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科技大观 我国村庄下采煤的回顾与展望 王金庄 郭增长 中国矿业大学北京校区, 北京海淀区学院路, 100083 摘 要 分析了我国村庄下采煤发展 4个阶段的特点。认为, 迁村采煤困难、 没有成熟的 适合村庄下采煤的成套技术和缺乏村庄下采煤的政策法规和专门的协调管理机构, 是目前我 国村庄下采煤存在的主要问题。提出, 应当采用技术、 经济和组织的综合配套措施解决村庄下 采煤的问题, 介绍了村庄下采煤的几个技术途径。 关键词 村庄下采煤 回顾 技术途径 据国有重点煤矿的统计分析, 全国 三下压煤 约137. 9 亿 t。其中建筑物下压煤为87. 6 亿t, 而建 筑物下压煤的 60 为村庄下压煤。随着我国改革 开放, 村镇企业蓬勃发展, 村镇面积不断扩大, 目前 村庄下压煤量远远大于这一统计数字。老矿区如不 开采村庄下压煤, 将很难保证矿区计划产量, 有的老 矿可能面临无煤可采、 矿井关闭的局面。新矿区应 从矿区可持续发展的战略高度进行规划, 协调村庄 下压煤开采问题, 以保证矿区的可持续发展。 1我国村庄下采煤的回顾 我国的 三下采煤工作是从 20 世纪 50 年代开 始的。几十年来我国广大科技人员在学习国外先进 经验的同时一直在积极探索、 试验具有我国特色的 村庄下压煤开采问题。村庄下采煤工作大致可以分 成以下四个阶段。 第一阶段 1970 年以前 , 当时由于我国在开采 沉陷理论和 三下采煤技术方面经验不足, 矿区村 庄一般比较小, 矿区有搬迁地, 因而主要采取村庄搬 迁的办法对村下压煤进行开采。如井陉矿务局 1970 年前共迁村 10 个。在此期间个别矿务局开始 在建筑物和村庄房屋下进行采煤试验。如峰峰矿务 局 1958 1960 年在四矿和村纱厂下试验采煤, 试验 条件为采深 H 182m, 采厚 M 5m, K H / M 36。纱厂主要厂房遭到∀ 级以上的严重破坏。1962 年通二矿东庄村搬迁采煤, 为了试验井下开采后在 地表移动盆地不同位置的农村房屋受破坏情况, 在 下沉盆地中央、 盆地拐点位置及盆地边缘分别留下 3栋房试验。采后下沉盆地拐点处房屋遭到 ∀ 级以 上严重破坏, 其他两处房屋仅受到 ∃级破坏。 经修理后, 可以使用。上述两项试验为建筑物和村 庄下采煤取得了宝贵的实践经验和科学数据。 1965 1967 年峰峰矿务局在五矿南翼四盘区 上方的旧钢厂系统试验一层和二层建筑物预加固措 施[1], 试验条件为 H 188m, M 2. 2m, 根据文献 [ 2] [ 3] 采用水泥圈梁、 钢拉杆、 构造柱和变形缝等, 其目的是试验各种预加固措施的施工方法、 加固效 果, 探索建筑物破坏与地表变形的关系。取得了砖 混结构一层和二层房屋预加固技术的实践经验和科 学数据。 第二阶段 1971 1985 年 , 此时我国已基本掌 握了开采沉陷理论和 三下采煤技术, 开始采用采 后维修加固的方法进行村庄下压煤开采试验。 1982 1984 年, 峰峰矿务局在我国首次采用大 冒顶多工作面联合协调开采方法进行了辛寺庄村下 压煤开采试验, 试验条件为 H 350m, M 1. 2m, K H / M 291。试验有效地控制了地表水平变 形, 确保 90 以上房屋安全使用, 受破坏房屋采后 进行了维修, 取得了大面积村庄下不迁村采煤的成 功经验。1985 年又在该村下用不规则条带法开采 了6煤层 M 1. 4m , 条带采出率为 63, 采后地 面房屋 90 安全使用, 取得了村下重复开采的成功 经验。 1974 1976年蛟河矿在奶子镇下以及 1985 28 中国煤炭第 28 卷第 5 期 2002 年5 月 1987 年峰峰矿务局在一矿工人村下用条带法进行 了开采试验。试验均获得成功, 取得了村庄下条带 开采的实践经验和科学数据。 1980 1985 年鹤壁矿务局在九矿工人村下用 大冒顶方法进行了开采试验, 试验取得了成功。 1978 1980 年广西田坝煤矿进行了村庄下采煤试 验, 农村房屋具有南方特点, 以木架结构为主体, 目 的是探索房屋受开采影响附加应力变化, 为划分南 方矿区木排结构房屋受开采影响破坏等级提供科学 依据。试验条件是 H 87 120m, 开采厚度 M 0. 8 1. 9m, 试验取得了成功。获得了具有南方特 点以木结构为主体的村庄下采煤的实践经验和科学 依据。在此期间枣庄矿务局采用边开采边维修, 采 后总维修并给受损房屋适当赔偿办法进行了村庄下 采煤。试验取得了成功, 取得了村庄下采煤采用边 开采边维修措施的实践经验。 第三阶段 1986 年后 , 村庄下采煤试验表明, 当煤层开采厚度大, 开采深度不太大时, 采用大冒顶 方法开采村庄下压煤, 很难保证村庄房屋不受到严 重破坏。