煤炭上行開(kāi)采技術(shù)

技術(shù)與市場(chǎng)技術(shù)研發(fā)2013年 第20卷第11期煤炭上行開(kāi)采技術(shù)孫東興(山西汾西工程建設有限責任公司工程公司,山西孝義032303)摘要:介紹了 上行開(kāi)采技術(shù)，論述了上行開(kāi)采研究的目的及意義,分析了國內外關(guān)于上行開(kāi)采的研究現狀，從采場(chǎng)上覆巖層裂隙的變化規律和上行開(kāi)采與圍巖平衡等方面論述了上行開(kāi)采的機理,并通過(guò)層間距、采高、采煤方法等的分析，論述了影響上行開(kāi)采的因素。說(shuō)明了在傳統的采煤方法占主導地位的前提下,上行開(kāi)采技術(shù)有待進(jìn)-步研究、實(shí)踐和完善,但是隨著(zhù)采煤生產(chǎn)技術(shù)水平總體的提高，上行開(kāi)采法將具有廣闊的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞:上行開(kāi)采;上行開(kāi)采機理;發(fā)展前景doi:10. 3969/j. issn. 1006 - 8554.2013. 11.0571煤炭上行開(kāi)采技術(shù)上覆巖(煤)層的原始應力平衡狀態(tài)，引起巖體應力重新分布。上行開(kāi)采法就是在一個(gè)煤系地層內， 含有兩層及以上并當重新分布后的應力超過(guò)了煤(巖)極限強度時(shí)，必須引起上有一定間距和開(kāi)采價(jià)值的煤層,在開(kāi)采順序上是先采下部煤覆巖(煤)層的橫向及縱向變形與破壞。上覆巖( 煤)層的橫向層，然后再采上部煤層。這是一種特殊的開(kāi)采順序。根據頂及縱向離層變形主要產(chǎn)生大量采動(dòng)裂隙，破壞煤層,但隨時(shí)間板管理方式的不同，有厚煤層分層填充上行開(kāi)采，厚煤層分層的延長(cháng)，采動(dòng)影響逐漸消失,采動(dòng)裂隙會(huì )重新閉合壓實(shí);而縱恒底式上行開(kāi)采和煤層間跨落上行開(kāi)采。向剪切變形則表現為煤(巖)層發(fā)生臺階錯動(dòng)，破壞煤層結構。1.1 上行開(kāi)采的適用條件后者是影響上行開(kāi)采的最大障礙?？刂泼?巖)層縱向臺階錯1)適用于上煤層頂板堅硬、煤質(zhì)堅硬不易采出的條件。動(dòng)，就是采場(chǎng)圍巖力系平衡問(wèn)題。因此，研究層間巖性及其形我國有許多礦井采空區頂板巖石長(cháng)時(shí)間不冒落，造成懸頂。.成平衡巖層結構的條件,認識研究上行開(kāi)采機理的基本方法有的礦井工作面懸空面積達1萬(wàn)m2以上，當采空區面積達到之一。頂板穩定的極限時(shí),-定厚度的巖層 會(huì )發(fā)生整體性折斷或突發(fā)2).上行開(kāi)采與圍巖平衡。煤層開(kāi)采后的采場(chǎng)主要應力為性冒落,這種壓力對工作面正常生產(chǎn)構成嚴重威脅，綜采工作煤層上覆巖層的自重,在應力的作用下，圍巖發(fā)生變形、破壞面將發(fā)生液壓支架損壞、活柱崩裂。彎曲折斷、缸體爆炸,以以及應力重新分布,達到新的平衡狀態(tài)。這個(gè)變化過(guò)程主要及其他構件的變形破壞。2)適用于.上煤層含水量大、頂板淋水的條件。在下行開(kāi)采是巖層的移動(dòng)變化，在垂直方面上可分為跨落帶、斷裂帶以及法中，-些礦井煤層含水量大頂板出現淋水，造成工作面生彎曲下沉帶。