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浅析我局“三下”采煤的重要性与可能性 第六图书馆 采煤 水下 建筑物下 铁路下 可能性宝鼎科技苏英不详1992第六图书馆 第六图书馆 孕 咖] ＼ 夕 ／可 浅析我局 “ 三下“采煤的重要性与可能性 地 测 处 苏英 一 、煤炭资源形势 1 9 8 9 年四川煤炭产量突破七千 万 吨 大 关，居 全国第四位，可谓是产煤大省。但是 四川煤炭保有储 量仅 占全国的 6 ，屠第十 三位。四川人 口众多、煤炭人均 占有量不足 百吨，为全 国平均数的j 5 ％。可见，我省的 煤炭 资源是很贫 乏的，应该说四J i l 属于缺煤 省份。 攀 枝花市是 一个 与矿业活动密 切 相 美 的重要工业城市 现已探明的矿藏达三 十多 种，但除储量丰富的钒钛磁铁矿、石灰石矿 等外，煤炭储量不 容乐观，现保有储 量仅 占 全省的 6％。所 以说攀枝花也是缺煤地区。 攀枝花矿务局1 9 9 1 年末保有能利用储量 4 ． 0 5 亿吨，可采储量仅2 ． 5 亿 吨 包 括 “ 三 下”压煤。国家批准矿区发展规划为年产 5 0 1 万吨。花山矿扩建 己投产 ， 大宝顶矿扩建 正在进行。1 9 9 1 年矿务局生 产 原 煤3 6 8 万 吨，而乡镇小煤窑却生产1 2 O 多万吨 为矿 务局现生产能力的三分之～， ‘ 人为地加 大了 开采强度，并且小煤 窑技术管理差，回采率 相当低，加之无证乱采滥掘，大量煤炭资源 被破坏无法回采。矿区现有储量仅可供开采 几十年，后 备资源不足。矿区深部勘探 刚刚 开始 普查，无法保证我市钢铁工业的长 迁安展需要。事实告诉我们，不能 以攀枝花 矿区煤炭资源丰富而盲 目乐观。要认识到煤 炭资源的形势严峻，纠正错误观念，正确对 待煤炭资源不足 的现实。要合理开发利用有 限的煤炭资 。 二、 “ 三下”采煤的重要性 我国矿产资源极为丰富，煤炭资源也是 比较丰富的，大小煤田星罗棋布予 全 目 各 地。在辽阔的煤产地上，分布着数以万计的 城镇和村庄还有纵横交错 的 铁 路、河 流、 湖泊、水库等。在这 些 城 乡 建 筑 、铁 路 和水体下压着大量的煤炭 资源。攀枝花矿务 局各井 田内的地面建筑物压媒，比起水体下 压煤更为突出。因此，合理开发，有效利用 煤炭资源，解放建筑物下压煤，对缓和矿井 生 产接续，延长矿井服务年限，发挥老井挖 潜，发展煤炭工业都有着十分重要 的现实意 劳永逸的，还必须进行维修，也需要一定的 财 力和物力 比另掘一条巷道少得多。 为搞好采准巷道的支护改革，还要进一 步开展巷道 的矿山压力 观测，找出不 同地质 条件下工作面开采后沿倾斜方向的支承压分 布规律， 以确定更为合理的区段煤柱尺寸， 使巷道避开支 承压力影响区，尤其是压力高 峰区，为选择合理的支护方式提供依据。 4 0 参 与 文献 j、 工 字锅 可 缩性 支 架 候朝 炯 、 马念杰 煤 炭科 学技 术1 9 9 2 № ． j 。 2、 矿 山压 力 及其控 制 钱 鸣 高、 刘听成 煤炭工业 出版社1 9 8 4 第一版。 3、 对 采煤工作面端头矿压显现规及 采准巷道锚杆 支护 的探讨 江光宏 中煤 公 司 顶板管 理 资料 汇 编 I 9 9 I 。 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 义和深远 的历史意义。 下面就从我局各井 田范围 内压煤情况， 说明开展 三下“压煤的试验和研究工作势 在必行。据不完全统计，我局 三下“压煤 如表 J。 