试论村庄下采煤的技术问题.pdf

山西科技 2 0 0 3年第 1 期 口问题探讨 姗 试 论村庄下采煤 的技术 问题 贾元旦 摘要 文章 讨论 了村庄下采煤的技术 问题 。 关键 词村庄采煤技术 中图分类号T D 8 2 3 文献标识码A 文章编号1 0 0 4 - - - - ．6 4 2 9 { 2 0 0 3 0 1 - - - 5 3 - - - - 0 2 我省是煤炭大省， 煤炭产业是我省的支柱产业 ， 在全省经 济中占有举足轻重的位置。随着改革开放 ， 一方面矿区的开采 不断发展 ， 产量增 大 ， 可采量逐 步减少 ； 另一方面农 民群众生 活 水平大大提高 ， 村镇面积不断扩大 ， 新居新村如雨后春笋， 乡镇 企业蓬勃发展， 村庄压煤占矿井可采储量的比重越来越大。这 就和 日益发展的煤 炭产业形成 明显 的矛盾 。 目前 ， 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； 新矿区也应从矿区可持续发展 的高度进行规划， 协调村庄下压煤开采问题， 以保证矿区的可 持续发展 。 我省村庄量 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 。一些煤矿采掘村庄下压煤后 ， 引起地面 下沉， 地层变形剧烈， 部分房屋倾斜裂缝甚至倒塌， 沉陷区积 水， 给人民群众的生命和财产安全造成很大的威胁。太原市西 峪煤矿就是因为采空引起地形变化伤害当地农 民利益而引起 与群众的纠纷被推上诉讼台的。因此， 积极探索 、 认真研究村 庄下采煤的技术问题是一件至关重要的事情。总结我省几十 年来村庄下采煤技术成果和生产经验， 根据不同的地质条件和 情况， 选用不同的开采方法， 进一步完善村庄下采煤的技术途 径， 我想从以下几个方面进行探讨。 一 、条带法开采 条带法开采的机理是保 留部分煤以条带的形式支撑上覆 岩层， 改变全垮落开采而造成的覆岩破坏形态 ， 控制冒险、 裂隙 带的发育 ， 从而减少由于开采引起的地表变形， 减少由此而造 成的地面房屋等建筑物的损坏， 特别是在高潜水位条件下， 可 避免村庄被淹， 采后不需要大量资金维修房屋和环境整治。近 年来， 我省的不少煤矿根据本矿条件， 进行了条带法开采的试 验和实践， 取得了较好 的效果。条带法开采可保持地面建筑 物， 回收部分煤炭资源， 但其采出率受到很大的限制， 主要表现 为掘进率高， 回采率低。因此， 如何提高条带法开采的采出率 问题是关 系到这一采煤 技术应用前景 的首要 问题 。 条带开采的采宽和留宽必须适应采深、 岩煤层力学性质及 其厚度。采宽过大， 地表容易出现局部下沉盆地； 留宽过小， 支 撑能力不够 ， 煤柱失稳后引起岩层和地表下沉变形增加。然 而 ， 采宽和留宽的确定 ， 又要考虑回采率的要求 ， 根据以往的经 * 山西省煤碳职 工培训 中心 ， 0 3 0 0 1 2太原 收稿 日期 2 0 0 2一l l l l 验 ， 条带开采法在下述情况下能够取得较好的技术经验效益。 采深较小时， 煤层上覆岩层内至少应有一层坚硬厚岩层。 最大采深不宜大于 5 0 0 m。 采留比为 4 o ％～6 o ％， 最大为 6 5 ％， 采宽和留宽与采深的 大致关系如下表 。 条带开采的采留宽度与采深关系 采深 H m 采宽 m 留宽 m 回采率％ 4 0 O 0， 1 H 0 ， 1 H 5 0 2 0 0～4 0 O 3 0 3 0 5 0 1 0 0～2 0 0 2 0～2 5 2 0 5 0～5 5 7 0～ 1 0 0 1 2 1 5 8～1 0 6 0 按顶板管理方法不同， 条带开采有冒落条带开采和充填条 带开采两种情况。按工作面的布置方式不同， 条带开采则有走 向条带开采和倾向条带开采两种情况。在开采单一煤层和煤 层倾角较小 例如 ≤1 5 。 时， 对顶板管理方法或是工作面布置 方式都没有特殊要求 ， 而在开采多煤层和煤层倾角较大的情况 下， 则要考虑煤层倾角大而引起煤柱失稳的问题。煤层倾角较 大时 ， 条带一般应沿倾向布置， 而在采用机械化开采时 ， 则以沿 走向布置为佳。在分层开采厚煤层时， 冒落条带仍可由上而下 进行 ， 充填条带则应由下而上进行。在开采煤层群的情况下， 如果煤层间距大于下层煤的“ 两带” 高度， 对条带布置和开采顺 序无特殊要求； 当煤层间距小或接近于“ 两带” 高度时， 则要求 先采下层， 由下而上地逐层进行， 并要求各煤层中的煤柱按法 线方向对齐 ， 以减少对其产生的有害采动影响。 二、 充填开采方法 水砂充填开采方法。充填材料主要是河砂、 山砂 、 工业废 渣、 矸石 、 电厂粉煤灰等 ， 以河砂、 山砂为最优。在充填质量较 好的情况下， 其地表下沉系数为 0 ． 1 ～ 0 ． 2 。工业废渣有废油母 页岩、 洗矸及炉渣。用工业废渣充填其地表下沉系数为 0 ． 1 5 ～ 0 ． 3 0 。用电厂粉煤灰作充填材料 ， 也是成功的， 但次于水砂 充填。主要是内在水分难以消除， 因此在开采单一煤层充填或 充填老采空区。水砂充填的充填能力大， 小时充填能力可达 2 0 03 0 0 m 3 ／ h以上， 能满足机械化采煤工作面产量要求。此 外 ， 水砂充填法除适应于普采工作面外， 也可用于综采工作面。 53 维普资讯 口问题探讨唧 山西科技 2 0 0 3 年第 1 期 水力矸石充填开采方法。用矸石作充填材料， 由于矸石来 源广 ， 加工容易， 故其适用性大。