减少地表下沉和变形的采煤方法的探讨.pdf

解决二者之间的矛盾， 只能用市场经济的手段。这就要求在实 行煤炭价格市场化的同时， 深化电力体制改革， 不失时机地实 现电力价格市场化。电力企业的改革， 目前为止， 电力改革只 实施了厂网分开， 但并没有继续推进竞价上网。 从长远分析， 国家要在坚持放开煤价的基础上， 对电力价格实行竞价上网， 建立市场化的煤电价格联动机制。放开上网电价， 由发电企业 根据成本及市场供求情况自主确定上网电价，或在电力市场 中竞价上网， 并实行上网电价与销售电价的市场联动， 将发电 市场与终端用户紧密连接起来，让电力用户体会和感受到发 电市场甚至是煤炭市场的波动变化，让价格充分反映市场供 求的变化及资源的稀缺程度。 （收稿日期 2009- 6- 6 ） 减少地表下沉和变形的采煤方法的探讨 中国矿业大学孙志军郭静芸 摘要目前地表沉陷及变形已成为越来越多的煤矿企业所面临的严重问题。而不同的地质条件及对 地表下沉的要求的不同对采煤方法的选择又非常重要， 鉴于此， 本文重点针对不同的地质条件以及对地表 下沉及变形的要求的不同比较各种减小地表沉陷和变形的采煤方法。指出了目前减少地表沉陷的采煤方法 的优点及缺点， 介绍了一些方法的适用条件， 对目前煤矿开采有一定的参考价值。 关键词地表沉陷采煤方法 随着我国煤炭事业的不断发展，地表沉陷及变形已成为 越来越多的煤矿企业所面临的严重问题。减轻由于煤层开采 而产生的地表下沉和变形， 已成为煤矿企业追求的目标。从开 采技术上， 或者减少煤炭开采量， 或者对采空区加以充填， 这 都是可以做到的， 关键在于其经济上的合理性。①而影响采煤 方法的因素很多， 概括起来主要有地质构造、 煤层埋深、 煤层 赋存状况、 煤层厚度及硬度、 煤层结构、 顶底板条件、 煤质条件 及矿井生产能力等。②本文就是针对不同的地质条件以及对 地表下沉及变形的要求的不同比较各种减小地表沉陷和变形 的采煤方法。 首先并不是所有的煤矿都需要严格控制地表下沉或变 形， 它主要依据煤矿的地理位置， 如果在建筑物、 水体或铁路 下采煤就需要严格控制地表变形了。这种环境下的开采方法 被称为 “三下采煤” 。而如果是在上述的情况下采煤， 但是煤层 埋藏很深， 而且其周围地质条件良好， 仍然可以采用一般的采 煤方法，因为在煤层埋藏很深时，开采引起的地表移动会很 小， 不会都建筑物等产生大的影响。这就说明了各种采煤方法 都有其特殊的适用条件。下面列出了一些常见的减小地表下 沉和变形的开采方法的优缺点。 1既能减少地表下沉又能减少地表变形的开采方法 1.1房柱式采煤法 这种采煤方法是防止地表沉陷的一种有效的开采技术， 其优点有 （1 ） 引起的地表移动与变形值相当于长壁工作面采煤的 1/61/4， 地表移动持续时间有缩短了一半左右。 （2 ） 房柱式开采的矿投资少、 投产快， 单位煤量的生产成 本低。 如 20 世纪 80 年代末在美国曾对房柱式开采与长壁工作 面开采的矿井做过比较， 以同是年产 136 万 t 为基准， 房柱式 开采的矿井投资少、投产快，基建吨煤投资加上吨煤生产成 本， 房柱式开采的矿井为 20.07 美元 /t， 比长壁工作面开采矿 井的 91.03 美元 /t 略低。 但是它也有很大的缺点， 主要开采回收率低， 使得矿井服 务年限短， 一定程度上是一种资源的浪费。使用这种方法时需 综合考虑煤炭回收率低所造成的经济损失和减轻地表沉陷所 带来的收益， 进行分析后确定该种方法是否合适。 1.2条带开采方法 这种采煤方法和房柱式采煤方法类似，都能有效减小地 表变形， 减小地表下沉量可达 8090,其缺点是采出率低， 一般仅为 50， 巷道掘进多， 使得工作面效率低。目前该法主 要用于保护地面建筑物时的局部地下煤炭开采。 