斷裂帶位于跨落帶上方,隨著(zhù)跨落帶的壓實(shí)過(guò)產(chǎn)環(huán)境惡劣，影響工人的身體健康,采區上(下)山膠帶輸送程，上部巖層將彎曲下沉形成裂隙;斷裂帶只產(chǎn)生- -定的下沉機所輸煤流下滑，大巷運輸礦車(chē)粘底,減小了礦車(chē)的有效容量和裂隙，產(chǎn)生的裂隙距采空區越高也越少,并且不改變巖層量。更為嚴重的是有些礦井因為頂板淋水較大而被迫停產(chǎn)。原來(lái)的狀態(tài)。彎曲下沉帶只產(chǎn)生- -定量的下沉，對巖層的層3)適用于上煤層瓦斯含量高的條件。礦井下地質(zhì)條件千狀結構毫無(wú)影響。而從圍巖平衡的觀(guān)點(diǎn)可分為非平衡帶(即跨變萬(wàn)化，煤層賦存情況千差萬(wàn)別，在同一個(gè)井田內，有時(shí)候會(huì )落帶)部分平衡帶(相當于裂隙的下位巖層)平衡帶(相當于裂隙巖層的下位巖層之上的巖層)。沿走向可分為原始應力出現上煤層瓦斯含量高、下煤層瓦斯含量低的現象。4)適用于煤層賦存不穩定的條件。隨著(zhù)我國能源結構的區煤壁支撐區、離層區、重新壓實(shí)區和穩定區。在煤壁支撐區變化,對煤炭的需求量也越來(lái)越大，一些大型特大型礦井正內，下有采面煤壁及其上方巖體所支撐,故上部水平拉伸及下在崛起。由于煤層賦存不穩定的原因,一些井田雖然儲量豐部壓縮變形劇增:在離層區，鉛垂方向受拉伸，故上下離層變富,適合建設大型礦井,但含煤底層屬于煤層群性，上薄下形最充分;而在重新壓實(shí)區內,頂板下沉被采空矸石所支撐，厚，上、下層之間存在著(zhù)壓茬關(guān)系，如果采用下行開(kāi)采法，為故采動(dòng)裂隱重新閉合壓實(shí)。從而說(shuō)明斷裂帶巖層在下沉過(guò)程了保證礦井的產(chǎn)量,就得多布置工作面。如果采用超前工作中巖塊間相互咬合可形成一采面煤壁及其上方巖體- -采空區面布置方法,會(huì )帶來(lái)巷道布置和生產(chǎn)管理方面的困難,也會(huì )使跨落矸石一-為支撐體系的平衡巖層結構。斷裂帶的下位巖層供水、供電運輸等輸助設施布置復雜化。類(lèi)似于上薄下厚的可形成以-煤壁一支架- -矸石一 為支撐體系的巖層結構。這煤層或上、下層煤質(zhì)不一樣的煤層,設計中可以在礦井一翼用種巖層結構在支架參與下亦可形成平衡巖層結構，能阻止覆下行順序開(kāi)采法，另一翼采用上行順序開(kāi)采法。此種布置方巖層縱向臺階錯動(dòng)。因此，當上煤層位于距下煤層最近的平法可以解決礦井均衡生產(chǎn)及煤質(zhì)不同的問(wèn)題。衡巖層之上時(shí)，即可上行開(kāi)采。5)適用于復采采空區上部遺留的煤炭資源。在現有生產(chǎn)3影響上行開(kāi)采的主要因素礦區或礦井中,有很多采空區上方都遺棄了-一些可采煤層，丟1)層間距四從當商穴凹及科學(xué)研究證明,棄的煤炭?jì)α肯喈敹?。足夠的空間距離中國煤化工下煤層的層間距2上行開(kāi)采機理越大，上覆煤層YHCN M H G種變形值越小，1)采場(chǎng)上覆巖層裂隙的變化規律。上行開(kāi)采破壞了采場(chǎng)越有利于上行開(kāi)采。反之,層間距越小，上覆煤層變形越劇.技術(shù)研發(fā)TECHNOLOGY AND MARKETVal. 20 ,No.11 ,2013烈，甚至出現臺階下沉。低。③急傾斜煤層,采空區冒落矸石下滑，上部巖層冒高更充.2)采高。采高是影響上覆巖層破壞及高度的根本因素。分, 跨落帶及斷裂帶的分布形態(tài)明顯，更向上部邊界發(fā)展。同采高越大,采出的空間越高,采場(chǎng)上覆巖層的結構可能獲得平時(shí),煤層底板亦可發(fā)生滑脫來(lái)充填采空區。