枝枝花矿务局 三 下”压煤统计表 表 ． f 单位万吨 ＼胜 ＼叨 建 筑 物 水 体 铁 路 单 ＼ 、 煤 量 矿区建 备 注 位 筑柳 村庄 河流 水库 局 计 2 3 2 0 1 9 5 2 5 2 O 暂 无 1 小 宝 鼎 煤 矿 5 I I 1 9 2 暂 无 太平 煤矿 7 0 0 6 0 6 2 3 O 暂 无 花山 煤矿 2 5 O 7 5 5 2 2 5 2 O 暂 无 大宝顶煤矿 5 7 ． 3 7 6 l 暂 无 - 沿江 煤矿 3 O 4 5 0 7 0 暂 无 以上压煤量合计为5 6 6 8 7 f吨。如 开 展 “ 三 下“采煤按 回采率卸％计算，可多回收 煤炭2 0 2 7 万吨。按年生产能 力4 0 O J Y吨 计 算，可供全局采五年。每吨售 价 按4 O 元 计 算，可创牧 价值1 ． 6 亿元。不但直 接 经 济效益可观，而且从客观上看可以缓 解生 产 接续，保持 矿区稳产高产。 攀枝花矿区是 闻名全国的优质炼焦煤 和 炼 焦配煤产地，是攀枝花钢铁工业理想的能 源基地，四J i I 低硫 、低磷 、低 ～ 中灰炼焦 用煤资源特别紧缺，攀枝花不能盲 目强化开 采。不能 “ 有水快 流”，应该细水 长流。应 该精心设计 、改进采煤方法，最大限度地提 高资源回采率。为攀钢提供更多更 好 的 能 源。 三、 “ 三下“开采的可能性 由于各种建筑、构筑物所形成的时间、 结构、用途等各有不 同，如完全采 取 留 煤 柱、势必造成完整 的采 区或1 面被切割成 几部分，给巷道布置 、开拓设计带 来很多困 难 和问题，甚至造成大量煤炭无法 正 规 开 采。我局的情况更为特殊，各井田农民居住 零星分散，矿区公用建筑和职工住 宅欠帐较 多，矿区江南压煤的地方甚多，如 都 留 煤 柱，问题 就严重了。 ／ 早在 几十年前，我 国己有不少 曷矿在村 庄和较大 的公民建 筑及主要工业厂房等大型 建筑物下、铁 路下、水体下开 采，并 取 得 了丰富的经验，积累 了 宝 贵 的 资 料。比 如抚顺胜利矿利用水砂充填法开采车辆厂 及石油一厂下的保安煤柱l焦作演马矿用风 力充填开采村庄下压煤都获得成功。又如新 汶、井经、札赉诺尔利用水砂充填解决河下 采煤 问题，南桐在莆河下开采、辽源在大西 河下开采 等都有成功 的经验 。铁 路下采煤 的 成果也很多，在国家铁路干线下采煤的第一 个试点是鸡西麻 心矿，他们在林密干线3 3 公 里 下进行开采，第二个试点 的是鸡西滴道矿 在林密干线6 G 公里下进行开采。南桐矿务局 南 桐二井在铁路支线上 的铁路板塘 隧 道 下 J 0 7 米 长用 条带式采煤法进行了成功的 开采等等。实践经验告诉我们，坚持 实践第 一 的观点，坚持 唯物论的反映论，就一定能 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 认识世界和改造世 界。但是，要 由必然 1 三 国 到 自由王国，能 动地改造世界，还要 反复多 次实践。 大量压在 ‘ ‘ 三下” 的煤炭资源，亟待最 大 限度地把它开采出来，为我国社会主义现 代化建设发光发热。据不完全统计 、攀枝花 矿务局各井 田内属于建筑物下压煤量达4 4 2 3 万吨，是 目前水体下压煤量的十倍， 还 没有铁路下压煤。下面、就开采建筑物 下压 煤 的可能性谈一点认识。 J、地表移动观测对于建筑物下采煤至 关重 要 由于种种原 因，攀被花 务局的地表移 动观测工作 起步较 晚，至今有的矿尚未建立 观测站 。 要说研究是很不够 的， 建筑物下试采 工作 的差距就更大 了。我局第一个地 麦移动 观测站，建立于1 9 8 1 年，即太平煤矿北三采 区1 0 - 煤层 的6 1 0 1 、6 1 0 3 、6 1 0 5 三个四采工 作面上，称 “ 6 O 观 站”。此站 由局地测 处 原测量队地形组于1 2 8 0 年I 2 月 起 筹 建， 1 9 8 1 年 8 月全部建站工作结束 包括完成 了 采前两次全面观测。