梧桐庄矿密集村庄下深部压煤开采对策.pdf

第 1 7卷第 8期 2 0 0 8年 8月 中 国 矿 业 CHI NA M I NI NG M AGAZl NE V0 1 ．1 7。NO ． 8 Augu s t 2 00 8 梧 桐庄矿 密集村 庄 下深部压煤 开采 对策 李文昌 ，戴华阳 ，刘义新 1 ．中 国矿 业 大学 北 京 资 源与安 全 工程 学院 ，北 京 1 0 0 0 8 3 ； 2 ．峰峰 集 团有 限公 司梧 桐 庄矿 ，河北 邯郸 0 5 6 2 0 0 摘要 梧桐庄矿密集村庄下 深部 压煤 量大且 面广 ，严重 制约着矿井 的生产 发展 。根据 我国村庄 下 采煤的实践经验 ，结合该 矿井 的实际情况 ，在经济 、技术综合 分析的基础 上 ，对梧 桐庄矿村 庄下压煤 开 采技术 的可行性进行分析 ，并从中确定最优方案 。结 果表明 梧桐庄矿密集 村庄下 深部压煤 采用跳采 全 采技术 ，技术性强 ，经济 和社 会效益显著 ，是现实可行 的技术措施 。 关键词 开采沉陷 ；密集村庄下采煤 ；深部 开采 ；协调式跳采技术 中图分类号 T D8 2 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 4 4 0 5 1 2 0 0 8 0 8 ～0 0 6 9 ～0 3 M i n i n g t e c h n o l o g y o n m i ni n g d e e p r e s e r v e s u n d e r mu l t i v i l l a g e s i n W u To n g z h u a n g c o a l mi n e LI W e n c ha n g 一 ，DAI Hua y an g ，I JU Yi xi n 1 ．Co l l e g e o f Re s o u r c e s 8 L S a f e t y En g i n e e r i n g，C h i n a Un i v e r s i t y o f Mi n i n g＆ Te c h n o l o g y B e i j i n g ，B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 ，Ch i n a ； 2 ． W u To n g z h u a n g c o a l mi n e ， Fe n gf e ng gr oup c or po r at i on l i mi t e d，Ha nda n 05 62 00，Ch i n a 近年来 ，随着开采深部化和高效开采技术 的应 用 ，压煤 量 随着 煤层 埋深 的增加 而增 加 。传统 的开 采与保护技术 ，难 于适应现代化生产趋势和国家节 约政策要求 ，村庄下压煤问题 已成为矿井正常生产 与接续的十分严重 的制约因素 ，有 的甚至导致矿井 过早关闭，带来巨大的资源减损与经济损失 。 全 井 田地 质 储 量 4 3 7 6 9 ． 6万 t ，可 采 储 量 1 3 4 5 2 万 t ，主 采 2 煤 层 ，内 有 1 3个 村庄 ，滞 压 2 煤层 地质 储 量 8 0 9 7 ． 9万 t ， 占 2 煤层 总地 质 储 量的 5 7 ％。这在我 国村庄 下采煤 的实践 中，面临 收稿 日期 2 0 0 8 0 5 1 4 作者简介 李文昌 1 9 6 O ～ ，男 ，汉族 ，河北邯郸人，峰峰集 团有 限公 司梧桐庄矿矿长 ，高级工程师，从事采矿工程与管理工作 如此大规模 的村庄压煤开采问题 ，也是罕见的。