我国煤矿三下一上采煤技术现状与展望.pdf

中国煤炭行业知识服务平台 推荐阅读推荐阅读 我国煤矿冲击地压发展 70 年理论与技术体系的建立与思考 我国大采高综采技术及围岩控制研究现状 保水采煤研究 30 年回顾与展望 煤矿“短充长采”科学开采模式研究 西部煤炭绿色开发地质保障技术研究现状与发展趋势 基于保水采煤的煤炭开采带与泉带错位规划问题 煤矿冲击地压灾害防控技术研究现状及展望 基于负煤柱巷道布置的煤矿冲击地压防治技术研究 软弱厚煤层沿顶掘进并沿底回采技术研究 松散煤岩组合体不均匀破坏试验研究 采场空间结构模型及相关动力灾害控制研究 坚硬顶板型冲击地压发生机理及监测预警研究 基于动静载叠加原理的冲击矿压灾害防治技术研究 大空间采场远场关键层破断形式及其对矿压显现的影响 岩层移动理论与力学模型及其展望 我国水体下保水采煤技术研究进展 层影响下岩体采动灾变响应研究现状与展望 特大断面冲击地压巷道破坏机理及控制技术研究 动压影响下的软岩巷道加固治理技术研究 弱胶结富水顶板巷道围岩控制技术研究 第 卷第 期煤 炭 科 学 技 术 年 月 . 移动扫码阅读 郭文兵马志宝白二虎.我国煤矿“三下一上”采煤技术现状与展望.煤炭科学技术 / . . / 我国煤矿“三下一上”采煤技术现状与展望 郭文兵马志宝白二虎 .河南理工大学 能源科学与工程学院河南 焦作 .煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南 焦作 摘 要我国“三下一上”建筑物、水体、铁路等线性构筑物下及承压水上煤炭资源储量大“三下一 上”采煤是我国煤炭资源枯竭型矿井提高资源采出率延长矿井服务年限及实现可持续发展的有效 举措 在分析建构筑物下采煤现状的基础上阐述了源头减沉控损开采技术措施主要包括充填 开采、部分开采协调开采及减小建筑物变形的覆岩离层注浆技术措施等 通过分析长壁开采引起的 覆岩破坏传递过程提出了基于该过程的覆岩破坏充分采动程度判据及其高度计算方法揭示了煤层 开采覆岩破坏高度形成机制采用地面钻孔观测及协调开采法成功进行了水体下等不同地质采矿条 件下采煤并针对高强度开采对松散含水层破坏特征进行了大地电磁探测分析了采动影响下松散含 水层破坏特征揭示了松散含水层破坏机理并验证了大地电磁法用于探测含水层破坏的可行性 总 结了我国“三下一上”采煤技术方法及安全技术措施 研究认为我国煤矿“三下一上”采煤技术将以 源头减沉控损开采方法覆岩破坏控制技术研究为主地下煤炭原位保护开采技术将是未来建构 筑物及水体下开采的发展趋势 关键词“三下”采煤岩层移动地表沉陷采动损害与保护长壁开采 中图分类号 文献标志码 文章编号 . . 收稿日期责任编辑朱恩光 基金项目国家自然科学基金资助项目国家自然科学基金重点资助项目 作者简介郭文兵男河南商丘人教授博士生导师 .. 通讯作者白二虎男河南周口人讲师博士 .. . . . . . . . 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 郭文兵等我国煤矿“三下一上”采煤技术现状与展望 年第 期 . . 引 言 “三下”采煤技术是在地表附属结构下进行煤 炭开采的一种开采技术主要分为建筑物下、水体下 及铁路下开采 伴随着我国交通、电力及油气运输 等行业的高速发展高速公铁路、高压线铁塔及 地下管道等构筑物均成为煤炭开采中的重点保护对 象 与此同时在承压水上开采时煤层底板在采动 与下伏承压水的耦合作用下可能发生底板突水事 故威胁工作面的安全因此将“三下”与承压水上 开采统称为“三下一上”采煤 经过半个多世纪的 研究与实践该技术得到了迅速发展和提高形成了 具有中国特色的特殊开采技术体系 我国以煤炭为主导的能源结构长时间内将难以 