而采用条带法开采, 煤炭损失率太大。为 了解决村庄下采煤这个量大面广的难题, 煤科院唐 山分院、 北京开采所和中国矿大等单位与现场合作, 积极开展就地建抗变形结构村庄的试验。为此, 七 五期间首先对适合各种条件下的农村抗变形结构 房屋进行了实地试验。 1983 1986 年在阳泉矿务局三矿山坡上建了 7 栋抗变形结构试验平房进行试验, 试验条件为 H 174 207m, M 1. 7 2. 3m, 房屋经受了大于 级 地表变形的影响。1986 1987 年在邢台矿务局东 庞矿建了 4栋试验平房, 试验条件为 H 267m , M 4. 6m, 一次采全高, 房屋经受了大于 级以上地 表变形的影响。1988 年澄河矿务局在董家河矿建 了 4 栋适合西北黄土高原条件下的农村抗变形结构 平房, 进行开采试验。试验条件为 H 291m, M 2. 4m。上述这些试验都取得了成功, 为后来就地建 抗变形结构村庄取得了实践经验和理论依据。 在农村抗变形结构试验房采动试验成果的基础 上, 1989 年开始进行就地重建抗变形结构村庄开采 试验。1989 年唐山分院与平顶山矿务局合作, 在张 二成沟村就地建抗变形结构村庄进行了开采试验, 共建 106 栋房屋, 建筑面积 8923. 7m2, 采后房屋经 受了 7. 7- 10. 5mm/ m 的水平变形。1990 年 唐山分院与徐州矿务局庞庄矿合作在高潜水位地区 拾西村建抗变形结构村庄进行开采试验, 试验条件 为 H 398 m, M 2. 6m, K 153。1992 年中国矿 大、 北京开采所与峰峰矿务局合作, 在峰峰矿务局五 矿袁洼村进行抗变形结构村庄开采试验。这些试验 都取得成功, 为在矿区建抗变形结构村庄取得了丰 富的实践经验和理论依据。 第四阶段, 农村抗变形结构房屋开采试验的成 功, 给村庄下采煤带来了一线希望。人们试图用这 种方法解决部分村庄下压煤开采问题。但是通过实 践发现还存在许多经济和技术问题难于解决, 特别 在市场经济条件下, 建设抗变形结构农村, 抗变形技 术措施费一般占建房造价的 25 左右, 一次性投资 太大, 企业难于承受。一些技术和环境问题也难于 解决, 如房屋倾斜纠正问题, 开采后沉陷区积水等, 特别在高潜水位地区, 积水问题更难解决。因此建 抗变形结构农村也难于在实践中推广应用。 村庄下采煤似乎是走进了死胡同, 大家急于寻 找能够解决村庄下采煤的新方法、 新技术。在这种 情况下, 有人开始寄托于用覆岩离层注浆减缓地表 沉陷方法解决村庄下采煤这个大难题。因此继 80 年代后期离层注浆在抚顺试验成功后, 90 年代开始 先后有唐山、 大屯、 新汶、兖州、 南桐等矿区开始试 验覆岩离层注浆减缓地表沉陷技术。 通过对一些试验成果研究和对一些实测资料实 事求是地分析计算, 我们认为覆岩离层注浆减缓地 表地表沉陷是一项新技术, 但是它的减沉效果是有 限的, 除个别特殊情况外, 一般情况下其减沉率可达 30 左右, 最大到 40 。有些文献报导求出的减沉 率高达 60 80 , 我们认为除去特殊条件外, 一 般是因为 一是减沉率计算方法不当; 二是计算所用 数据不当; 三是预计结果偏大不符合实际, 其原因是 预计参数和预计方法选择不当。因此希望用单独覆 岩离层注浆一种措施解决村庄下采煤问题也是困难 的。 2我国村庄下采煤存在的主要问题 2. 1矿区村庄多, 村庄压煤面积不断扩大 几十年来我国村庄下采煤虽然有了较大进展, 但还存在许多问题。因此, 还没有在较大范围内进 行村庄下采煤, 矿区生产不断发展, 产量增大, 因而 可采储量逐步减少。随着市场经济的发展, 农民人 口的增加, 生活的改善, 乡镇企业的发展, 村庄面积 增大很快。据峰峰矿务局羊渠河矿统计, 10 年间村 29 我国村庄下采煤的回顾与展望 庄面积扩大了一倍。因此村庄压煤占矿井可采储量 的比重越来越大。 2. 2 迁村采煤困难 几十年的迁村实践说明, 迁村采煤难度越来越 大。主要表现在新村选址难, 就近选村址受开采影 响, 造成二次搬迁, 远处选村址, 给农民子孙后代农 业耕种造成困难, 农民难于接受。迁村时间长, 如峰 峰五矿袁洼村从选址到搬迁历经 10 年, 严重影响了 矿井正常生产。迁村费用高, 平均一户达 6 10 万 元, 企业难以承受, 致使迁村采煤困难重重。 2. 3没有成熟的适合村庄下采煤的成套综合技术 我国村庄量大面广, 农村房屋建造材料和建造 质量较差, 又是农民的私有财产。因此村庄下采煤 对地面村庄房屋的保护条件要求苛刻。近年来许多 矿井采用高产高效的综采放顶煤方法开采, 采后地 表下沉量大, 地表变形剧烈, 地面房屋很难保护。