梧 桐庄矿村庄下压煤开采 势在必行 ，它的正常生产 ， 对 于缓解 矿 井生 产及 接续 紧 张 的局 面 ，更 好 的指导 今后 的生产实践 ，提高峰峰集 团有 限公 司的经济效 益及创造更大的经济 、社会效益等，具有举足轻重 的作 用 。 1矿 井及 村庄压 煤 概况 梧桐 庄 矿位 于 河 北 省 邯郸 市 峰 峰矿 区东 南 部 ， 井田呈三角形展布 ，北窄南宽，南北长 1 5 k m，东 西宽 0 5 k m，有效 面积 3 7 ． 3 6 k in。 。本 区煤 系地 层 为石 炭二 叠 系 ，可 采 或局部 可 采煤 层 7层 ， 目前 设 计开采 2 煤 。地层受构造影响呈复杂 的结构形式， 以褶皱和断层两种构造形式为主。受背斜影响，煤 a s v H r m 一 一 一 一 ～ m 一Ⅷ 吡 Ⅲ ． 一 一 一 ～ n e e C a 岫 略 m H ∞ h 一 ，三 m a ．J l 一 一 踟 嘲 一 ～ 一 一 ～ ～ 一 蒌 一 一 一 ～ ～ 一 一 ～ 一 一 一 ． 一 一 ～ 一 ～ 一 一 一 蛔 A _； ． K ～ 一 刚 砒 一 维普资讯 7 0 中 国 矿 业 第1 7 卷 层走向变化较大 ，倾角 3 。 ～1 8 。 ， 平均 1 o 。 ，平均煤 厚 3 ． 3 m。地面标 高1 5 0 ～2 5 7 m，最小采深 为 3 5 2 m，最 大采 深 8 7 9 m。区内断 层 较密 集 ， 已探 明 的落差大于 6 m 的断层 1 7条 ，断层把整个煤层分 割成多个块段。第 四纪冲积厚 5 6 ． 3 ～1 3 8 ． 7 m，潜 水位 在地 表 以下 1 0 m。井 田采用 综采 后退 式开 采方 法 ，全部垮落法管理顶板 。 梧桐 庄矿井 田范 围共有 1 3个 自然 村 庄 ，按 照 矿井 开采 计 划 ，1 O年 内 波及 村 庄 7个 ，它 们 是 南 神岗、北神岗、水渔 岗、马水涧 、谷驼老村、谷驼 新村 、韦武庄 ，分布 比较密集 ，其 中北神 岗与工业 广场相邻 ，煤 柱连成 一体 。7个 村庄 共 2 1 3 9户， 9 3 1 6人 ，占 地 面 积 1 6 1 ． 2 h a 。村 庄 建 筑 物 新 旧 混 杂 ，房 屋质 量参 差 不 齐 。全 矿 1 3个 村 庄受 护 面 积 2 4 4 ． 9 万 m ，压 2 煤 储 量 达 8 0 9 7 ． 9万 t 。南 神 岗、北神岗等 7个村庄受护面积 2 1 7 ． 6万 m ，压 2 煤储量达 3 7 2 2 ． 4万 t 。 2 梧 桐庄 矿村 庄 下采煤 可行性 分 析 1 异地迁村和连环迁村措施的可行性 异地迁村实质上不是一个技术上的问题 ，它更 是一个 经 济和社 会 问题 。异地 迁村 措施最 大 的优势 在于，可以从根本上解放村庄煤柱 ，使煤柱开采在 时 间上和 位置上 ，不 受地 面 采 动 影 响程 度 的限 制 。 但是 ，迁村措施受到经济投入大和协调困难等因素 的严 重制 约 ，这 些方 面往 往成 为实施 迁村 方案 的严 重障碍。下面仅就迁村的初期投入进行概算 。 南神 岗、北神 岗、水渔岗、马水涧、韦武庄、 谷驼老村 、谷驼新村 等 7个村 庄，累计 占地面积 1 6 1 1 9 4 0 m 2 4 1 8亩 ，建 筑 面 积 3 8 ． 7万 m ，累 计 占压 2 煤 3 7 2 2 ． 4 万 t 。 