建筑物下综合机械化采煤技术研究.doc

建筑物下综合机械化采煤技术研究 [摘要]煤炭资源是世界最主要的能源之一，煤炭资源的蕴藏地点遍布各种地形结构之下，因此，开采的方式也多种多样。建筑物下采煤技术的研究在我国由来已久，通过了近半个世纪的不断摸索和实践，取得了一定的进展，并获得了相当丰富的宝贵资料。在现有的建筑物下采煤技术的基础上，.通过深入的分析，总结充填开采、条带开采、离层注浆等方式的主要特点，并从中寻求未来建筑物下采煤技术的发展方向是各方面专家所关注的重点。 [关键词]建筑物下采煤；充填开采；条带开采 1、前言 近年来随着各煤矿不断的深度开采，我国现有的煤炭存储量逐年下降，而建筑物下的压煤储量高达90亿t，成为煤炭开采转型的重点开发方向。特别是在矿区的建筑物下储煤量相当巨大，一方面严重制约了矿区的进一步发展；另一方面也给煤炭的开采工作带来了一定的难题。工业化的不断进步，加速了我国的能源需求，煤炭供应远不能够达到现有的需求水平，因此，进一步实施建筑物下采煤，扩大煤炭供应成为了许多矿区未来发展的着眼点。如何安全、有效的开展建筑物下的开采工作，一方面保证矿区的正常生活，同时能够对地下压煤进行最大限度的挖掘，实现矿区经济效益的再发展，成为目前采煤研究的重点问题。 2、建筑物下采煤方法 由于建筑物对煤矿的覆盖，使得煤炭的开采变得较为困难，在具有建筑物覆盖的矿区，为了能够维持矿产的正常产量，通常要进行建筑物下的开采工作。在开采的过程中要尽量减轻对地表沉降的影响，并尽可能的保护地面已有建筑，因此，使得地下的开采工序复杂，难度较大，常见的开采方法有以下几种 2、1充填开采 通常，在对建筑物下进行采煤的同时，如何保持地表原有的地面结构和地表承受力是开采工作考虑的重点。充填开采顾名思义是采取填充物来对煤炭开采过后形成的采空区进行支撑，通过内部的充填来保持对地表承受力的支撑，从而有效的保护地表建筑物，填充物常见的有水砂、矸石等。地表的下沉主要与开采的厚度关系密切，在建筑物采矿实践中，我们可以看出，开采的厚度越厚，对地表的支撑能力越小，地表的沉降值越大。不同的顶板方式，所产生的下沉值也各不相同，即便同样采取充填法管理顶板，不同的充填物所产生的下沉系数也不同，一般情况下水砂的下沉系数为0.15左右，而矸石的为0.5左右。尽管充填开采可以大大降低地表的沉降，但却使开采工作的成本大大增加，增幅可达2535。 图1 充填采煤工作面布置图 2、2条带开采 目前我国国内建筑物下采煤常用的沉降控制开采方式是条带开采。由于条带开采技术上比较容易达到，不需要附加的特殊技术作为支持，因此，得到了大部分适用条件的矿区进行采纳，并投付使用。条带开采是通过对煤炭储藏层的勘测，将煤层合理的按照条带的形式进行划分，再试试开采的过程中，并不是全面的采煤，而是有计划地按照预定的方式进行隔条开采，很大程度上保留了原有煤层的架构，从而降低覆岩层的沉降，有效的保护地表建筑，防止地表变形。我国大部分的煤炭矿区都集中在村庄密集的地区，由于地表建筑物的覆盖使得开采工作较为艰巨，条带开采既节省了技术支出，又有效的防止了地表沉降，很好的保护了地面原有的建筑与居民的正常生活，因而得到广泛的关注和应用。采用条带开采法下沉系数可以控制在0.010.20之间变化，地面建筑物损害一般可控制在I级以下；开采条带宽度变化在5150m之间，宽深比为0.030.4，一般为1/31/10；面积回采率为2580。但条带开采也有一定的弊端，条带开采尽管不需要其它附加工序，但对现有的储煤量只能实行最大限度50以下的开采，使得近一半以上的煤炭资源仍然长埋地下，成为了制约条带技术进一步发展的瓶颈。 