改变而在煤炭资源大规模开采的同时也形成 了大面积沉陷区严重影响了地表建构筑物的安 全及生态环境的稳定 随着煤炭开采重心的战 略转移中东部矿区煤炭资源日益减少煤矿践行可 持续发展的理念是必由之路 同时在生态环境保 护意识增强及对生存环境要求提高的情况下“三 下一上”采煤也成为影响矿区工农关系的源头如 何在保障地表附属物安全有效控制地表沉陷及实 现煤矿可持续发展的前提下进行工作面安全、绿色 开采是我国煤矿亟须解决的重要问题 近年来随着开采强度及开采面积的不断增加 解放建筑物下、水体下和铁路下压煤逐渐成为中东 部矿区开采的难题 为实现工农关系稳定和矿区生 态环境的协调发展有必要对“三下一上”采煤技术 的现状及进展进行总结以提高煤炭采出率减轻或 避免采动损害达到延长矿井服务年限实现煤矿可 持续发展的目的为煤矿“三下一上”采煤技术的研 究提供参考 建筑物下采煤 建筑物下压煤在“三下”压煤总量中占约 且多数集中于中东部矿区随着我国社会、经济及技 术的迅速发展城镇和工业用地面积日益扩大地面 建筑物也逐渐增多导致建筑物下压煤所占比重增 大 在建筑物下采煤时建筑物的破坏程度主要取 决于地表移动变形量及建筑物抗变形能力而部分 矿区开采引起了大量地表建筑物破坏而导致村庄搬 迁统计数据见表 据不完全统计仅两淮、鲁西 基地的搬迁人数已高达 万余人由此可知建 筑物下采煤成为我国中东部矿区面临的主要难题 表 部分地区压煤村庄及人口迁移数据 地区搬迁村庄数量/ 个搬迁人口/ 人 鲁西菏泽市 鲁西济宁市 两淮基地 针对建筑物下采煤技术基于采动影响的本质 通过不断地探索研究与现场实践形成了多种减轻 建筑物损坏的源头减沉控损开采技术措施 结合煤炭开采负外部影响的防控思路可知 避免或减轻采动影响对建筑物损坏的本质在于有效 控制地表移动变形需从源头上采取相应的抑制措 施即结合建筑物情况地质采矿条件及社会经济等 因素采用合理的开采技术措施进行建筑物下采煤 主要包括充填开采、部分开采协调开采以及覆岩 离层注浆等 . 充填开采 充填开采是用充填材料替换煤炭的方法目前 充填开采主要包括固体充填、膏体充填、超高水 充填等 固体充填是一种解决煤矸石排放及土地资 源问题的绿色开采技术已在很多矿区得到成功应 用 为实现从源头保护建筑物及生态环境基于煤 矸井下分选形成了一种“采选充”绿色化开采技 术体系构建了煤矿矸石井下分选协同原位充填开 采模式 膏体充填也是目前应用较多的开采方法之 一 为彻底解放建筑物下遗留煤柱提出了条带遗 留煤柱膏体充填开采技术并通过确定合理的开采 工艺参数实现建筑物下安全开采如岱庄煤矿 采用膏体充填开采成功解放了条带开采遗留煤柱 超高水充填开采具有充填材料流动性好 充填成本低及工艺简单等优点 基于等价采高理 论在建筑物下薄及中厚煤层进行了应用实现了煤 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 年第 期煤 炭 科 学 技 术第 卷 层开采后地表建筑物的安全使用 . 部分开采 部分开采是有效控制覆岩与地表移动的开采方 法主要包括条带开采、旺格维利采煤法、限厚开采、 房柱式开采等 条带开采不仅能回收部分煤炭资源又能较 好地保护地表建筑物 由于开采效率及采出率低 常与充填开采配合使用戴华阳等提出了“采 充留”协调开采技术 随着开采深度增加结合煤 柱受力状态浅部普通条带开采逐渐向宽条带开采 转变并成功进行了现场应用 旺格维利采煤法具有工作面布置灵活搬家 速度快等特点但搬家频繁影响了矿井持续生产 在此基础上郭文兵等提出了条带式 采煤技术图 研究了不同巷道布置方式的煤柱 系统失稳机理建立了煤柱稳定控制技术体系 实现了条带式 采煤法安全高效开采 图 条带式 采煤法 . 