特殊采煤技术发展概况.pdf

一 特殊采煤技术发展概况 三 煤 科总院 北 京开 采 所 堡 京东煤矿 坚 摘要史章舟绍了我国厦国外主要产珠周末开展特珠务件下采珠研竞的历史厦现状提 出了发展我国特珠 采渫 工作 面临 的任务 。 关 嗣竺 堕 墨 基 垫 苎 墨 1 爱国特殊采嫖技术发展现状 特殊采煤即是通常所说的 三下一上 采 煤，是指建筑物下、铁路下、水体下和水体 上采煤。据统计全国 “ 三下一上”压煤可采 储量多达 8 4亿 t ，目前，每年平均从 “ 三 下 ”采 出煤炭在 3 0 0 0万 t 以上，至今已从 “ 三下 采出原煤多达 7 亿t 左右。 特殊采煤技术所涉及的内容有建筑物 下，铁路下和近水体的井下开采措施j建 构筑物抗变形结构}建 构筑物加固与 调整措施；铁路维修和水体保护；地面沉陷 区移动与覆岩破坏规律 f矿 区地面环境的评 价治理等 。 据不完全统计， 从 1 9 5 6 年起至今， 国内 发表的专著有 2 O 余部 论文上千篇。 1 9 8 5 年 煤炭部颁布了具有中国特色的 “ 建筑物、水 体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规 程 。 近几年来， 在国际会议上我国专家发表 的有关技术论文达 6 O 多篇 关于特殊采煤的 全国性学术会议已召开过 4次。 在各类建 构筑物加固措施研究中取 得多项成果，取得并推广了抗采动变形结构 房屋的研究成果。到 目前为止 ，因建筑物下 采煤引起房屋倒塌和造成人员伤亡的情况尚 无一例。 在减少地表沉陷的采矿措施方面， 条 带法、充填法、协调法等开采与全柱式多工 作面联台开采均取得了 良好效果，并已在一 2 0 1 9 9 7 ． №l 矿山压力与顶扳蕾理 { ； 缘 ， 球斧 7 礞 些煤矿得到推广应用。 在铁路线，如沈丹、林密干线下和众多 的支线、专用线下压煤已进行了安全开采。 水体下采煤方面， 如微山湖下、 淮河下、 资江下、子河下，以及许多矿区的含水沙层 下压煤开采均取得成功，为解放上亿吨煤炭 储量提供了丰富的经验。 在塌陷区治理方面，如淮北、开滦、兖 州、抚顺等矿区已相继进行 了治理试验，取 得了塌陷区水域养殖、挖深垫浅，实现旱地 水域联合经营以及矸石回填塌陷区和井下采 空区充填及地层离层注浆等技术成果，并得 到推广应用。 我国取得的特 殊采煤技术基础理论有 地表沉陷区移动变形的理论与计算方法、采 后上覆岩层移动破坏的理论与预计方法，受 采动建 构筑物附加应力分析理论等，其 理论和技术研究水平已达到国际先进水平。 同时也应看到，因我国煤矿地质条件复杂多 变，技术难度大，仍有一些技术难题尚未得 到解决，特殊采煤技术仍存在一些薄弱环节 有待进一步研究攻关解决。 2 国外特殊采煤技术发展情况 世界主要产煤国家， 如波兰、 俄罗斯、 英 国、德国、日 本、 加拿大等国， “ 三下”压煤 量大， 仅波兰建下压煤就多达 l l O 亿t ， 该国 平均每年从建下采煤 7 0 0 0 万 t ，占全国总产 维普资讯 量的 4 0 左右。 俄罗斯每年从建下采煤 5 0 0 0 万 t 。铁路下压煤仅俄罗斯就多达 3 ． 6 8亿 t ， 每年从铁路下采煤 3 0 0多万 t 。 波兰每年从铁 路下采煤 8 0 o ～ 1 0 0 0万 t 。水体下压煤 以英 国、 13本、加拿大最突出，尤其是海下压煤 储量， 这三个国家多达 1 8 ． 6 3 2 1 ． 6 8亿 t ， 每 年平均从海下采煤 2 9 6 0万 t 。 2 ． 1 建筑物下采煤技 术 波兰是建 筑物下采煤 较先进的 国家之 一 ，其建筑物下采煤方法有两种 其一，长 壁垮落或充填法全部开采；其二 ，局部 开采 条带法 ，回收率为 5 0 ～6 0 。