几 十年的实践说明, 解决上述问题, 单靠现有的某一种 技术措施是难于解决的, 需要探索适合我国情况的 村庄下采煤成套综合技术。 2. 4 缺乏村庄下采煤的政策法规和专门的协调管 理机关 村庄下采煤牵涉到企业、 农民、 煤矿、 地方和国 家诸多方面的利益, 牵涉面广, 政策性强, 情况复杂, 许多问题非一家单独所能处理。因此, 需要制定具 体的技术经济政策和法规, 建立专门的协调管理机 构。制定迁村开采收费标准和房屋维修、 赔偿标准, 以便在具体实施中有法可依。同时还应建立相应的 具有权威的管理机构, 协调各方面的关系, 执行国家 制定的政策和法规, 否则村庄下采煤也难于进行。 如有的村庄下采煤从技术上是可以解决的, 但就是 因为工农关系问题不能解决, 达不成协议, 因而无法 实施。 3 我国村庄下采煤展望 总结过去我国几十年村庄下采煤的经验, 根据 不同的条件和情况, 村庄下采煤的技术途径可从以 下几方面进行试验研究。 3. 1迁村开采 当符合下述情况时, 应迁村开采。 1 煤层开采后预计对村庄房屋将产生严重破 坏, 或塌陷区积水, 影响农民的生活和生产。 2 有合适的地方搬迁, 搬迁后不重复压煤, 搬 迁后新村距原村址不太远, 不会影响农民世世代代 的农业耕种和生活。 3 企业有能力一次性负担搬迁费。 这种方式的优点是 彻底解放村下压煤, 为企业 创造好的经济效益, 改善农民的居住和生活环境, 有 利于新农村的经济和文化教育发展。 几十年的实践说明, 这种迁村方式具体执行起 来很困难, 原因是 新村址难选, 企业一次性投资太 大, 企业无法承受, 迁村时间太长, 影响煤矿正常生 产, 工农矛盾难于协调。 3. 2村庄下采煤 在迁村开采无法实现的情况下, 采用村庄下直 接采煤方式。根据村庄及村庄下的地质采矿条件, 可以选用不同的开采方法。国内外建筑物下采煤技 术措施有多种, 这里只根据我国几十年的生产实践 经验和科学研究成果, 结合我国的具体条件, 提出以 下开采措施。 3. 2. 1长壁多工作面协调开采 当开采深度较大 大于 300m 、 开采厚度较小 小于 2m 时, 预计开采后地面房屋绝大多数受到 ∃级以下破坏时, 可以在村庄煤柱范围内布置数个 成阶梯状的长壁工作面同时开采, 开采后使村庄绝 大部分房屋位于下沉盆地中心区域。开采后对受损 的少数房屋进行维修。峰峰矿务局采用这种方法在 辛寺庄村下开采了野青煤层, 结果房屋完好无损及 轻微破坏房屋占 98, 只有 2 的房屋受到中度破 坏 实际是受特殊原因影响所致 。兖州矿务局北宿 矿用双对拉、 齐头 450m 长工作面在吴官庄村下开 采了 16上煤层, 试验取得了成功。 3. 2. 2村房维修方法 开采厚度较小, 开采深度较大, 预计开采后地表 变形不大于 ∃级破坏时, 可采用边开采边监测边维 修采后总维修措施, 用长壁式冒落方法开采村庄下 压煤。采用这种方法的条件是 1 必须得到农民的 谅解和当地政府的支持、 协助; 2 妥善解决好农民 的补偿问题; 3 地表下沉后不会形成积水区。枣庄 矿务局曾采用这种方法在 4 个自然村下进行村下采 煤取得良好效果。房屋完好无损的占 62 , 级破 坏20, ∃级破坏 15. 6 , 2 抗变形结构房屋可以保障农民及其财产的 安全, 但在开采过程中和开采后总会给农民的生活、 生产及精神上带一些不便或扰动, 对此, 应求得农民 的认同; 3 企业能够承担一次性较大的投资; 4 保证抗变形结构房屋的建设和加固工程质 量。 抗变形结构新村是解决村下压煤开采的一种较 好方法, 但在目前市场经济条件下, 在大多数煤矿企 业亏损条件下, 此方法的实现又遇到了很大困难。 3. 2. 5极不充分开采法 回采工作面的倾斜长度一般为 100 150m, 随 着开采深度的增大, 采动程度系数 n n L/ H 工 作面斜长, H - 采深 减小。实测资料说明, 当 n 1/ 3 以后, 地表移动和变形将急剧减小, 有利于地面 建筑物的保护。我们称 n 1/ 3 的开采为极不充分 开采[ 5]。 利用极不充分开采原理, 通过计算确定工作面 的倾斜长度, 以宽条带形式合理布置工作面和开采 顺序, 控制地表变形, 使房屋受损程度不超过 级。 村下剩下未采的条带可采用两种方法处理。如果是 为了延缓村庄搬迁的时间, 可以在村庄搬迁后, 回采 剩下的条带。如果村庄不搬迁, 可视具体情况用开 采过程中加强监测与维修及采后总维修的方法开采 剩下的条带, 或用条带或房柱式方法开采剩余大条 带或个别条带留下不采。 我国村庄下采煤的实践说明, 只采用一种单一 措施很难解决好村庄下采煤这个难题。必须采用成 套综合措施∋∋∋ 技术、 经济和组织措施。技术上井 上井下同时采取措施, 当然要分清主次; 经济上企业 和农民都有利; 建立村下采煤领导小组, 要特别注意 处理和协调好企业与地方政府和农村的关系。