该站设观测点1 1 4 个， 其中凿岩点J 2 个，其余均为予制水泥桩埋 点。观测线叁条 条走 向线、两 条 倾 斜 线。从I 9 8 1 年 8月起到1 9 8 4 年近三年的时 间共观澳 l 2 2 次，取得了大量 的观澳 l 数据。但 由于该站测 区条件复杂，地面起伏 高 差 大 控制点与工作点问高差最大J 5 O 米，己知 点距测区3 ～ K 12 1 ，相对高差4 0 0 - ． ． 5 0 0m 米，区内灌木丛生，也有一些 4～ 5 1 2 1 高 的青杠树，视线受阻。井下为急倾斜煤层， 仑贮法开采，并当工作面 回采到接近下沉活 跃处突然停采 ，失去了关键时刻 的重要观测 数据的准确性。加之受地质采矿条 件 等 制 约，所求出的地表移动参数不 够 理 想，但 是，通过该站观测资料的整 理 分 折 S 6 年 又专门请唐 山煤科分 院协助进行了 总 结 分 桁，对我局太平煤矿地表移动的基本规律 有了初步的认识，所得出的地表移动参数可 供本矿 区参考应用。主要参数如表 2。 技 观 测 资 料 求 得 的 地 裘 移 动 参 数 表 2 k w b 斜 k t k h ． k e 。 f{ 。 b 遣 t g 走 s 击 k 山 0 ． 0 1 8 o ． 8 9 9 ． 3 2 5 8 9 ． 2 4 6 。i 3 6 。l o ． 3 5 i I 6 0 ． 1 8 H 0 ． 0 0 2 表 中 Kw一开采急倾斜煤层黔下沉影响 系 数 ， b 斜 一倾斜方向的水平移动系数， b 走 一一走 向方向的水平移动系数， Kt 一最大倾斜系数， Kh⋯ 最大 曲率系数， Ke 一最大水平移动系数， 九 。 一煤层底板方向边缘角， O煤层顶板方向边缘角， t g f ； 走 一 一 走向方向主要 影响角正切’ 4 2 S 走一 走 向方向拐点偏移距， H 一 一 开 采 深度 ， K山 一山区 滑移影响系数。 由于对 山区急倾斜煤层开采后 的地表移 动研究的不够，加之对其它影响地表移动的 因素尚认识不足，为完善适应本矿 区的地表 移动参数，今后 尚需建立 各种类型 的 观 测 站，为开展压煤开采做好基础工作。 2、失败是成功之母，大胆实践才有 出 路 太平煤矿立足予缓和生产接续，采 区正 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 常生产，多回收煤炭，解决职工住房紧张、 搬迁难等问题，大胆探索，在局内率先摘建 筑物下试采。他们参照局 内实际观测资料和 以往采后产生移动变形 的实际经 验 参 数， 于1 9 8 9 年在太 平 煤 矿 9 0 O 水平 北 一 采 潮 区西矸山职工住 下 进 行 局 部 建 下 采 煤 参见艮； j该小区 内有职 工 住 宅2 6 栋， 建 筑 面 积 1 7 9 9 ． 9 m。 。其 中 专 木 结 构1 1 8 ． 4 M ，其余均为千 打 垒 瓦 盖 或 油 毡盖平 房。房 屋 大 多 数 集 中 在2 2 1 0 7 工 作面上方。试采小区地 表 标 高1 1 6 0 - - - 1 1 8 0 米 ， 井下标高上部2 2 1 0 5 I作面回风道1 0 0 8 ． 5 米，下部2 2 j O 7 ， 工作面溜子道9 5 米。采深在 1 7 1 ． 5 米“ - - 2 1 4 ． 5 米之间，平均1 9 3 米。本 区 有可煤层四层 1 0 - 。 ，】 5 ，】 8 ，2 卜 ，试 采 在j O 一 ‘ 煤层进行。2 2 1 0 5 I作面走向长3 2 0 米 ， 倾斜长9 O 米 ， 2 2 j O 7 工作面走 向长2 6 0 米， 倾斜 长8 7 米。采煤方法刀 柱。煤 厚1 ． 