限厚开采的本质是以合理限制采高的方式 减小岩层破断移动空间使地表建筑物受到较小扰 动的一种部分开采方法 通过对建筑物下限厚开采 进行现场应用结果表明限厚开采具有可操作性强 的特点且开采后地表下沉量得到了有效控制保障 了建筑物安全使用 房柱式开采常用于开采“三下”压煤及长壁 工作面边角煤但随着开采技术的发展及煤矿产能 重心的转移目前我国仅在保护部分地表建构筑 物情况下使用 . 协调开采 协调开采是利用 个或多个相邻工作面基于 开采过程中覆岩时空演化规律在工作面向前推进 时使地表抵消部分采动影响的开采方式可分为两 煤层分层或同一煤层多工作面协调开采、对称开 采 如峰峰矿务局采用 个工作面协调开采方 法进行了建筑物下开采试验确保了 以上房屋 的安全使用丰城八一煤矿在建筑物下采用 个工 作面协调开采使地表无明显采动边界减小了地表 变形 虽然协调开采能有效减少采动影响下地表移 动变形但增大了地表下沉速度且增加了生产管理 的复杂性及难度因此该开采方法应用范围有限 . 覆岩离层注浆 在采用上述 种开采技术进行建筑物下采煤 时由于受上覆岩层地质构造的影响有时并未达到 较理想效果为保障建筑物的安全在井下采取相应 措施通过弱化建筑物变形环境实现保护地表建筑 物的目的 针对弱化建筑物变形环境而言覆岩离层注浆 是一种整体减弱地表移动变形的近源头防护技术 如王成真等用超高水材料对岩层间离层空洞和 冒落带进行充填通过解决覆岩注浆充填液体无规 则流动状态实现控制覆岩移动的目的 樊振丽 等通过示踪试验和数值分析方法对离层注浆液 进行了研究得到了水平离层区是浆液充填体的主 要存储空间及粉煤灰对地下水水质影响的持续时间 约为 基于早期对离层区注浆充填理论与试验 研究可知其地表沉陷控制效果尚未满足不迁村采 煤的要求由此许家林等提出了一种覆岩隔离注 浆充填不迁村采煤技术通过在淮北矿业集团进行 应用累积采出建筑物下压煤量 . 万 实现了 个村庄不迁移 水体下采煤 结合中东部地区煤炭资源现状及地形条件各 类水体下采煤也已成为矿井可持续生产面临的重要 问题煤炭大面积开采必然引起覆岩严重破坏 而水体下采煤关键在于覆岩破坏高度的确定 . 覆岩破坏高度理论分析 覆岩破坏高度对于水体下采煤具有重要意义 普遍认为覆岩破坏高度与岩性有关一般情况下软 弱覆岩破坏高度为采厚的 倍中硬覆岩为采 厚的 倍坚硬覆岩为采厚的 倍 目 前规范中给出的覆岩破坏高度计算经验公式应 用最普遍可根据不同开采方法及覆岩岩性选用相 对应的公式进行计算 此外许家林等提出了基于关键层位置的覆 岩破坏高度预计方法黄万朋等提出了一种考虑 覆岩组合结构与岩层拉伸变形的覆岩破坏高度预计 方法 基于上覆岩层悬伸破断情况笔者提出了一 种覆岩破坏高度计算方法并得到了长壁开采覆岩 破坏充分采动程度判据如图 所示 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 郭文兵等我国煤矿“三下一上”采煤技术现状与展望 年第 期 覆岩破断角均值开采厚度超前影响角、、工作面推进至 、、 位置时地表最大下沉量 、工作面推进至 、 位置时覆岩破坏高度地表裂缝深度、覆岩破坏充分采动时地表最大下沉量和覆岩破坏高度 图 覆岩破坏示意 . 由图 可知当工作面推进至临界推进距离 时基于二维空间守恒原理采空区面积、上覆岩层 破坏碎胀后面积、地表下沉面积的关系如下 式中 为覆岩破坏后的碎胀系数为采空区面 积为上覆岩层破坏碎胀后面积为地 表下沉面积 当覆岩破坏高度达到最大时得到覆岩破坏充 分采动时覆岩破坏高度 理论计算公式 式中 为工作面临界推进距离 为主要影响半 径为开采深度 与主要影响角正切值 的 比值为走向主断面内的半无限开采地表 下沉曲线公式 为工作面位置 为积分函数的 自变量 通过对覆岩破坏充分采动的不同影响因素进行 数值模拟研究得到了高强度开采工作面覆岩破 坏充分采动的判定公式结果表明覆岩破坏充分采 动时工作面临界推进距离 与工作面倾向长度 、 深厚比/ 成反比 综合分析得到工作面倾向 长度与深厚比的积对覆岩破坏充分采动时工作面临 界推进距离的影响曲线如图 所示 图 倾向长度与深厚比的乘积对 的影响 . . 