上行式開採

開採煤層群時，各煤層的開採順序有下行式和上行式兩種。在開採煤層群時，先採下煤層（組）後采上煤層（組）的開採順序稱為上行式開採。也叫做反程式開採。

基本介紹

• 中文名：上行式開採
• 外文名：ascending mining
• 套用學科：採礦工程
• 判別方法：比值判別法
• 影響因素：層間距、采高等
• 別稱：反程式開採

簡介

判定方法

上下煤層層間距是影響上行式開採的主要技術因素之一。因此，確定安全合理的上行式開採的層間距，是研究上行式開採的首要問題。主要方法有：

（1）比值判別法

當下部開採一個煤層時，用比值K的大小判別：K=H/M

式中：H：上下煤層之間的垂距。 M：下煤層采高。我國上行開採的生產實踐和研究表明，當K>7.5時，先採下部煤層一般不影響在上煤層內進行正常準備和回採。

（2）“三帶”判別法

當上下煤層的層間距小於或等於下煤層的垮落帶高度時，上煤層整體性將遭到嚴重破壞，無法進行上行開採；當上下煤層間距小於或等於斷裂帶高度時，上煤層整體性只發生中等程度的破壞，採取一定安全措施後，可正常進行上行回採；當上下煤層的層間距大於下煤層的斷裂帶高度時，上煤層只發生整體移動，整體性不受破壞，可正常進行上行回採。 上煤層的開採應在下煤層開採引起的岩層移動穩定之後進行。

（3）圍岩平衡法

上行開採破壞了采場上覆岩(煤)層的原始應力平衡狀態，必然引起上覆岩(煤)層的橫向及縱向變形與破壞。上覆岩(煤)層的橫向及縱向離層變形產生大量采動裂隙，破壞煤層，但隨著時間延長，采動裂隙會重新閉合壓實。而縱向剪下變形則表現為煤層發生台階錯動，破壞煤層整體性。後者是影響上行開採的最大障礙。控制岩層台階錯動，就是采場圍岩力系平衡問題。
采場上覆岩體在垂直方向上分為垮落帶、斷裂帶、及彎曲下沉帶。從圍岩平衡的觀點，可以分為非平衡帶(即垮落帶)、部分平衡帶(相當於斷裂帶的下位岩層)，平衡帶(相當於斷裂帶的下位岩層之上的岩層)。沿走向可分為原始應力區A、煤壁支撐區B、離層區C、重新壓實區D及穩定區E，如下圖所示。

走向圖

斷裂帶的上位岩層形成“煤壁及上覆岩層一矸石”為支撐體系的岩層結構。一般岩層自身可形成不發生台階錯動的平衡岩層結構。斷裂帶的下位岩層形成以“煤壁一支架一矸石”為支撐體系結構的岩層結構。這種岩層結構在支架參與下可獲得平衡。采場上覆岩層中具有一定厚度，而強度較高的岩層是控制采場上覆岩層移動的關鍵，這種起控制作用的岩層稱為關鍵層。

在回採過程中，能夠形成不發生台階錯動的平衡岩層結構的岩層稱為平衡岩層。設從下煤層頂板至平衡岩層頂板的高度叫圍岩平衡高度，則其上行的基本準則是：當采場上覆岩層中有堅硬岩層時，上煤層應位於距下煤層最近的平衡岩層之上；當采場上覆岩層均為軟岩時，上煤層應位於斷裂帶內。上煤層的開採應在下煤層開採引起的岩層移動穩定之後進行。

上行開採必要的層間距H可按下式計算：H>h+M/(K₁-1)

式中M：下煤層采高；K_1：岩石碎脹係數，K₁=1.10~1.15；h：平衡岩層本身厚度，按岩（煤）層柱狀圖確定。

技術措施及套用條件

上行式開採的一般技術措施：上煤層的開採必須在下煤層開採引起的岩層移動穩定之後進行；當層間距較小時，下煤層宜採用無煤柱護巷；應合理布置開採邊界；同時應避免先在上煤層開掘巷道。