3 米， 采高1 ． 6 米，煤层倾 角3 O 。 。顶板管理方法陷 落。该处采矿地质条件 与6 j O 观测 站 处 相 似，仅煤层倾 角较 小些。为总结试采经验教 训，采前设立 了专门的观测站 如 图 J。 为应付不测，制定了第二方案，即采取应急 措施，一旦房屋受采动影响破坏严重时，就 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 采 取大修或搬迁 的办法。开采期间进行了认 真 的定期观测和对房屋的巡视检查。试采 区 地表移动观测值如表 3。 规程规定，建筑物下采煤安全条件 采 后 地 表 移 动 观 测 值 统 计 表 表 3 下沉 倾斜 i mm／m 曲率k 1 O ／ m 水平移动 m m 水 平 变 形 禊 I 线 8 m m／ m m m 走向 一2 4 2 ． 7 2 ． 5 C ． 1 4 0 ． 2 4 3 7 9 0 0 ． 8 3 ． 3 倾斜 一4 9 5 0 ． 1 3 5 ． 8 0 ． 3 1 0 ． 1 9 2 6 5 ． 9 4 ． 2 的准则是 对于零 星建筑物，受开采影响 后经过维修，能满足安全使用要求。对 于大 片建筑物 群，受开采影响后大部分建筑 物不维修或小修、小部分建筑物经中修或大 修后能满足 安全使用要求。“ 建筑物的破坏等级划分如表 4。 建 筑 物 的 破坏 等 级 划 分 表 表 4 破坏 地表变形值 可能达到的破坏程度 处理方式 等级 倾 斜 ； 曲 率水平变形 i Y I 1 m／ Y I 1 k 1 O 一 3 ／ m ￡ mm／ I I 1 I 略 - 6 ． 0 重建或拆除 从表 3统 汁的实测地麦移动值 可 以 看 出，各种变形值都比较小，均没有超 过 规 程 规定的建筑物 Ⅱ类破坏程度。在该试采 范国内的地表建筑物 可称之为小建筑群、在 2 6 栋住房 中除在 回采 工作面边缘的周 书安、 冯代元、张继奎三户人家 的房屋墙体有不同 裂缝 最大一处3 5i n1 1 1 外，门窗无歪斜， 梁支承完好无异。其余住房至今朱发现 』 他 异常现象 如 图 2。 试采经总结监定， 认力宏观经 济敛益和 企业经济效益都较好。 ①缓和一个采煤 队的生 产接续四个月， 确保了正常生产 ， ②多回收煤炭 4 ． 】 万吨，创z [ k 7 8 万元， 4 ⑧节约搬迁费1 4 ． 4 万元。 太平煤矿在矿区尚没有完整的地表移动 参数的情况下，在小范围内搞建 下开采 初试 成功，对我 局进行试采 研究和继续开展压煤 开采都有重大的现实意义和指导意义。试采 说明，在相应类似 的条件下，进行建筑物下 开采是 可能的。 四、体会与建议 体会 J、地褒移动和变形对建筑物的影响问 题 。 众所周知，深埋在地下的煤层 开采后顶 板岩石就要 冒落，由于力的传递地表将随之 产生移动和变形，诸如塌陷、下沉、裂缝、 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 虏屋裂缝素辅 11 3 ’ J习 二 倾斜 、 弯曲和水平移动等等。 地表建筑物 由此 也相应地遭到变形与破坏，其程度除受地表 移动和变形影响外，还 与地表建筑物本身具 有一定的抵抗变形能力和允许 变形值有关。 这当然由建筑基础的平面布置 、长度宽度、 埋深、材质、载荷分布、结构与建筑 的重要 性等因素决定。在众多的地表建筑物采动影 响调 查中发现当每次采动后地表变形值不 超过建筑物的允许变形值，即使地表下沉量 较大，建筑物也不一定会遭到严 重的破坏， 与此相反，地表的总下沉量不大，但超过建 筑物的允许变形 值，建筑物也会遭到严霞蛮 形或破坏。 2、地表移动和变形与下山方向的关系 我局煤层赋存大部分为倾斜与急倾斜煤 层，目前沿倾斜方向开采宽度 较 小，采 动 又不充分。