按 当时 2 0 0 1 年 的价格 ，7个村 庄异 地迁建 经 费概算 如下 迁村 房 屋 与 占地 面 积 扩 展 率 2 0 ％ ，征 地 价 格 至少 6万元／ 亩，建房价格 2 0 0元／ m ， “ 三通一 平 ” 通 电 、通 水 、通公 路 ，平整 村址 计 价 8 0元 ／ 亩 。所 以 ，①征 用土地 费用 2 4 1 8亩 1 ． 2 6万 元 ／ 亩 一1 7 4 0 9 ． 6万元 ；② 建房 费用 3 8 ． 7万 I T I 1 ． 2 X 2 0 0元 ／ m。 一 9 2 8 8万 元 ；③“ 三 通 一 平 ” 费 用 2 4 1 8亩 1 ． 2 8 O元／ 亩 一2 3 ． 2万元 。 仅此三项累计费用为 2 6 7 2 0 ． 8万元 。按 回采率 7 0 9 ／ 6 计算 ，7个村庄煤柱可采储量为 2 6 0 5 ． 7万 t ， 迁 村增 加 吨煤 成本 1 0 ． 2元 。显然 ，村 庄 异 地 迁 村 初 期投 资经 费巨大 ，增加 成本 数额 大 。在 当时煤 价 只有 2 0 0元／ t 、生产 成本 达 1 5 0元 ／ t 的情 况 下 ，异 地迁 村代 价太 大 。 不 仅 如 此 ，搬 迁 还 占用 耕 地 ，费 工 时 ， 占农 时 ，而 且如 此大 规模 的迁 村 ，井 田 内无 地可 征 ，井 田外又迁移距离太远。这些均是异地迁村 的不利因 素 。 如果考虑矿井村庄下采煤的全局性 ，我们可有 异地 迁村 的另 一 种模式 ，这就是 连 环迁村 。南神 岗 作 为首期 被迁 村 庄 ，虽然初 期投 入 大 ，若 能顺 利实 施 ，则 为后续 村庄 搬迁 提 供 了新 村 址 。这样 一个接 一 个搬迁 ，上一个村庄为下一个村庄准备新址 ，直 至第 1 3个村 庄搬 迁 ，需 要 征 地 的村 址 只 有 首 迁 的 南神 岗，其综合效益将是明显的。连环迁村的关键 在于 搬迁 的可 操 作 性 ，这 是 一 项 繁琐 的 系统 工 程 ， 需 要 考虑 的是 ，搬 迁村 庄 的就近 接续 和生 产掘 进 的 接续 。1 o年内，搬迁村庄 的顺序 可设 计为 新址 一 南 神 岗一水 渔 岗一马 水涧 一 韦武庄 一谷 驼新 、老 村 一 北神 岗。 这样一来 ，可 以相继解放多个村庄的压煤。如 能解 决资 金 问题 和管理 问题 ，异 地迁 村 和连 环迁村 方案 ，技 术 上是 可行 的 ，连 环迁 村 比单一 的异地迁 村效益更加明显 。存在的弊端是 ，迁村周期太长 ， 一 旦 任何 环 节出 现偏差 ，就很难 往 下进行 ；搬迁 工 作将 成 为矿井 日常 的 主 要工 作 ，牵 涉 的 精力 巨大 。 因此 ，连 环迁 村虽 有效 益 ，但搬 迁 对象 因耕 地距 村 址太 远 等一 系列 困难 ，目前 还难 于 实施 。 2 就地 重建 抗 变形 房屋 措施 的 可行性 就 地重建 抗变 形房 屋 ，能提 高 村庄 房屋抵 抗 采 动变形能力 ，使村庄煤柱开采基本不受建筑物保护 的制约 。上述 6 村 除谷驼新村就地重建 ，主要 经费概算 如下 ① 村 庄 扩 展 征 地1 9 8 5 ． 5亩 2 O X 6万元 ／ 亩 一2 3 8 2 ． 6万元 ；②建抗 变 形房 屋 3 4 ． 2万 i n ] ． 2倍 X 3 0 0元 ／ m。 一 1 2 3 1 2万元 ；③ 整 理废 墟 3 4 ． 2万 n l 3 0元／ m。 一1 0 2 6万 元 ；④ 通水 、电 3 4 ． 2万 m 4 0元 ／ m。 1 3 6 8万 元 。 