一般情況下，上行式開採為非正常開採順序，只有在下列情況下，才採用上行式開採。

（1）當上層煤頂板堅硬，煤質堅硬不易回採時，採用上行式開採，可消除或減輕上煤層開採時發生的衝擊地壓和周期來壓強度，也可解除地質構造應力之影響。

（2）當上層煤含水量大時，先採下層煤可疏幹上層煤的含水。

（3）當上層為煤與瓦斯突出煤層時，下部又有可作為保護層開採的煤層，採用上行式開採，可減輕或消除上煤層的煤與瓦斯突出的危險。

（4）上部為劣質、薄及不穩定煤層，開採困難，長期達不到設計能力。可先開採下煤層或上下煤層搭配開採，以達到設計能力。

（5）建築物下、水體下、鐵路下採煤，有時候需要先採下層煤，後采上層煤，以減輕對地表的影響。

（6）開採火區或積水區下壓煤，有時需要採用上行式開採。

（7）上部煤層開採困難或投資很多，或下部煤質優良，從國民經濟需要及企業要求效益出發，有時採用上行式開採。

（8）復采採空區上部遺留的煤炭資源，等等。

研究現狀

我國的上行開採實踐始於世紀年代,煤層群上行開採引起了採礦界的廣泛關注，進行了有計畫的試采和研究工作。世紀年代，上行開採多套用於煤礦設計、礦井技術改造和老礦區礦井的復采工作中，特別是煤礦復采老礦井採空區上方遺留的煤炭資源，並獲得了一定的實踐經驗。

具體為當下部只開採一個煤層且采動影響倍數，則上煤層即可正常開採如果下煤層刀柱式開採，則下部煤柱對應的上煤層工作面中有可能出現局部頂板岩層和煤層的開裂，採取相應措施也可保證上行開採的正常進行當下部開採多層煤且采動影響倍數，則可上煤層可進行正常採煤工作當上煤層位於下煤層開採後的垮落帶之上，一般可進行上行開採上、下煤層的開採必須留有足夠的間隔時間。

影響因素

層間距

多煤層上行式開採的生產實踐及科學研究證明，層間距是影響上行式開採的最主要因素。層間距越大，上覆岩層移動越平緩，傾斜、曲率等各種變形值越小，越有利採用上行式開採。反之，上覆岩層變形越劇烈，甚至出現台階下沉或上覆岩層冒落性破壞，則需要採取一定的技術措施方可進行上行式開採。

采高

采高是影響上覆岩層破壞狀況及其高度的根本因素。一般采高越大，采出的空間越高，上覆岩層的下沉越大，各種變形值也增大，采場上覆岩層結構的平衡幾率就越小，勢必導致采場上覆岩層的嚴重破壞，採用上行式開採越困難。

採煤方法

採煤方法是控制覆岩破壞高度的重要因素。採煤方法中，其頂板管理方式決定著覆岩破壞的空間形態和高度。採用全部垮落法管理頂板時，采場上覆岩層形成“三帶”，頂板下沉量大，且隨采高而變化。如採用條帶採煤法，則上覆岩層的位移變形量小，破壞也較輕，但煤柱附近容易出現應力集中。

岩性及層間結構

當頂板賦存有節理裂隙發育的石灰岩或堅硬砂岩時，這些岩層在下沉過程中易於形成緩慢下沉，其上覆岩層將均勻下沉，堅硬岩層即使折斷，也容易形成平衡岩層結構，這有利於上行式開採。

采動時空關係

煤層采出後，覆岩冒落、移動至壓實,有一個時間發展過程。據現場實測,裂隙帶發育到最高而後穩定的時間一般需要4～ 6個月。總之上行式開採時，上、下煤層的開採應間隔足夠的時間，否則即使有足夠的層間距，開採上煤層也會遇到困難。空間上,被解放層回採工作線應在解放層采後的的卸壓帶範圍內。