图2 采空区条带充填模式 2、4 覆岩离层注浆 离层注浆很好的实现了煤炭资源的最优化开采，弥补了条带开采以损失煤炭资源为代价的不足，同时也避免了采用充填开采而造成的资源浪费与成本的增加。它是采用向地面钻孔向上覆岩层进行注浆，从而抑制地表沉降的一种有效方法，既不需要改变地下采煤作业的工艺也不需要投入大量的资金来对地面进行大范围的加固，因而得到了广泛的认可，并越来越多的应用于“三下”采煤方式中。通过多个试点煤矿进行建筑物下采煤的实际应用得到的数据显示，煤炭开采区的沉降降低率可以达到2070，极个别的矿区甚至可以达到防沉降80。 3、建筑物下采煤的发展趋势 3、1矸石将成为充填采煤作业的主要选材 随着我国建筑事业发展速度的不断加快，砂子的成本价格与日俱增，采用水砂填充式采煤作业的成本进一步扩大，极大的压缩了利润空间，使采煤作业累计成本不断刷新。因此，矸石充填将逐步取代水砂成为充填采煤的主要手段，极可能的控制成本支出，引导吨煤的价格指数实现良性的发展。由此可以预计在今后的建筑物下采煤方式中，水砂的使用量将会大幅减少。矸石，是煤矿生产中的残渣物，可以很好的实行就地取材，利用矸石直接填入井下，免去了运出井的繁琐和不必要的劳动支出，从而实现矸石不出井，也改善了矿区地面到处是矸石山的状况。采用矸石置换煤炭资源的方式，即达到了综合治理矿区的目的，同时也实现了地面建筑物与地表沉降的缓解，将建筑物下采煤实现绿色洁净生产变为可能。 3、2进一步完善条带开采方式 条带法开采在我国应用较早，也是最为行之有效的建筑物下采煤手段之一。然而条带法的缺点是大大降低了煤炭的可开采量，如能对条带法进行进一步的合理化研究，提高可采量，这种方法将是最为值得推广的低成本开采方式。近年来，我国的众多学者对条带开采法进行了大量的研究和实践，并对各种地质结构进行分析和测算，试图在条带的布置和规划上寻求突破和改进，一方面增加条带交叉对地面的支撑力度，另一方面扩大矿产的可采面积，实现采煤方式上的规划突破。经过几年来的摸索，采煤比率确有增加，通过对变采留比条带的计算分析，变采留比条带在产生同样地表最大下沉直的条件下减少地表最大变形值，也就足在相同变形值的要求下，变采留比条带可提高条带法开采的采出率。 3、3覆岩离层注浆减沉技术有待于进一步发展 基于岩层控制的关键层理论的提出，可将保证覆岩主关键层不破断失稳作为建筑物下采媒设计的基本原则。为了保证建筑物下采煤既具有较好的经济教益，同时又确保地面建筑物不受到损害，关键在于根据具体条件下覆岩结构与关键层特征来研究确定合理的减沉开采技术及参数。离层注浆减沉应用得还不够广泛，.需要解决的理论、实践方法问题还很多。尽管如此，仍可断定离层注浆减沉方法会得到逐渐推广应用，并在应用中完善。如近年来已经将离层往浆与大条带间歇开采结合应用，可以解决建筑物下适应机械化的诸如加大开采工作面长度，减少工作面搬家次数等一系列建筑物下开采难题。 4、结语 实施建筑物下采煤作业时，仅仅依靠采掘方式的改善并不能够对地面的建筑物进行全面的保护，必须要结合适当的建筑物保护措施，才能够抵抗地表变形带来的结构压迫。就采煤方式而言，节约成本、提高效果是建筑物下采煤方式选择的主要宗旨。针对充填开采、条带开采与覆岩离层注浆式开采的实施现状，可以看出，我国建筑物下采煤的发展趋势是以环保、低耗为最终目的的，注重可持续矿区发展是采煤作业的长期目标。 [参考文献] [1]王金庄.我国村庄下采煤的回顾与展望[J].中国煤炭,200923-24. [2]王同孝.矿区沉陷与土地复垦[J].矿山测量，2009,333一35. [3]周国锉.建筑物下采煤[M].北京煤炭工业出版社，2009101-102. [4]王洪连.机械化采煤技术探究[J].中国煤炭，200956-57.