4项 累 计 经 费 1 7 0 8 8 ． 6万 元 ， 吨煤 增 加 成 本 9 ． 2元。就地重建在管理上存在诸多劣势 ，譬如重 建时间长 ，房屋质量难于保证 。新建房屋还可能因 抗 变形 措施 不足 ，引起破 坏 而 出现二 次赔偿 ，而部 分房屋则存在措施多余和无效投资的问题 。 3 充填 开采 与离 层注 浆方 案 的可行 性 本矿没有进行过此类方法的应用 ，技术可行性 需经实验验证 。就减沉效果而言，充填开采减沉率 可达 6 O ～7 O ，而离层注浆减沉 率一般为 3 O 9 ／ 6 左 右 ，而且 主 要 适 用 于单 面 开 采 ；从 经 济 投 入 来 看 ，充 填 系统初 期 投资 巨 大 ，矿 井 又没 有现 成 的充 填 材料 ，故 充 填开 采方 案是 不 可行 的 。离层 注浆 也 维普资讯 第 8 期 李文 昌等 梧桐庄矿密 集村庄下深部压煤开采 对策 因面 临 同样 的问题 而难 付诸 实施 。 4 条带 开采 方 案 的可行 性 条带 开采 方案 是立 足 于控 制地 表移 动 和变形 的 煤柱部分开采方案 。以南神 岗为例进行分析 。 为使 村庄 房屋 免受 采 动 的明显 影 响 ，① 取条 带 采宽 a H。 ／ 1 0 6 0 m， H。 为 平 均采 深 ，取 为 6 0 0 m 。② 按 平 均 载 荷 法 原 理 ，2 煤 煤 柱 强 度 富 余系数 取 为 K一2 ． 4 ，安 全 系数 取 为 1 ． 5 。则 条 带 留宽 6 ≥ h a ／ k n 一1 ． 5 X 6 0 ／ 2 ． 4 ～1 ． 5 一 1 0 0 m。屈 服 带 宽 度 一 0 ． 0 0 5 MH。 一 0 ． 0 0 5 3 ． 0 6 0 0 9 ． 0 m。③ 煤柱 核 区率 为 6 2 r 。 ／ b 一 1 0 0 1 8 ／ 1 0 0 8 2 6 5 ，因此 煤 柱 是 稳 定 的 。此 时 条 带 开 采 面 积 采 出 率 为 6 0 ／ 1 6 0 X 1 0 0 一3 7 ． 5 。所 以 ，条带 可 以采 出煤 量 5 5 5 ． 9 3 7 ． 5 ％ 一2 0 8 ． 4万 t ，丢 失 煤量 5 5 5 ． 9 6 2 ． 5 一 3 4 7 ． 5万 t 。 条 带 开 采 的优 点 是 村 庄 房 屋 无 明 显 变 形 破 坏 ，避免 了迁 村 或重 建之 累 ；但对 本 矿井 而言 ，缺 点 也是非 常 突 出的 ① 由于 采深较 大 ，为 保证 煤 柱 稳定 性 ，必然 加 大条 带煤 柱宽 度 ，从 而降低 了资源 回收率 ；②而且还存在单面产量小 、生产率低 、掘 进率 高 、矿井 服务 年 限大 幅度 缩短 等 诸多 问题 ；③ 资源 回收 率低 ，储 量损 失严 重 ，不 符合 我 国资 源节 约化 开采 的原 则 。 以上各 条 ，均是 与梧 桐 庄矿 建井 的初衷 和 峰峰 矿务 局对 梧桐 庄 矿尽 量 多地采 出井 田 优质 肥煤 的现 实要 求不 相符 的 。 5 协调式跳采技术与房屋采后维修综合方 案 的可行 性 本方案立足于最大限度地回收村庄煤柱 ，把井 下开采技术与地面监测和房屋维修措施结合起来 ， 以期达 到最 优效 果 和最佳 效 益 。其关 键是 井 下开 采 方 案 的严格 实施 、地 面村 庄 房屋 的及 时监 测 和采 后 对 受损 房屋 的维 修 。 煤 柱最 大限 度 回收 的可行 性 ，取 决于 如下 3个 方面①平均采厚 3 ． 0 m多，充分采动最大下沉不 超过 2 ． 