覆岩破坏高度现场观测 .. 现场观测方法 导水裂缝带高度是水体下安全采煤的重要参 数常采用经验公式进行计算但其仅适用于薄及中 厚煤层单层开采、厚煤层分层开采 对于厚煤层放 顶煤开采条件下的导水裂缝带高度经验公式计算 结果与现场实测结果通常差别较大 覆岩破坏 高度可通过观测钻进过程中钻孔冲洗液的漏失量及 钻孔水位变化得到也可利用钻孔电视系统确定 覆岩破坏高度钻孔观测分为地面钻孔观测法和井下 钻孔观测法其中井下钻孔观测法及观测结果如图 、图 所示 钻孔内导水裂缝带的顶点根据以下观测资料并加 以综合分析确定冲洗液漏失量显著增加并且基本 上呈现出随钻孔深度增加而增加的趋势或者冲洗液 全部漏失经堵漏后再钻进时仍然如此 钻孔水 位显著降低水位下降速度加快有的甚至孔内无 水岩心有纵向裂缝及钻孔有轻微吸风现象钻 孔电视以高角度纵向裂缝为主且裂缝宽度较大 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 年第 期煤 炭 科 学 技 术第 卷 图 井下钻孔法观测 . 图 井下钻孔分段注水漏失量 . .. 现场观测实例 以芦沟煤矿水库下放顶煤开采为例 通过对覆 岩破断特征及规律进行研究导水裂缝带发育高 度为. 而工作面开采后安全煤岩层厚度均在 以上因此水库下采煤是可行的 为确保安 全采用地面钻孔观测法对工作面采后覆岩破坏高 度进行实测 根据钻孔冲洗液漏失量与钻孔深度的关系图 确定覆岩破坏高度为 . 与理论分析基本 一致保障了水库的安全 .. 水体下采煤实例 以米村煤矿宋沟水库坝体下放顶煤开采为例 笔者结合米村煤矿地质采矿条件及水库现状根 据水库的深度推算得出水库底界面标高为 通过计算得出导水裂缝带未波及到水库 水体底部并且防水安全煤岩层厚度均小于实际的 图 地面钻孔法实测 . 基岩岩层厚度安全系数按软弱岩性计算均大于 按中硬岩性计算均大于 由于深厚比达到 且第四系松散层厚度较大经综合分析确定水库 下采煤安全可行 同时为确保水库坝体的安全和稳定建立 因 素协调开采模型对水库坝体下厚煤层进行了协调 跳采设计各工作面采宽 工作面回采速度 .. / 工作面走向应尽量与土石坝体长轴方 向相同 并通过对坝体建立地表移动观测线对水库 坝体采取了疏放水、加高加宽、护坡等措施最终确保 了水库下煤炭资源的安全高效采出 . 保水开采 近年来保水开采作为解放水体下压煤同时保 护水体的一项关键技术措施取得了较大发展 相 关学者通过采用钻孔探测、模拟试验、数值模拟和关 键层理论研究分析了导水裂隙带发育高度和裂隙发 育演化规律为保水开采提供了技术依据黄庆 享等提出了柔性条带充填保水开采方法建立了 条带充填隔水层稳定性判据奠定了保水开采隔水层 安全的理论基础 通过对保水采煤相关技术工艺的推 广在工程实践中取得了较好的应用效果 结合西北地区脆弱的生态环境范立民给出 了保水开采的概念及科学内涵含水层下采煤也可 归纳为水体下开采 保水开采的本质与水体下开采 相同且含水层下开采是在煤炭资源安全采出的前 提下对含水层进行保护 而西北地区高强度开采 具有工作面尺寸大、采厚大、推进速度快等特点明 晰含水层在采动影响下的演化规律是实现保水开采 的基础因此以大柳塔煤矿为例采用大地电磁探 测法对松散含水层破坏特征进行了分析 现场对高强度开采工作面进行大地电磁探 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 郭文兵等我国煤矿“三下一上”采煤技术现状与展望 年第 期 测覆岩视电阻率如图 所示 由图 可知采动前覆岩视电阻率呈层状分布 表明岩层整体赋存稳定结构简单基本无地质构 造埋深 视电阻率随埋深增加而增 图 开采前后覆岩视电阻率 . 