但是此法目前改进方法有很多， 如 采用条带充填方法设 计的济北矿区某矿的条带充填开采方案地表最大变形值小于 Ⅰ级破坏允许值, 煤层采出率由条带开采的 40提高到 80。 采用条带充填体置换条带开采留设的煤柱, 只要保证未充填 采空区的宽度小于覆岩主关键层的初次破断跨距, 且充填条 带能保持长期稳定, 就可有效地控制地表沉陷, 从而减少充填 量, 降低充填成本, 提高煤炭采出率。 1.3充填法处理采空区 用充填法处理采空区能非常有效的减少地表下沉。 充填法可分为水砂充填、 风力充填和矸石自溜充填。其中 水砂充填法是充填采煤法中减少地表下沉效果最好的方法。 若在处理采空区时充填的十分密实，其地表最大下沉值仅为 采厚的 815。另一方面水砂充填有利于防止井下自然发 火和煤尘爆炸等。 使用矸石自溜充填法还可实现矿山环境的保护，减少矸 石的堆积。但是使用充填法处理采空区需要设置专门的充填 设备和设施， 还需要有充足的充填材料。增加了煤矿生产的成 本。比如水砂充填法增加了生产系统及矿井的建筑工程和一 系列设备、 器材， 耗费大量的充填材料和排水费用， 从而增加 矿井的投资和生产成本。据以往的统计， 采用充填法的吨煤生 产成本比垮落法管理顶板高 20左右。这是水砂充填采煤方 法在我国基本上已不被采用的主要原因。而且水力充填和风 力充填均具有影响回采工作面生产环境, 与回采工序互相影 响的缺点。建议在实践中探索采用凝胶质的充填材料, 并使充 填工作面与回采工作面相分开的充填方法, 作到充填工作即 不影响回采工作, 又能达到充填条带开采对地表下沉的控制 煤矿现代化2009 年第 4 期总第 91 期 107 效果。 使用充填法对于不同煤矿可以应用不同，比如若当地采 出的煤矸石含量很高， 矸石处理成为煤矿开采的问题时， 就可 以采取矸石自溜充填法。又如一煤矿使用水砂充填法的条件 适宜， 而且需严格控制地表沉陷， 就完全可以选择水砂充填的 方法。总之， 不同的方法好坏都有其一定的适用性， 需依照当 地开采具体情况而定。 1.4采空区离层带中高压注浆 井下煤层开采后， 上覆岩层由于沉降速度的不同， 会在岩 层间形成裂隙。通过向开采煤层上覆岩层的离层带内打孔， 并 向其空隙中注入泥浆， 可以减缓地表下沉。我国离层带高压注 浆方法首先在抚顺老虎台矿试验成功，减少下沉量达到 57 65， 随后在其他矿区也有使用。 这种方法的一个很好的优点 就是充填材料可以利用废物如电厂粉煤灰等，可以得到变废 为宝的效果而且有利于减少粉煤灰的排放。 一般认为，对采深较大或上覆岩层有一层或多层厚而坚 硬岩层的煤层，可以采用在离层带内注浆充填的方法进行开 采， 但是从目前实际运用情况看该技术尚需进一步试验研究。 2减少地表变形的井下开采技术措施 以下几种采煤措施可以减少地表变形但不能明显减少地 表下沉 2.1限厚开采 地表最大下沉正比于一次采出厚度，减少一次采出厚度 虽不能大幅度的减少地表总的下沉， 但可以减少地表的变形。 这种方法在应用于厚煤层开采时，可根据地表建筑物的 允许变形来确定一次允许采出厚度。这种方法的优点就是既 减少了地表变形， 又成功的将煤采出。但是这种方法只适合厚 煤层的开采。 2.2分层间歇开采 厚煤层倾斜分层或水平分层开采时，分层之间开采的间 隔时间加长，能使上覆岩层的破坏高度比较小，破坏状态均 衡， 可以防止或减轻不均衡破坏对地表建筑物、 水体的影响。 对于厚松散层下浅部煤层或基岩厚度较小的开采条件，分层 间歇开采的效益更为明显， 如图 1。 2.3布置较长工作面， 使建筑物仅承受动态变形 利用超充分采动地表下沉盆地中间平地部分变形的特 点， 力求使建筑物位于开采后移动盆地平底部分， 使建筑物承 受动态变形后， 仅承受最小的静态变形。当一个正常工作面不 能达到目的时， 可以用长工作面联合阶梯状长工作面， 并向一 个方向推进。这种开采条件下， 不得在被保护的建筑物下方残 留煤柱或出现永久性开采边界。 （a ） 厚煤层的两个分层间歇开采方式（b ） 两个煤层间歇开采方式 ε1 为上分 （上 ） 层变形值； ε2 为下分 （下 ） 层变形值； ε 为迭加变形值； r 为主要影响半径 图 1分层间歇开采覆岩变形情况 2.4协调开采 上下煤层或厚煤层上下分层同时开采时，将这些煤层或 分层工作面错开一定距离，使后开采的煤层或分层产生的地 表拉伸变形区位于先开采的煤层或分层产生的地表压缩变形 区内。由于同采煤层或分层的数目受采区生产能力和巷道布 置系统等条件的限制，同采工作面保持一定错距将会给组织 生产带来一定困难。另外同一煤层相邻工作面利用锯齿状或 台阶状工作面进行开采，也能使地表相间形成的拉伸变形与 压缩变形相互抵消一部分， 从而减少地表变形。 3总结 以上是减少地表下沉和变形的一些采煤方法的特点， 由 于各煤矿情况千差万别， 应根据自己的开采地质条件、 经济条 件等实际情况， 选择最经济适合的开采方法， 减少由于地表沉 陷而造成的人力、 物力等方面的损失。 参考文献 [1]减轻地表沉陷的开采技术[J]， 吕保民 科技情报开发与经 济, 2006,16,9,292- 293 [2]采煤方法的合理选择及实践[J],齐俊德, 矿治， 2007,16,3,16 [3]条带充填控制开采沉陷的理论研究[J],许家林,煤炭学报， 2007,32,2,120- 122 [4]建筑物下采煤方法设计 [J]，曹书卿，煤炭工程， 2008， 2， 13- 14 [5]煤矿特殊开采方法[M],杜计平,徐州 中国矿业大学出版 社， 2003 作者简介 孙志军，（1988- 10- 15 ） 性别 男， 民族 汉， 读于徐州中国 矿业大学， 籍贯 河北省邢台市宁晋县， 职务 学生， 本科在读 （大三 ） ， 本论文是我的课题 “防治地面变形充填采煤的方案设 计” 项目的成果。 （收稿日期 2009- 1- 4 ） 煤矿现代化2009 年第 4 期总第 91 期 The Coal Mining s of Reducing Surface Subsidence and Deation SunzhijunGuojingyunChina UniversityofMiningand Technology Abstract At present, deation and ground subsidence has become serious problems for more and more coal enterprises . And different geological conditions and the different requirements ofthe surface subsidence are veryimportant for the choose ofthe minings . In view of this, this paper focuses on the compare of different mining s in different geological conditions and the requirement of the surface subsidence and deation. It has pointed out the strengths and weaknesses of the mining in reduction surface subsidence of in pre- sent and has introduced a number ofways toapplythe conditions.It has some reference value for current coal mining. KeyWord subsidence; coal mining 108