一是倾斜煤层尚形不成完全的下 f 钕 易 B c 沉盆地，观测到的下沉量较小，二是急倾斜 煤层，地表个别地方曾发生过抽冒形成大小 不 同的塌 陷坑，这种情况对建筑物构成了严 重的威胁。 当进入矿区深部开采后，沿倾斜 方 向的开采宽度也随之扩大，采动影响的主 要 变形将与下山方 向的拉伸水平变形、岩层 软弱面产生的集中水平变形有关。 建 议 J、 “ 三 下’ ’采煤是一 门综合性较强， 涉及多个学科的边缘科学，因此，技术难度 大，管理工作复杂， 目前尚处于探索研究阶 段。要开展 “ 三下 采煤工作，蜀、矿两级 就必须在总工程师的直接领导下， 由计划、 设计、生产技术、地质测量等部 门参加组成 “ 三下 开采 研究小组，制定 “ 三下 开采 规划，并抓紧组织实施。在财力和物力上要 予 以大力支持。 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 7 ／ 丁 仫一／ ， ／ 2 2 】 8 5 采面坚硬顶板控制 太平 矿 吴达 坚 __， _ 一 长期来，我矿采用刀柱法开采坚硬顶板 煤层，带宽一般在1 5 , 3 0 m，回采率低，顶 板大面积来压时严重影响安全生产。为此9 0 年 9 月开始 ， -2 2 1 8 5 采面试验 长壁法开采， 以探索坚硬顶板自 j 活动规律及其控制方 法。 一 、概 况 2 2 1 8 5 采面位于太平矿 4 - 9 0 0 水平北一采 区南翼第三段，平均采 深2』0 m，走 向 长 3 9 0 m，倾斜长8 5 m； 采面上 临2 2 I 8 3 刀柱采 空 区，下方为2 2 1 8 7 i备工作面，南靠 1 1 0 0 水平主平峒保护煤柱，北至本煤层采止线。 1 8 煤层 厚1 ． 3 3 1 ． 6 3 m，采 高1 ． 7 ～ 2 ． 8 m，平 均2 ． 3 m，倾 角2 8 “ 3 8 。，平 均 3 。 。 直接顶为含砾粗砂岩，厚 mk - 6 m； 老顶为含砾粗砂岩，厚 mk 1 4 ． 5 m，直接 底 为粉砂岩，厚0 ． 5 m，老底为细砂岩 及 粉 砂岩互层 ，厚4 ． 2 m，详见柱状图 图 』。 2 2 】 8 5 工作面采 用长壁后退式 回 采，初 次来压期间沿真倾斜炮采，初次来压后伪俯 斜高档普采 ，单体液压支柱配铰接 顶 梁 支 1 护，人工强制放顶，顶板控制参数由设计计 算确定。 0 ／ ＼l 6 翳 j 亲 是 1 ．5 ／ ＼ 砂 岩 2 ‘5 ／ ＼镪 砂 岩 ● O 含{ I l 砾 雨 3 耳 ■喇 ～赶 畛老 0 ．I5 ／ O O ‘＼ 菇 ●a l ● ● 俩 者 ＼ o O ／聊 J il i I 者 O O 6 -o 舍砾粗吵者 I O 口 ／ 煤 _昃 ● o ＼ I f 7 I．T 曼 ／／{Il 修j i- O ．V ＼ ／ 徊 砖 眚 I ．I ／ _ ‘ 、 ＼ I屐 ’层 图 』 柱 状 图 2、为了使 “ 三下”开采工作 顺 利 进 行，当前就要全面开展地表变形与岩移观测 工作。从局到矿都要建立岩移观测小组，配 备有足够数量的专业人员 每个组 8～】 O 人 为宜，并责承有一定工作能力和业务水平 的中、高级职称的专业干部负责这项工作， 同时各有关部 门也应选派工作上不 怕苦、事 4 6 业心强的同志参予其中工作。尽快拿出矿区 各种不同类型条件下的有 关 参 数，为 “ 三 下’ ’开采创造必要的条件。 3、 “ 三下”开采工作是一件涉及安全 生产、技术性较强、难度较大的工作，不能 一 哄而上，应先搞试采，在取得经验 e P 有 较可靠参数的前提下，再全面铺开。 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