厚冲积层村庄下薄煤层开采技术研究.pdf

收稿日期 2007 - 04 - 12 作者简介张洪鹏196518 - ,男,山东省淄博市人,现淄博矿业集团有限责任公司岱庄煤矿从事生产技术工作。 厚冲积层村庄下薄煤层开采技术研究 张洪鹏 淄博矿业集团有限责任公司 岱庄煤矿,山东 济宁 272173 摘 要论文针对岱庄煤矿村庄下薄煤层区域的呆滞煤开采技术进行了研究。理论上分析了 该条件下开采的可行性,提出了3种技术方案,预测了采煤方案地表移动与变形状况,据此提出 了合理的开采技术方案。现场实践证明,部分全采与条带开采结合方案在有效控制地表变形的前 提下,可实现煤炭资源的合理回收。对岱庄煤矿建筑物下压煤开采设计具有重要的指导作用,同 时对提高该矿煤炭资源采出率和矿井可持续发展具有重要意义。 关键词“ 三下 ”压煤;条带开采;概率积分;开采损害 中图分类号TD523183 文献标识码 B 文章编号 1671 - 0959 2007 0620029202 1 概 述 淄博矿业集团公司岱庄煤矿位于山东济宁煤田东区 北部,地面村庄稠密。截止2005年底,“ 三下 ”压煤可采 储量为845417万t,压煤量约占矿井总可采储量的8313 , 建筑物下压煤开采一直是岱庄煤矿面临的重要问题。 为了确保矿井生产能力的实现和地面建筑物的安全, 自1996年以来采用条带开采,岱庄煤矿在建筑物下压煤开 采方面取得了一定的成果,并初步实现了短壁工作面小变 形宽条带开采,为岱庄煤矿建筑物下压煤开采设计奠定了 良好的基础。该矿北翼采区薄煤层区,上覆黄土冲积层厚 达210m。加之该区域埋深增大,区域内地面建筑物较稠 密,压煤量巨大。因此亟需开展保证地面村庄建筑群变形 可控的前提下,煤炭开采技术的研究。在保证地表安全, 减小开采损害的前提下,尽可能多的采出煤炭资源。这对 于缓解采区接续,提高资源的开采率,同时对建筑物下压 煤开采设计具有重要的意义。 2 开采技术条件 211 煤层顶底板特征 煤层顶底板岩性特征见表1。 表1 煤层顶、底板岩性特征表 顶底板名称岩石名称厚度/m岩 性 特 征 老 顶中粒砂岩12150浅灰,微显绿色,泥质胶结,分选中等,斜层里发育,偶见粉砂岩薄包体 直接顶细粒砂岩0160灰色,石英为主。致密坚硬,水平层里发育,夹粉砂岩,见植物根部化石 煤3上煤 西北部 2152 东南部 1170 本采区西北部煤层较厚,为2130～2170m;东南部煤层较薄,为1123～210m 直接底泥 岩210褐灰色,团块状,富含根化石 老 底粉砂岩1112浅灰色,富含羊齿类植物化石,由上而下渐变为粗粉砂岩 212 地表建筑物情况 北翼采区薄煤层区见图1中虚线所圈区域地面较为 平坦,地面平均标高38185m。3上煤井下开采标高- 290m ～- 390m,平均埋深380m。本区西部、东部以1300采区 的各采面切眼为界,北部以1316运输平巷为界,南部以 2300采区的各采面切眼为界。在全采区内部分属于建筑物 下压煤开采,采区周边工作面已经开采完毕。北翼开采区 域井上下对照见图1。 本区薄煤层区地表建筑物较密集,开采区域内或边界 处主要有西北部的汽车驾驶学校和李林村、东北部的潘 王营小学、中部则是十里铺村;而在开采区域边界外部附 近主要有南部的仙庄村,东部的潘王营村。另外,老105 国道和张十乡村公路从开采区域内穿过。 开采影响范围内的村庄多为砖混、砖木结构及土筑平 房,有少部分砖混结构的二层楼房;济宁市汽车驾驶学校 目前已基本废弃,四周砌有一砖石院墙,院内有少量平房; 老105国道和张十公路目前主要做为乡村路使用。 3 村庄下压煤开采方案 311 压煤开采的可行性分析 建筑物压煤开采是否成功,一方面取决于地表的移动 变形,另一方面取决于开采区域地表房屋的抗变形能力。 92 2007年第6期 煤 炭 工 程 设计技术 图1 北翼开采区域井上下对照示意图 因此,只要采动造成的地表移动变形不超过建筑物的允许 变形值,就可保证开采区域地表建筑物的安全使用 [1 - 3]。 尽管本矿井内的村庄压煤区具有覆岩冲积层厚、基岩 薄的不利条件,但只要采用合理的采煤方法及开采参数一 定的采宽与留宽 , 保证地表建筑物的变形在允许形范围 内,则可实施建筑物压煤的开采。