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 年第 期煤 炭 科 学 技 术第 卷 大而埋深 则相反结合顶帮累计涌 水量 . 万 可知覆岩的富水性是导致视电阻率 低的主要原因中部视电阻率最高的岩层处存在少 量“闭合圈”现象图 说明在此处的岩层较为 坚硬致密且又存在较小的地质构造或原生裂隙 煤层开采后的视电阻率与采动前进行对比可 知采后相同位置处的视电阻率整体呈增大现象 且范围扩大松散层在采动影响下因部分水资源 流失及应力重新分布增加了岩层致密度导致其等 值线较采前稀疏覆岩内视电阻率最大值区的 “闭合圈”现象减少可判断垮落带高度 为验证测线 的探测结果选取测线 开采前 后的覆岩视电阻率特征进行对比 可知开采前后覆 岩视电阻率整体上与测线 基本相同 由于降雨 的影响松散含水层处视电阻率采后小于采前间接 表明了地表裂缝较发育且与实测一致采空区边界 处地表因贯通裂缝造成水资源流失而形成“漏斗” 现象呈现出波浪形或局部“闭合圈”其特点与测 线 基本一致 由此可知虽然降水补给了松散含 水层但未改变覆岩破坏特征验证了测线 的准 确性同时也说明了大地电磁法用于探测含水层破 坏的可行性 铁路和构筑物下采煤 . 铁公路下采煤 在铁公路下采煤时不仅开采引起的地表移 动对铁路产生影响而且类似动荷载的运行车辆也 会对覆岩产生影响使其比建筑物下、水体下采煤更 为复杂 铁公路下采煤应保障车辆的安全运行 应积极采取合理有效的技术措施减少地表移动和下 沉 铁路需采取必要的维修措施进行调整维修措 施包括加宽、加高路基用起道和顺坡、拨道、改道、 串道等方法保证路基稳定性消除垂直和水平移动 变形对线路的影响 由于公路对采动变形的要求较低、维修更方便 在公路下采煤时可借鉴建筑物下、铁路下采煤相关 经验和措施利用概率积分法对公路下开采进行地 表沉陷预测并结合相关地表移动和变形的观测和 一些相关的地质、采矿资料指定开采技术方案 其 中地面维修措施主要有加高、加宽路基灌浆处理 采动裂缝调整超限的坡度、竖曲线、平面圆曲线和 超高修理不平整的路面和损坏的涵洞等 . 高压输电线路下采煤 由于高压输电线路是由地基、基础、铁塔结构和 导线等组成的空间结构体系其变形规律不同于一 般高耸建构筑物郭文兵等针对高压输电 线路地基基础、铁塔结构、线路协同变形理论的高压 线铁塔下采煤安全防护理论和技术措施方面进行了 系统化深入研究 在分析了采动地表移动变形量对 高压线铁塔影响的基础上揭示了高压输电线铁塔变 形破坏机理建立了采动影响下高压线塔与地基基础 协同作用模型成功指导了高压输电线铁塔下采煤 我国兖州矿区和阳泉矿区曾先后进行了高压输 电线路下开采试验不仅最大限度地解放了高压输电 线路下压煤而且保障了高压输电线路的正常运行 如南屯煤矿、济宁三号煤矿、龙口洼里煤矿等 高压输电线路下安全采煤的技术措施主要包括 井下开采措施和地面维护措施 类其中开采措施 与前文基本相同而地面维护措施主要有进行基础 加固和纠偏增加临时拉线及开采过程中的维修和 调整措施等 . 油气管道下采煤 目前文献检索表明对油气管道下采煤方面的 研究较少有关文献采用概率积分法、数值模 拟和理论分析等方法对开采引起的输气管道与土体 协同变形机理进行了研究提出了管道发生破坏的 判据以及计算方法建立了采空区天然气管道风险 评价体系 在工程实践方面笔者为实现西气东输 管道下某矿安全开采综合采用现场调研、理论计 算、概率积分法等手段留设了合理保护煤柱并优 化了工作面开采参数得出了管道下采煤的安全可 行性以最大限度采出煤炭资源 此外为更直观评 价油气管道的安全性文献给出了采空区油气 管道稳定与地表变形间的关系如图 所示 图 采空区油气管道稳定性与地表变形量之间的关系 . 