上行开采法是指在一个煤系地层内,含有两层以上并有一定间距及开采价值的煤层，在开采手段上是先采下部煤层,然后再开采上部煤层。在上行开采过程中，由于下部煤层的开采，形成大面积采空区，岩体在自然重力及开采影响下会产生变形破坏，致使上部煤层回采的过程中岩体裂隙发育，顶底板破碎，管理困难，一般矿井设计极少采用。目前，国内外关于上行式煤层开采的矿压显现规律基本没有进行过系统的观测和研究。上部煤层开采的过程中，还存在着许多技术难题，仍处于实践性和经验性的定性研究阶段。鉴于此，本文针对东山煤矿现有煤层赋存状况和开采技术条件对12号煤层51216工作面上行开采可行性进行分析，并结合现场实践，得出一些有益的结论。

1工作面基本概况

东山煤矿主要开采煤层为12号、15号煤层，目前，下部煤层五采区15号煤层基本采完，为了缓和生产接替紧张的局面，提高矿井产量，对上部12号煤层51216工作面开采。12号煤层平均厚度为2.185 m，倾角6—12°，埋深150m—270m。直接顶厚3.37m，为深灰色泥质灰岩，具脘足类化石；老顶厚5.18m，为深灰色页岩，夹钙质结核，节理发育；直接底厚2.41m,为浅灰色细砂岩，含较多大炭粒；老底厚度为2.39m，为灰色砂质页岩互层斜层理清晰。51216工作面采用长壁高档普采，全部垮落法管理顶板。

51216工作面下方为15号煤层51521工作面，两煤层间距离较近约27—40m。51521工作面采用长壁式分层开采，全部垮落法管理顶板，于2004年10月上、中分层已采空，共采出煤厚4m。51521工作面顶板为深灰色L₁石灰岩，致密坚硬，不易冒落，垂直和斜交节理较发育，裂隙充填方解石，一般厚度在2.5m，底板为灰黑色沙质泥岩或粉、细砂岩，常有薄层泥岩伪底。51216工作面和51521工作面布置和层位关系如图1所示。

图1  15号煤层51521工作面与12号煤层51216工作面布置与层间位置剖面示意图

2  51216工作面上行开采的可行性分析

12号煤层51216工作面能否实现上行开采取应决于①上、下煤层采高；②上、下煤层的间距；③上、下煤层之间岩性；④下煤层开采顶板垮落情况等诸多因素。根据实践经验，国内外关于上行开采一般常把采动影响倍数的大小作为能否实现上行开采依据。即：

式中，—采动影响倍数；—上下煤层之间的垂距，m；—下煤层采高，m。

当下部开采多个煤层时，用综合比值K_Z判别，即：

式中 ，K₂=，；

—分别为煤层至煤层的垂距，m；

—分别为下部各煤层的采高，m。

目前国内外关于能否实行上行开采的实践经验判别方法如下：

（1）波兰上行开采倾斜煤层的实践经验

当下部开采一个煤层时，上、下煤层开采的间隔时间为1年以上。当k＞6，可成功进行上行开采；当k＜6时，上煤层受到不同程度的严重破坏，不能上行开采。

（2）前苏联上行开采实践经验

①开采缓倾斜和倾斜煤层时，采动影响倍数k≥10，上行开采成功；k＜10 上煤层受到不同程度的破坏，采取一定技术措施，可以上行开采。

②开采急倾斜煤层群，采动影响倍数k＞8，上煤层正常开采。

（3）我国煤层(群)上行开采的实践经验

①当下部开采一个煤层时，采动影响倍数k＞7.5；上煤层可正常进行掘进和采煤。

②根据上、下煤层之间岩性确定为：坚硬岩层时，k=8；中硬岩层时，k＝7.5；软弱岩层时，k＝7。先采下部一个煤层，一般可以不影响上煤层内进行正常准备和采煤。

③上煤层位于下煤层开采的冒落带之上的一定高度时可正常进行上行开采。

④上、下煤层的开采必须间隔足够的时间。可以参照式T=ηK+0.25（年）估算。式中，η—上覆岩层稳定影响系数，一般当上、下煤层之间为坚硬岩层时取0.1，为中硬岩层时取0.08，软弱岩层时取0.06。K—采动影响倍数。

（4）数理统计经验公式

上部煤层受到下部煤层采动影响时，上行开采所必需的层间距为：

式中，—下煤层的采高，m；—上煤层的高度，m。

综合以上所述，取东山煤矿15号煤层51521工作面采高为4m，取采动影响倍数k=7该工作面开采所必需的层间距为28m；根据数理统计经验公式判定所必需的层间距为24.56m。通过上述分析，可以判定东山煤矿12号煤层五采区51216工作面，基本能够满足上述条件可以进行上行开采。