实践 说明, 有时村庄下采煤技术上可行, 经济上合理, 就 是由于与地方政府或农村的关系没有协调好, 使得 村庄下采煤一拖再拖, 直至无法实现。 参 考 文 献 1王金庄, 邢安仕, 吴立新. 矿山开采沉陷及其损害防 治. 北京 煤炭工业出版社, 1996 2刘天泉, 同家骏. 矿井保安煤柱的开采与地面建筑 物的加固. 北京 中国工业出版社, 1965 3 , ∀ ∃ ∋ ∃ ∗ , ∋ ∃ ∋ −. , ∋ ∃/0 ∗1 , ∃ ∃ 231 ∗ 4 ∃ 0 ∗ 5∗∋6∗ 7 68∋ ∋ ∃ 98 ∃ , ∗ , 1963 4吴立新, 王金庄, 刘延安, 邢安仕. 建 构 筑物下压 煤条带开采理论与实践. 徐州 中国矿业大学出版社, 1994 年 5 郭增长, 王金庄, 戴华阳 . 极不充分开采地表移动与 变形预计方法 . 矿山测量, 20003 , 35 37 31 我国村庄下采煤的回顾与展望 English Abstracts Development of coal liquefaction technology Construction of the first phase of a large- sized direct coal liquefac tion project owned by Shenhua Group, the most powerful industrial group of China s coal sector will be com menced when it is ratified. The start of the 2. 5Mt capacity project symbolizes that direct coal liquefaction of this country will enter into the phase of commercial operation at plant scale. To help readers understand coal liquefac tion technology proper, its commercialization and relevant policies, our staff reporter Ms. Kang Shuyun inter viewed some key personnel in this sector. The following are the interviews with Du Minghua, director of Coal Chemical Research Institute of China Coal Research Institute CCRI , Zhang Yuzhuo, deputy general manager of Shenhua Group, Wu Zhonghu, er director of Energy Economy and Development Strategy Center of the State Development Planning Commission SDPC Energy Research Institute ERI and Fan Weitang, academician of the Chinese Academy of Engineering and chairman of China National Association of Coal Industry. On the impact of electric power sector re on the coal industry Looking back at the progress of the re of the electric power sector that has been taking place since 1997, the paper analyzes the basic contents of the re carried out in last April. The paper also analyzes the opportunity in front of the coal industry in the course of the electric power sector re, trends of electric coal purchase and its impact on the coal market development. Shanxi coal- water- mixture industry development problems and