承压水上采煤 . 承压水上采煤现状 我国多数矿区普遍存在太原群和奥陶系灰岩 南方部分矿区煤层下有厚 的茅口组灰 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 郭文兵等我国煤矿“三下一上”采煤技术现状与展望 年第 期 岩 超过 的煤矿不同强度地受到底板岩溶承 压水的威胁受水害的面积和严重程度均居世界主 要采煤国家的首位 我国焦作、峰峰、邯郸、邢台、开 滦、淄博、肥城、新汶、枣庄、徐州、淮南等矿区都有承 压水上采煤问题受奥灰岩溶承压水威胁的累计可 采储量达 亿 以上 近年来一些矿区如肥城、 淮南、峰峰、焦作采用深降强排疏水降压、底板加固、 带压开采综合治理措施等方法每年采出受承压水 威胁的煤炭资源 万 以上解放承压水上煤炭 资源数亿吨焦作矿区曾平均每采出 煤要排出 水九里山矿吨煤排水量高达 但随着 采深的增加地质条件也日益复杂深部矿井岩溶突 水问题更加突出 据不完全统计 年煤 矿共发生水害事故 起死亡 人如图 所示 图 年全国煤矿水害事故统计 . . 采动底板破坏规律 工作面开采过程中在支承压力的作用下底板 中出现水平拉应力和剪应力拉应力和剪应力使底 板出现断裂形成底板破坏带 根据煤层底板破坏 情况及地下水的导升情况通常将煤层底板岩层分为 “下三带”即底板破坏带、完整岩层带和地下水导 升带 其中对底板破坏带深度研究较多 郭文兵 等在综合分析影响煤层底板采动导水破坏深度 因素的基础上依据实测样本应用人工神经网络方 法对底板破坏深度进行了计算 研究表明底板破 坏深度与工作面斜长、采深、煤层倾角、采厚、底板岩 层的抗破坏能力、工作面内地质构造情况、采煤方法 与顶板管理方法等有关 底板破坏带深度与采深和 工作面斜长的关系如图 所示 利用断裂力学和塑性力学得出的底板破坏带深 度 理论计算式如下 . 图 底板破坏带深度与采深和工作面斜长的关系 . . . 式中 为采深为工作面斜长 为底板岩层 平均容重/ 为岩体抗压强度为底 板岩体最大主应力为矿山压力最大集中 系数一般为 为底板岩体内摩擦角 . 底板突水预测方法 承压水上安全开采的基本要求是不允许底板破 坏带波及水体或与承压水导升带沟通 在底板突 水预测方面我国普遍采用突水系数法 当突水系 数小于临界突水系数时可实现安全开采 此外采 用安全隔水层厚度法和经验类比法当计算所得的 安全隔水层厚度大于煤层底板至含水层顶面之间的 实际厚度时则承压水上开采是不安全的 通过分 析全国矿井水害矿区的底板突水资料当底板所能 承受的极限水头压力大于实际水头压力时不会发生 突水否则需要采取相应措施疏水降压、底板注浆 加固、改造含水层等 随着技术的进步还提出了 多种突水理论对矿井底板水害治理起到重要指导 作用 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 年第 期煤 炭 科 学 技 术第 卷 . 