3 51526工作面开采实践

51216工作面从2005年10月开始正式回采。工作面长为130m，工作面推进长度为590m，采用DY-150T采煤机落煤、装煤，SGW-40T可弯曲刮板输送机运煤， DZ-2.2T单体液压支柱与2.2m长π型钢梁配套成对交错迈步支护顶板，移梁放顶，全部垮落法处理采空区。51216工作面顺利回采，主要矿压显现有以下特点： 

(1) 工作面初次垮落

当工作面推进至距离开切眼15m左右时首先在工作面机尾部局部垮落，然后自机尾分别向中部、机头垮落。当工作面推进至距离开切眼23m左右时采空区顶板基本全部垮落，以后采空区顶板随采随冒，切顶线紧随支架后端，冒落矸石基本能够全部充满采空区（如图2）。51216工作面初次来压步距平均为20.19m，工作面顶板最先垮落的位置是在发生在工作面上部（靠材料巷），结合图51216工作面位置图可以看出，12号煤层51216工作面开切眼机尾处位于下部15号煤层51521工作面采空区内，机头位于51521工作面采空区外。使得51216工作面回采期间工作面上部顶板首先垮落。说明15号煤层51521工作面的开采对12号煤层51216工作面回采有一定影响。

图2  51216工作面顶板初次垮落及切顶充填情况

（2）51216工作面平均周期来压步距为6.8m。在观测期间，周期来压步距大部分集中在3.3—9.0m之间。在工作面靠机尾部步距较大。这是由于该工作面距离15号煤层间距较大（靠机尾部约40m），而51216工作面靠机头部距离15号煤层间距较小（约27-30m）。说明不同层间距离对上行开采影响程度不同。

（3）顶板状况

通过观测统计，机道上方顶板形成结构完整，未发生大面积的漏顶现象，支柱稳定性较好，能保证采煤机的正常割煤。工作面顶板下沉量不大，距离煤壁2.4m处顶底板累计移近量平均为114.51 mm，最大控顶距处顶底板最大移近量平均约为166mm。

工作面顶板下沉速度平均约为0.0036mm/s。在无工序影响阶段为0.0019mm/s—0.0022mm/s；采煤机割煤时对顶板下沉速度显著影响范围在采煤机前后＋5m—－15m之间，移近速度一般在0.005—0.008 mm/s之间，最高可达0.012mm/s；顶板下沉速度较大的工序为移架前到移架后。下沉速度为0.0295mm/min—0.018mm/min。

（4）工作面支架载荷

支柱初撑力小于11.46Mpa(90kN），占支柱总量的89.9%，支柱的实际初撑力偏低，工作面支架工作阻力在整个开采过程中，工作面前排支柱平均工作阻力为5.99MPa；中排支柱平均工作阻力为 7.71MPa； 后排支柱平均工作阻力为10MPa。工作面实测工作阻力如图3所示。

图3  51216工作面单体支柱阻力随工作面推进变化观测曲线图

（5）回采巷道变形

图4为51216工作面回采巷道在采动影响阶段观测变形曲线。观测结果可以看出，受工作面采动影响随工作面推近巷道顶板和两帮移近量逐渐增大。在观测期间回采巷道顶板绝对下沉量平均约235mm；两帮绝对移近量平均约126mm；底鼓量平均约17mm，巷道底鼓量较小。工作面超前采动影响范围一般在工作面前方20 m左右。

图4  采动影响阶段巷道围岩变形曲线

4 结论及建议

（1）通过生产实践表明，现有的开采方法、支护方式能够实现12号煤层51216工作面的上行开采，并总结出上行开采矿压显现规律。但采用这种方法时,下部煤层最好采用无煤柱护巷。

（2）上煤层的开采应在下煤层开采引起的岩层移动稳定之后开采。

（3）上行开采时，上下煤层要有必要的层间距。东山煤矿当下部15号煤层采出高为4m时，能够实现上部12号煤层的顺利回采。

（4）上部煤层开采时，应加快采煤工作面推进速度。提高采面推进速度，可缩短变形过程，减少变形程度。

 参考文献:

1   汪理全. 煤层(群)上行开采技术[M ]. 北京: 煤炭工业出版社, 1995. 60- 67.

2  钱鸣高, 刘听成主编. 矿山压力及其控制[M ]. 北京: 煤炭工业出版社, 1991. 95～101.

3  汪理全, 李中颃. 平四矿开采方案的优化[J]. 中国矿业大学学报, 1995 , 24 (2) : 70～74.