suggestions on counter measuresAccording to this paper, development of coal- water- mixture is the requirement for the further progress of the coal industry of Shanxi province. It is also a requirement for identifying an alternative industry as well as a choice for the eco nomic restructuring in this province. This paper deliberates on the promotion and application of coal- water mix ture technology based upon the actual conditions of Shanxi. The paper holds that now that the basic conditions for coal- water mixture technology promotion and application are in place, there are still some problems waiting for solution. T he paper thus proposes some rational suggestions in a hope to solve these problems. Coal mining under villages in China a review and outlook This article analyzes the characters of the four phas es of coal mining under villages in this country. The article hence holds that coal mining under villages in China is currently faced with the major problems such as difficulties in village move to make room for the coal mining opera tion, the lack of complete set of mature technology ready for coal mining under villages and the lack of policies, regulations and special management institutions governing coal mining operations under villages. The article thus proposes that technical, economic and organizational measures should be adopted to solve the problems in front of coal mining under villages. The paper also introduces some technical resolutions for coal mining under villages. Control of spontaneous fire in coal seams during stoppage and withdraw of fully mechanized longwall- top coal caving faces This paper introduces the case of spontaneous coal seam combustion in the course of stoppage and face equipment withdrawal from a fully mechanized longwall - top coal caving face in a certain coal mine of Yanzhou Mining Group, Shandong. This paper also introduces some integral technical measures taken in handling the spontaneous combustion case as well as the lessons drawn therefrom.