采用的顶板 管理方法 ，水砂充填占 5 0 ；垮落 占4 7 ； 风力充填 占3 。 采煤措施有 长工作面全柱 式多煤层协调开采 ； 连续 回采 ；干净回采 ； 定向回采。建筑物的加固与保护措施有 设 置变形缝 设置钢拉杆或钢筋混凝土圈粱 ； 设 置补偿沟等 。 波兰建筑物下采煤的特点是 1 采煤 规模大 ， 全 国有 6 5个矿井涉及到城镇及工业 建筑物下采煤．并取得了明显成效。 2 安 全 系数大，要求严格，大部分城下采煤用水 砂 充填法开采 ，近几年采用垮落法 开采 因 采深加大 了 ．重要建筑物下采用条带法开 采 3 经济效益显著 ，建筑物加固、维修 和迁建费用一般占吨煤成本的 2 ～4 ， 而采 煤费用仅占 3 ． 1 。 4 城镇下采煤有法可 依 ，为合理 回收资源制定 了采矿法 ，任何部 门 个人都必须服从。维修、赔偿费用标准 有明文规定。 俄罗斯也是一个从事建筑物下采煤历史 悠久的国家。已颁布的建筑物 、结构物设计 与加固、开采保护规程 ，规范等有 3 o多部 ， 可见经验之多和对建下采煤的重视 。 此外，英国、德国也都是建筑物下采煤 历史较久的国家。英国除对绞车房留设煤柱 外 ．对其它建筑物在采取井上、下措施的条 件下都可以开采。 英国的条带法开采事例多， 有关理论 问题研究比较充分 德 国建筑物下 采煤技术水平在世界上居领先地位，有一整 套行之有效的采煤和加固保持措施，有法可 依和相应的规程、规范可循。一般采取开采 后维修办法 ，少数公用建筑设施采用开采前 加固办法。地质采矿条件对保护建 构筑 物不利时， 采用充填开采或限厚开采措施。 除 发电厂 留设煤柱外，其它工业设施和城镇压 煤都可全部或局部开采。 2 ． 2 铁路下采煤技 术 实践证明，开采后地面下沉和变形除采 深采厚 比很小 如小于 2 0 外 ， 是连续 的、 大 范围的和缓慢的。铁路的移动和变形也是如 此，因而是可 以调整的 。目前国外在铁路干 线下采煤 已有 5 0多例。 德 国 仅 萨 尔 矿 区 内 铁 路 总 长 就 达 4 3 0 k in， 其中近 3 0 0 k in处于采动影响区， 在铁 路下已用垮落法开采 6 层煤，地表最大下沉 达 1 I m。 德 国铁路下采煤时， 先由矿方提出申 请 ，由路、矿协商委员会 审查 ，最后经负责 管理采矿的政府部门批准 。获批准后进行开 采时，路方派人监测 ，承包公 司进行线路维 修 ，经费 由矿方支付。 2 ． 3 水体 下采煤技 术 英国海下压煤储量达 6 ． 4 5 ～9 ． 5亿t ． 曾 有 1 6个矿井开采海 下煤层，年产量约 1 3 0 0 万 t 离海岸距离最远达 5 ～6 k m 早在 1 9 6 8 年矿业局就颁布 了海下采煤条例 ，对覆岩的 组成、厚度、煤层采厚以及采煤方法等作了 相应的具体规定。 13本海下压煤储量有 4 ． 1 8亿 t ，曾有 1 1 个矿井进行过海下采煤。最高年产量曾达 1 2 6 0万 t ，占全国总产量的 2 9 ，工作面距 海岸的最远距离 1 2 k m， 海水深 l 0 ～6 0 r n 。海 下采煤的水患防治措施 比较严密 ，经验 比较 丰富，安全规程针对冲积层的组成与赋存厚 度作出了允许与禁止开采的具体规定。 俄罗斯在一般河流 ，含水冲积层下有许 多成功开采的实例， 于 1 9 7 3年出版了确定导 水裂隙带高度方法指南， 1 9 8 1 年颁布了有关 矿山压力与磺板管理1 9 9 7 ． № 1 - 2 1- 维普资讯 水体下开采的规程 根据覆岩中粘土层厚度 煤厚，重复采动等条件的变化来确定安全采 深，此外 ，对于井下排水设施 及在深度小 于安全深 度条件下开 采需 要完成 的技 术准 备、工作面布置、审批手续等也都有 明确规 定 ， 加拿 大东部 的锡 德 尼煤 田海 下 1 2 0 0 m 水平 上有 8亿 t 储量 。