取决于矸石的岩性组成， 其地 表下沉系数为 0 ． 2～ 0 ． 3 。 风力充填开采方法。充填材料主要为井下矸石、 河砂、 山 砂和洗矸。粒度要求一般小于 6 0 ra m， 含泥量为 1 5 ％～2 0 ％以 下。我国已能 自行设计制造风力充填机， 并实地试验成功。最 新的风力充填机， 其充填能力可达 2 5 0 m 3 ／ h以上， 能够满足机 械化长壁工作面产量要求。 自溜充填开采方法。适用于倾斜和急倾斜煤层条件。充 填材料为井下矸石、 山砂和碎石等， 对材料粒度要求不严格。 手工带状充填开采方法。适用于薄煤层采煤工作面， 充填 矸石取 自煤层夹矸和冒落区顶板矸石。 三、 长壁多工作面协调开采 当开采深度较大 大于 3 0 0 m m 、 开采厚度较t b t b 于 2 m ， 预计开采后地面房屋绝大多数受到Ⅱ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。汾西矿区采用这种方法在南阳等村 下开采了野青煤层， 结果完好无损及轻微破坏房屋占 9 8 ％， 只 有 2 ％的房屋受到中度破坏 实际是受特殊原因影响所致 。 四、 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Ⅱ级破坏时， 可采用边开采边监测边维修后总维修措施， 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。吕梁地区车家 庄煤矿采用这种方法在 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 6 2 ％， I级破坏占 2 0 ％， Ⅱ级破坏 占 1 5 ． 6 ％ ， m级破坏 2 ． 5 ％ 有 断层影 响 。 长壁多工作面协调开采和村房维修方法的突出优点是节 约资金 ， 避免迁村采煤和建抗采动房屋等一次性大量投资。因 而， 应积极创造条件采用这种方法开采村庄下压煤。 五 、 建抗变形结构新村 当煤层开采厚度较大， 预计开采后地表产生很大变形， 房 屋将达到Ⅲ一Ⅳ级以上破坏 ， 村庄搬迁困难， 可采用就地原址 重建抗变形结构的新村。采用的抗变形措施主要是刚性结构 措施 钢筋混凝土基础圈梁 、 檐口圈梁和构造柱 和柔性结构措 施 水平滑动层 、 变形缝和缓冲问 。阳泉矿务局和煤科院、 中 国矿业大学等单位合作进行 的抗变形结构房屋的现场试验和 相应的理论分析研究为在我省矿区建抗变形结构村庄提供了 实践经验和理论依据。就地或异地建抗变形结构新村， 在一定 条件下是解决村庄下压煤开采的好方法。其适用条件是 ①开采后新村址 区域不会形成积水 区； 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、 生产及精神上带来一些 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， 在部分煤矿企业亏损条件下， 此方法 的实现又遇到了一定的困难。 六、 极不充分开采法 回采工作面的倾斜长度一般为 1 0 0～1 5 0 m， 随着开采深度 的增大， 采动程序系数 n nr ／ H工作面长， H ． 一 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。 利用极不充分开采原理， 通过计算确定工作面的倾斜长 度， 以宽条带形成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 I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 ， 或用条带或房柱方法开采剩余大条带或个别条带留下不采。 七 、 全柱式单--3 - 作面大面积开采 当预计的分层或单一工作面的地表静态变形值小于建筑 物的允许变形值时， 可以在一个煤层的全煤柱内用单一工作面 布置方式进行开采， 即所谓“ 扒皮” 式开采。这时建筑物下只有 一 个煤层或分层的固定开采边界。若按常规布置方式在采区 内连续开采多个煤层或分层 ， 则会出现多个煤层或分层固定开 采边界的重合 ， 其静态变形值将大于建筑物允许变形值。如果 预计的厚煤层或多个煤层累计的地表静态变形值亦小于建筑 物的允许变形值 ， 此时亦可以在厚煤层或多个煤层全煤柱范围 内用采区联合式布置方式按常规方法进行开采。 八、 全柱式多工作面大面积开采 当预计的分层或单一煤层工作面的地表静态变形值大于 建筑物允许变形值 ， 而动态变形值小于建筑物的允许变形值 时 ， 必须采用在全煤柱范围内布置多个工作面同时开采的方 式。这时建筑物下只有一个分层或煤层的移动开采边界， 建筑 物则只受到地表动态变形的影响。 Di s c u s s i o n o n Te c h n i c a l Pr o b l e ms o f Co a l M il l g u nd e r t h e Vi l l a g e s A BS 3 RAC r T h i s p a p e r d i s c u s s e s o n s o m e t e c h n i c a l p r o b l e m s o f c o a l 峨1 m d e r t h e v 珊a g e s ． KEY W ORDS v i l l e c o a l m i n i n g t e c h n i c a l p r o b l e m 5 4 维普资讯