4 m，而当地潜水位为地表以下 1 0 m，因此 ， 开采 不存 在大 面积 积水 问题 ；②煤 柱采 深较 大 ，平 均为 6 0 0 m，因此 ，单 一工 作 面 开采 引起 的地 表 变 形相对 较 小 ，对 房 屋 的影 响 有 限 ；③ 虽 然 存 在 断 层 、厚 冲积层等因素 ，使下沉量有所增加 ，但地表 变形被减缓 ，移动角增大也使得移动范围缩小。 考虑到矿井 的现实状况 ，认为本方案最适合梧 桐庄 矿密集 村庄 深 部压煤 的开采 。 3梧 桐 庄矿村 庄 下采煤 效 益评价 按照协调式跳采技术思想 ，对南神岗、北神 岗 等 7个村 庄煤 柱进 行 了开 采方 案设 计 。设计 分 5个 采 区 4 5 个 工 作 面 ，累计 开 采 面 积 为 7 9 5 ． 1万 m ， 村庄煤柱 的面积 采出率平均为 9 4 ． 0 ，可采优质 肥煤 3 0 4 6 ． 3万 t 。 截至 目前 ， 已 回采 南 神 岗 村 庄 煤 柱 6个 工 作 面，出煤 2 6 5 ． 8万 t ，创 产值 1 3 ． 8 2亿 元 ，利 润 7 ． 5 3亿 元 。 目前 ，村 庄 少 数 房 屋 出现 Ⅱ级 轻度 损 坏 ，对村 民进 行 了赔 偿 。村下 采煤 取得 良好 的经 济 效益 。 显然 ，本方案的开采设计研究 ，立足于井下开 采技术和提 高煤柱 回收率 ，解放了大量的原本滞压 的优质 肥煤 ，给矿井 的常规 生产 带来 直 接效益 ，可 获 得 巨大 的经 济效 益 。 村 庄煤 柱 的解放 ，为本 矿 区提供 了大量 的就业 机会 ；煤柱开采虽然对村庄房屋造成一定损害，但 通过全面维修与合理赔 付，也将给村民带来益处 ， 村 庄煤 柱开 采将 带来 良好 的社 会 效益 。 4 结 论 综 上分 析 ，南神 岗 、北 神 岗等密集 村 庄深 部压 煤 开采 ，可 有如 下结 论 1 搬 迁村 庄 技 术 上是 可行 的 ，但 资金 投 入 大 ，井 田内无村 址可 迁 ，井 田外搬 迁太 远 ，因而不 能 实施 ； 2 采 空 区充 填 开 采 与 离层 注浆 方 法 应 用 上 有待 试验 ，初期 投资 大 ； 3 完 全条 带 开 采 ，技 术 可行 ，但 资 源 损 失 大 ，有违 建矿 初衷 ； 4 协调式跳采技术 与房屋采后维修综合方 案 ，技术性强 ，经济效益和社会效益显著 ，是现实 可行 的技 术措施 。 1 参考文献 [ 1 ] 李凤明 ，耿德庸．我国村庄下采煤的研究现状 、存在 问题 及 发展趋势 C J J ．煤炭科学技术 ，1 9 9 9 ， 2 7 1 0 1 3 ． [ 2 3 何国清 ，杨伦 ，凌赓娣 ，等．矿 山开采沉 陷学[ M] ．徐 州 中国矿业大学出版社 ，1 9 9 4 ． [ 3 ] 戴华 阳 ，王金庄 ，刘天新 ，等．村庄下深部压煤开采的技术 途径探讨[ J ] ．矿山测量 ， 2 0 0 3 ， 3 1 5 1 7 ． [ 4 3 李敏 ， 段新伟 ，范建 民，等．南 营村下压煤条 带开采技术 研究 [ J ] ．科技 资讯 ，2 0 0 7 ， 2 5 1 9 2 0 ． [ 5 3 戴华 阳．非充分开采原 理与跳采全采技 术 的应 用研究 E R3 ． 北京科技大学博士后 出站报 告，2 0 0 2 ． [ 6 3 中国矿业大学 北京 ，峰峰集 团有限公 司梧桐庄 矿．新建 矿井密集 村 庄 下 深部 压 煤 协 调式 跳 采 技术 研 究 技术 报 告 r R] ．20 0 6 ， 1 2 ． 维普资讯