承压水上采煤安全技术措施 防探水安全技术措施做好矿井水文及构造 地质工作如查清含水层与隔水层赋存特征承压水 径流、赋存及补给来源等 在开采受承压水威胁的 煤层时应坚持超前探水工作 探测底板隔水层厚 度及其变化探测底板含水层的含水性能及地下水 导升高度探测断层的含水性能、断裂裂隙分布规律 及富水程度 必要时在井下开采水平设置疏水巷道 和疏水钻孔并对底板进行注浆加固 通过钻孔进 行注浆堵塞石灰岩溶洞加固破碎带和断裂带并 封闭奥陶系石灰岩的补给通道以实现在承压水体 上安全采煤 为降低下伏奥陶系灰岩承压水威胁 需研发承压水体精准探测装备及配套技术实施底 板精准注浆技术 部分矿井应用高精度微震监测技 术对承压水上倾斜煤层底板的采动破坏特征进行了 连续、动态监测 开采安全技术措施开采技术措施主要有选 择开采、分区隔离开采、优化采掘工作面布置和采煤 方法等 一般先远后近、先易后难、由浅到深、先简 单后复杂进行有计划地试采总结经验找出规律 采区之间要设置水闸门巷道尽可能地少穿过断层 对于无法避开的小断层若在掘进揭露时发现有渗 水现象要在开采之前予以加固 为了解决瓦斯抽 采底抽巷与底板突水危险之间的矛盾优化承压水 上底抽巷的位置选择 充填开采、部分开采、倾斜长 壁仰斜推进等采煤方法可以减小支承压力对煤层底 板的破坏防止突水通道的扩展实现煤炭资源安全 开采 结语及展望 “三下一上”开采是提高资源采出率延长矿井 服务年限资源枯竭型煤矿走可持续发展之路的首 选而选择合理的开采方法是提高煤炭采出率的主 要途径因此未来“三下一上”采煤技术的发展趋 势将以源头控损开采方法及覆岩破坏控制技术为 主不仅可实现地表附属物的安全而且可保护生态 环境 成本低廉、工艺简单、安全高效的充填开采 方法需进一步深入研究 充填开采是一种有效的源 头减沉控损开采方法在当前绿色开采意识下越来 越受到重视而充填材料的成本、固化时间及对地下 水的危害需进一步减少开采与充填工艺需进一步 优化开采与充填效率需进一步提升初期投入需进 一步降低机械化与智能化充填装备需进一步发展 以便适应综采工作面的生产能力和推进速度 覆岩离层注浆技术与精准离层空区探测技 术需进一步加强结合 覆岩离层注浆技术有效减弱 覆岩移动的前提是准确选择注浆位置为保障有效 注浆效果需与离层空区探测技术进行结合 因此 高效、便捷、高精度的离层空区探测方法是覆岩离层 注浆技术的有效支撑也是其未来发展应用的基础 “三下一上”采煤井上、井下一体化的动态智 能监测、预测、预警体系有待进一步完善 井上、井 下一体化监测关键技术及网络平台有待于进一步研 究亟须结合现代化的监测手段或技术完善“三下 一上”采煤时地表附属物损害预测预警机制、指标 体系和理论模型为矿区实现绿色可持续发展提供 理论和技术支撑 多场耦合作用下含水层破坏机理及防控技 术需进一步研究 西北生态环境对水资源依赖性较 强煤层开采后亟须采取有效措施恢复地下水位或 再造含水层 因此对含水层及生态环境扰动较小 的原位保护开采将是未来研究的发展趋势 此外 随着深部开采的常态化发展采空区的稳定性评价 及其利用、地表残余变形精准预测也将是未来研究 的重点 参考文献 谢和平吴立新郑德志. 年中国能源消费及煤炭需求预 测.煤炭学报. . . . 戴华阳.岩层与地表移动变形量的时空关系及描述方法.煤 炭学报. . . . . . . 新浪网.我国采煤毁地 万公顷煤炭基地移民人数超三峡 / ../ / .. ./ //.. 郭文兵白二虎赵高博.高强度开采覆岩地表破坏及防控技 术现状与进展.煤炭学报. . . . 张吉雄张 强巨 峰等.煤矿“采选充”绿色化开采技术 体系与工程实践.煤炭学报. . 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 郭文兵等我国煤矿“三下一上”采煤技术现状与展望 年第 期 . . 张吉雄巨 峰李 猛等.煤矿矸石井下分选协同原位充填 开采方法.煤炭学报 . . . . 孙希奎赵庆民施现院.条带残留煤柱膏体充填综采技术研 究与应用.采矿与安全工程学报. . . . . . . 戴华阳郭俊廷阎跃观等.“采充留”协调开采技术原理 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