衡的幾率就越小，勢必導致采場(chǎng)上覆巖層的嚴重破壞。一般6)時(shí)間。煤層采出后,覆巖冒落、移動(dòng)至穩定,有個(gè)時(shí)間采高越大，上煤層的下沉越大，各種變形值也增大。開(kāi)采單一發(fā)展過(guò)程。煤層及厚煤層第一分層時(shí)， 垮落帶及斷裂帶高度與采高基本4上行開(kāi)采的前景展望上成正比關(guān)系。在分層開(kāi)采厚煤層時(shí)，跨落帶及斷裂帶高度上行開(kāi)采法將過(guò)去由上至下層層開(kāi)采煤田的下行開(kāi)采方與累計采高成分式函數關(guān)系。當分層數增加時(shí)，此兩帶高度式，大膽轉變?yōu)樽韵露系男秹洪_(kāi)采方式,從根本上解決了傳趨于穩定并略有下降。統下行開(kāi)采不能解決的諸多難題。在某些特定歷史地質(zhì)條件3)采煤方法。采煤方法是控制覆巖破壞高度的重要因素。下進(jìn)行上行式開(kāi)采，可以確保礦井生產(chǎn)能力的增長(cháng)和新井建因在采煤方法中，其頂板管理方法決定著(zhù)覆巖破壞的空間形設速度， 有效減少巷道工程量和維護量,達到安全經(jīng)濟的目態(tài)和高度。全部跨落法管理頂板時(shí),采場(chǎng)上覆巖層一般都形的?，F階段,雖然上行開(kāi)采技術(shù)有待進(jìn)一-步完善,但隨著(zhù)采煤成“三帶”。而采用充填法管理頂板時(shí), -般只引起覆巖的開(kāi)生產(chǎn)技術(shù)水平的提高，上行開(kāi)采法將會(huì )有廣闊的發(fā)展前景。烈性破壞，頂板下沉量要比全部跨落法小,頂板下沉量隨采高參考文獻:而變化。[1] 中國礦業(yè)學(xué)院.煤礦巖層與地表移動(dòng)[M ] .北京:煤炭4)巖性及層間結構。巖石力學(xué)性質(zhì)及層間結構影響覆巖工業(yè)出版社, 1981:2-7.破壞的高度。當頂板巖石硬度較高時(shí),跨落帶和斷裂帶的發(fā)汪理全.煤層(群)上行開(kāi)采技術(shù)[M ].北京:煤炭工業(yè)出育較高。在冒落過(guò)程中,巖層主要以斷塊充填采空區。當頂版社, 1995 :44 -45.板巖石強度較低時(shí)，冒矸容易充滿(mǎn)采空區,因此,跨落帶和斷杜計平.煤礦特殊開(kāi)采方法[M ]. 徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出裂帶發(fā)育較低。版社,2003:52 -54.5)煤層傾角。煤層傾角主要影響采場(chǎng)上覆巖層破壞的空[4徐永圻.煤礦開(kāi)采學(xué)[M ].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,間形態(tài)。①緩傾斜煤層,采場(chǎng)頂板巖層冒落后就地堆積。在1991:21 -22. .采空區邊界,由于煤柱支撐,剪切應力大,因此,跨落帶及斷作者簡(jiǎn)介:裂帶發(fā)育較中部高。②傾斜煤層,采場(chǎng)頂板巖層冒落后會(huì )沿孫東興(1964-),男,遼寧北票人,工程師。1988 年畢業(yè)煤層地板向下滾動(dòng)。煤層傾斜下方的頂板受矸石充填，冒落于潞安礦 務(wù)局職工大學(xué)綜合機械化采煤專(zhuān)業(yè),現在山西汾西工不充分，而傾斜上方的巖層失去冒落矸石的支撐，巖層冒落充程建設有限責任公司工程公司從事采礦技術(shù)管理研究工作。分。