩层，它控制着采场上覆岩层的移动，这种岩层称为关键层。平衡岩层;围岩平衡高度竖三带；横五区。平衡岩层：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。围岩平衡高度：从下煤层顶板至平衡岩层顶板的高度。（三）围岩平衡法上行开采的基本准则当采场上覆岩层中有坚硬岩层时，上煤层应位于下煤层最近的平衡岩层之上；当采场上覆岩层均为软岩时，上煤层应位于下煤层断裂带内或以上；上煤层的开采应在下煤层开采引起的岩层移动稳定之后进行。（三）围岩平衡法下行开采必要的层间距H可按下式估算：M-下煤层采高，mK1-岩石碎胀系数，K1=1.10-1.15h-平衡岩层本身厚度，按岩层柱状图确定。三、上行开采时的采动影响的时空关系H0-上下煤层间距；α-煤层倾角；Β0、γ0、δ0-下部、上部、走向边界角；Ψ1、Ψ2、Ψ3-下部、上部、走向充分采动角。下部边界影响区斜长：三、上行开采时的采动影响的时空关系

上部边界影响区斜长：上部煤层开采时，不应在下煤层上、下部边界影响区斜长范围内。走向边界影响区长度：四、上行开采的技术措施及应用条件1.技术措施1）上煤层开采必须在下煤层开采引起的岩层移动稳定之后进行；2）当层间距较小时，宜采用无煤柱护巷；3）应合理布置开采边界；4）同时应该避免先在上层煤层中开掘巷道。四、上行开采的技术措施及应用条件2.应用条件1）当上煤层顶板坚硬，煤质坚硬不易回采时，采用上行开采，减轻冲击地压和周期来压强度；2）当上煤层含水量大时，先采下煤层可疏干上煤层的含水3）当上部为煤与瓦斯突出煤层时，下部有可作为保护开采的煤层

4）上部为劣质、薄及不稳定煤层，开采困难，长期达不到设计能力5）三下采煤时，可减轻对地表的影响6）开采火区或积水区下压煤，有时需要采用上行开采7）上部煤层开采困难或投资很多，或下部煤质优良8）复采采空区上部遗留的煤炭资源等等。五、上行开采实例新汶矿业集团协庄煤矿-550水平4-2采区在设计和开采过程中，根据断层切割特点及开采顺序，形成了三面断层环绕和三面采空的4-2采区孤岛煤柱，如图所示。4-2孤岛煤柱位于-550水平4-2采区的西部，属4-2采区的剩余块段，西自F4断层，东至F22-1断层，南自副立井保护煤柱，北至-690m等高线附近。五、上行开采实例由于断层的切割分布不可避免地形成了4-2采区孤岛煤柱。该孤岛煤柱中的2、4煤层赋存稳定，煤质好，但由于煤层埋藏深达800m，加上周围三面为断层所切割，三面断层的外侧均为已采空区，孤岛煤柱覆岩压力很大，有发生冲击地压的危险。上行开采可行性研究。五、上行开采实例1.采动影响倍数判别研究当下部开采一个煤层时，可以用采动影响倍数K的大小来判别，四层煤采高M=2.3m，则采动影响倍数为：我国煤矿上行开采的生产实践及研究证明，当上下煤层之间为坚硬岩层时，K=8；中硬岩层时，K=7.5；软弱岩层时K=7.0。先采下一个煤层，一般可以不影响上部煤层的正常准备与回采。4-2煤柱二四层层间岩层为中硬岩层，因此，采高M=2.3m、二四层层间距为26.4m时满足上行开采条件。五、上行开采实例2三带判别研究三带判别法认为，当上下煤层的间距小于或等于下煤层冒落带高度时，上煤层结构将遭到严重破坏，无法进行上行开采。当上下煤层层间距小于或等于裂隙带高度时，上煤层结构只发生一定程度的扩展，采取一定措施后，可正常进行上行开采。当上下煤层层间距大于下煤层裂隙带高度时，上煤层只发生整体位移，结构不受破坏，可正常进行上行开采。五、上行开采实例四层煤直接顶属于Ⅱ类中等稳定，老顶属于Ⅱ级来压明显，根据覆岩运动特性，冒落带的高度Hm可用下式计算：式中，M——采高，Sa——老顶岩块触矸处的沉降值，老顶来压明显，按Sa=0.2m计算，Ka——冒落矸石碎胀系数，细砂岩顶板按1.26计算，经计算采高为2.3m时，冒落带高度为7.1m。根据邻近孙村、良庄和翟镇开采经验Hm=3.3M，采用此实际经验数据4-2煤柱四层煤开采后冒落带高度将达到7.6m。五、上行开采实例根据山东科技大学在孙村矿的理论研究和实践应用，近距离煤层上行开采的基本层间距为非平衡带高度3.3M加上准平衡岩层承载层厚度1M，即基本层间距为4.3M；并对上行开采可行性区间进行了划分：（1）不可上行开采区间：层间距H＜4.3M，上位煤层底板不能形成准平衡带的承载层，或上位煤层顶底板进入强裂隙亚带，该区间内无法实行上行开采。（2）准上行开采区间：层间距H=（4.3~9.5）M，处于准平衡带负载层及平衡带内或中裂隙亚带内，该区间内采取一定措施后可进行上行开采。（3）正常上行开采区间：层间距H＞9.5M，处于弱裂隙亚带或平衡带以上部位，该区间结构不受破坏，可正常进行上行开采。五、上行开采实例根据我矿的开采经验，实测冒落带高度为采高的3.3倍。裂隙带高度为采高的13.6倍，其中可明显地分为强裂隙段、中裂隙段和弱裂隙段，强裂隙段达到5.1倍采高，中裂隙段达到9.7倍采高，弱裂隙段达到13.6倍采高。根据冒高、裂高与采高基本成正比的规律，可以用于本采区预测，煤层采高按2.3m计算，冒高为7.6m，裂隙带高度为31.3m，其中强裂隙段顶部高度为11.7m，中裂隙段顶部高度为22.3m，弱裂隙段顶部高度为31.3m。二层煤位于弱裂隙段上位岩层内，因此能够采用反程序开采。五、上行开采实例3数理统计分析研究由我国煤矿上行开采的部分实例，分析回归计算得到受下部煤层采动影响时上行开采必需的层间距h的经验公式为：

h>1.14M+4.14+Ms

式中，M—下煤层采高，m；Ms—上煤层厚度，m。采高M=2.3m、Ms=2.39m时，上行开采必需的层间距为15.5m。目前揭露资料看，层间距为26.4m，满足上行开采条件。五、上行开采实例4围岩平衡判别研究采场上覆岩层中具有一定厚度而且强度较高的岩层，是控制上覆岩层移动的关键。若上覆岩层基本上以强度较高、厚度较大的细砂岩为主体，裂隙带内的中下位岩层可以形成平衡岩层结构，有利于上行开采。能够形成不发生台阶错动的平衡岩层结构称为平衡岩层，从下煤层顶板至平衡岩层顶板的高度称为围岩平衡高度。当上覆岩层中有坚硬、中硬岩层时，上煤层应位于下煤层最近的平衡岩层之上。4-2煤柱二层煤以下有一层厚度4.5m的坚硬砂岩作为平衡层。因此认为4-2煤柱满足上行开采条件。五、上行