6 o年代海下最多年 产 4 0 0万 t ， 最大的海下采煤矿井林格矿 日产 8 0 0 0 t ， 保安规程根据采深与采厚 比的变化作 出了允许使用长壁垮落法或房柱法开采的规 定。巷道距海底不得小于 5 5 m。 国外水体下采煤的特点是 1 采深采 厚比值大 ，安全度要求高 2 对地层结构 的要求严格。 3 海下采煤历史悠久 、规模 大 、 安全措施严密 ， 从英、日、加、秘鲁、澳 大利亚等国海 下采煤产量看，瓶模是相当可 观的。对于安全技措 ，包括安全教育 、防水 闸门、避灾路线、开采方式等都有详细的规 定 。 3 我国特殊采煤技术面临的任务 3 ． 1 近 水体 开采技 术 解放高承压水体压煤 ， 杜绝淹井事故。 随 着开采深度不断加大，开采愈接近巨厚石灰 岩含水层 愈要继续加强底板岩层移动破坏 规律的研究， 研制有效的矿用物探技术手段 ， 发展高效大排量排水设 备，是最终解放承压 含水屡压煤和杜绝淹井事故的根本措施。同 时应加强海下采煤技术研究，以龙口矿区为 试点 进 一步研究海下煤炭资源的安全回采 技术问题 。 3 ． 2 发展有效的充璋技术 要解决建筑物下厚煤层 包括放顶煤开 采和多煤层开采引起地表下沉和变形值大 的难题 ，必须发展有效 的充填技术。充填开 采技术是 国内外行之有效的措施 ，但在我国 煤矿 目前应用 尚不普遍 ，这是解决建筑物下 压煤开采和地面环境保护的一个正确有效的 2 2 1 9 9 7 ． №l 矿 山压 力与顶板管理 途径 。为此 应进行综放开采的覆岩与地表 沉降规律的试验研究。 3 ． 3 研究综合物探新技术 为保证特殊采煤技术的安全实施 需要 对地质采矿条件进行精细勘探 ，查清采区工 作面的隐伏构造， 对诸如地震、 地质雷达、 地 温测量、层析成像、瑞利渡等物探新技术的 发展需继续开发研制 ，引进必要的仪器设备 进行应用． 提高我国的监测手段和能力 3 ， 4 应用力学数学厦电算新理论新技术 随着岩体力学、工程地质力学、数学计 算方法及各种非 确定性 问题分析理 论的发 展，必将使特殊采煤的数值模拟计算分析得 到进 一步完善，促进特殊采煤技术理论水平 的提高 ，收到事半功倍 的实际效果。 3 ， 5 制订和完善有关的特殊采煤技术法规 据统计 我国村庄 下压煤 占建筑钫下压 煤总量 的 6 0 ～7 0 ，而且多集 中分布 在河 北、山东、河南、安徽和江苏平原地区．上 述五省煤矿区内有村庄 1 0 9 4个 ，约 】 1万余 户，占全国村庄压煤总量 的 5 5 上。村庄 压煤 一般 占矿井储量 的 1 O ～3 0 ，多 的占 4 o 一再加上其它建筑物、水体和铁路 哐煤 量 则比例更大，确定是当前和今后 矿生 产建设中的一个量大面广急需解决的难题。 目前， 村庄压煤开采总量的7 5 ， 8 仍然主要 靠迁村办法实现。 随着我国农村经济的发展， 迁村征地困难越来越大，已成为华东、华北 等许多矿区生产建设 中的一个突出矛盾．应 引起足够重视 加强投人，采取措施 ，通过 技术进步与完善技术法规政策加 解决 。 责任骗辑一 川 作者简介崔德杠 1 9 4 o 年生．高级工程唯、 】 9 6 j 年 毕业于北京矿业学院采矿系，现任婊炭科学研宄总腕北京 开采所办， ＼ 室副主任， 长期从事 三下 采煤、 综采液压支 泉研宄厦科研菅理工作，曾有 7项成果获国末和部的科枝 进步奘，发表论文 2 0 余篇。 维普资讯