因此,跨落帶和斷裂帶不對稱(chēng)，傾斜上方高，傾斜下方(上接第94頁(yè))逃,就可以很好地改善馬山貧困山區的水土流失問(wèn)題。具體的施工辦法:首先用挖土機將地表上層的肥沃土壤挖通過(guò).上述兩種方法的介紹,我們了解了最為直接和高效的出來(lái),深度保持在5 m,將挖出來(lái)的優(yōu)質(zhì)土壤放在旁邊,然后開(kāi)防止水土流失的辦法,這兩種方法還能徹底解決水土流失的問(wèn).始進(jìn)行防滲膜的鋪設。在鋪設的時(shí)候,根據實(shí)際情況選取不一題,后續的工作還要求 我們根據土壤的實(shí)際情況,進(jìn)行封山育樣的規模,以免造成資源的浪費，根據情況鋪設3 ~4層的防滲林的改造和定量的減少農耕的生活。因為在改造初期,雖然土膜,然后將開(kāi)始挖出來(lái)的優(yōu)質(zhì)土壤進(jìn)行回填,與此同時(shí),必須注壤的能力得到了一定的恢復,但是,能力只是停留在表面,還沒(méi)意防滲膜的無(wú)縫焊接工作,做到滴水不漏。這樣以來(lái),一項防有完全的恢復,所以需要不斷進(jìn)行植樹(shù)造林,才可以把水分牢滲膜的施工過(guò)程就完成了過(guò)程非常簡(jiǎn)單快捷,為以后優(yōu)質(zhì)土壤牢的吸收在植物的根部，增強土壤的抗性,真正做到防治水土的退耕還林提供了保證。流失。2.2.將溶洞和水洞兩種特殊地貌全部封死3“結語(yǔ)廣西馬山縣貧困山區的水土流失是由于消水洞這種特殊因為貧困山區固有的脆弱性質(zhì)的生態(tài)系統環(huán)境的不穩定的地貌引起的。所以利用地質(zhì)探測技術(shù),準確尋找和定位消水和極易造成破壞,以及很難恢復的特性。山地資源的不合理開(kāi)洞的位置和溶洞的具體坐標,并將其利用現代科技對這兩種特發(fā)和沒(méi)有節制的濫用,非常容易造成貧困山區生態(tài)環(huán)境的不斷殊的地貌出入口全部封死,就可以從本源部分直接切斷土質(zhì)水惡化和退化，甚至嚴重的時(shí)候可以直接造成土地災害。水土流層存水的流失問(wèn)題,也就可以很好地解決水土流失的下滲問(wèn)題失是貧困山區生態(tài)環(huán)境惡化和退化最集中的體現,與土地的合和因為雨水沖刷流向溶洞和消水洞的問(wèn)題。在這項措施中利理利用有著(zhù)直接的關(guān)系。用地理中的地質(zhì)勘測技術(shù)可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題。結合上述材料中提到的防滲膜技術(shù)的運用,這兩種特殊的技術(shù)結合在[1] 王禮先.水土保持學(xué)[M].北京:中國林業(yè)出版社,2005.-起,一個(gè)可以在表面直接控制水土的下滲問(wèn)題,另一個(gè)可以[2] 王平,劉少峰. 嶺南稀土礦區土壤侵蝕狀況分析[J].中在里面直接封死水土流失的進(jìn)出口,即使再次發(fā)生水災或者旱國水土保持,2010(11):144- 146.災的情況，至少優(yōu)質(zhì)的水士資源不會(huì )再次流向消水洞和溶洞當[3]林靚規_ 當伯蘊吃佐興冷津于水+保持生態(tài)補償機制中,依然會(huì )停留在地表處。這樣以來(lái),原本土質(zhì)非常惡劣的土的必要中國煤化工1);122-124.壤,因為防滲膜技術(shù)的控制可以把劣質(zhì)的土壤變成肥沃的土[4] 高照YHC N M H G項建設及其規劃研究壤,加上將其消水洞和溶洞完全的封死,導致水土流失無(wú)處可[M].北京:中央文獻出版社,2007.96.