因此,实施建筑物下压 煤开采在理论上、实践上都是可行的。 312 开采方案的确定 目前,国内外建筑物下采煤的技术措施主要是充填 开采、离层带注浆、重建抗变形结构房开采、大面积协调 全柱开采、条带开采或采后补偿维修等。 31211 不可行开采方案分析 1 若采用大面积充填开采,一是充填材料缺乏,二是 充填成本较高,三是工艺复杂,故大面积充填开采措施在 岱庄煤矿现有技术经济条件下,还不宜大面积推广。 考虑到本区上覆岩层中基岩层很薄,松散的第四系冲 积层厚度大,在采动位移向上传播过程中,难以形成明显 的离层带,因而,不宜采用离层带注浆措施。 2 若采用重建抗变形结构房开采,初期投资很大,且 由于本区开采深度较小,所压煤量相对偏小,故分摊的吨 煤投资将显著增加,不宜采用。 3 若采用大面积协调全柱开采,考虑到本区压煤几乎 是整整的一翼采区,加之,它的管理比较困难,工艺复杂, 也不宜采用。 31212 可行开采方案分析 针对岱庄煤矿北翼采区薄煤层区建筑物下压煤技术上 可行的开采方案有 1 全采方案。全部冒落法开采是目前煤矿主要采用的 开采方法,这种方法的优点是生产效率高,开采管理简单, 煤炭回收率较高,但是全部冒落法开采时地表移动变形值 大,对建筑物采动影响损坏大。 通过初步的地表变形分析,全采方案对村庄内的民房 及其它建筑物会造成 Ⅲ 级以上的损坏影响。故全采方案不 予采用。 2 部分全采方案。岱庄煤矿北翼采区薄煤层区西北区 域地表仅有汽车驾驶学校,且因其目前废弃不用,可不考 虑井下开采设计对其的保护;西北区域四周已经开采完毕, 且此区域地表无建筑物,也可不考虑地表的保护;故上述 两区域可进行全采。 其它区域地表有李林、十里铺等村庄,在开采设计中 需考虑地表的保护,故采用条带开采方案。 3 条带法开采方案。条带法开采,是指在开采范围内 沿一定的方向划分为比较正规的条带形状,采一条留一条, 使留下的条带煤柱能够承受上覆岩层的载荷,从而导致地 表产生较小的移动和变形的一种特殊开采方法 [4, 5]。实践证 明,正规的条采引起的地表下沉和变形值是很小的,其原 因是所采煤层上覆岩层受到了所留煤柱的支撑。此时,煤 柱本身未被压垮,只产生弹性变形,地表产生的移动和变 形主要是由煤层和顶底板的弹性压缩引起的。 条采方案的主要缺点是煤炭回收率低,生产管理比 较复杂,另外也增加了开采成本。但在地表建筑物受采动 影响较大或在重要建筑物下或开采收益小于建筑物补偿费 用时,要考虑应用条带法开采方案。 综上所述,由于地表村庄分布不均,岱庄煤矿北翼采 区薄煤层区可采用部分全采与条带开采结合方案。 4 结 论 1 由于地表村庄分布不均,岱庄煤矿北翼采区薄煤层 区可采用部分全采与条带开采结合方案。 2 本采区共有7个条带工作面, 3个长壁工作面,北 翼采区薄煤层区煤层平均厚210m,采用本方案后,北翼采 区薄煤层区可解放出呆滞煤炭量共计12616万t。 3 实践表明,部分全采与条带开采结合方案能有效地 控制上覆岩层和地表沉陷,保护地面建构筑物,有利于 安全生产,是解决建构筑物下压煤开采的有效技术途径。 参考文献 [1] 钱鸣高,许家林,缪协兴.煤矿绿色开采技术[ J ].中国 矿业大学学报, 2003, 324 343～347. [2] 郭文兵,邓喀中,邹友峰.我国条带开采的研究现状与主要 问题[J ].煤炭科学技术, 2004, 328 7～11. [3] 郭广礼,王悦汉,马占国.煤矿开采沉陷有效控制的新途径 [J ].中国矿业大学学报, 2004, 332 150～153. [4] 尹士献.厚黄土覆盖层村镇下下条带开采研究[D ].西安 西安科技大学, 2004. [5] 何国清,杨伦,凌赓娣,等.开采沉陷学[M ].徐州中 国矿业大学出版社, 1991 131～135. [6] 国家煤炭工业局.建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设 与压煤开采规程[M ].北京煤炭工业出版社, 2000. 责任编辑 程玉岭 03 设计技术 煤 炭 工 程 2007年第6期