淺談煤炭上行開(kāi)采技術(shù)

第3期山西焦煤科技No.32009年3月Shanxi Coking Coal Science & TechnologyMar 2009●試驗研究●淺談煤炭上行開(kāi)采技術(shù)江凱”王毅朱育超(中國礦業(yè)大學(xué))摘要 介紹了上行開(kāi)采技術(shù),論述了進(jìn)行 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)對層間距、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)一步的研究、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)采法將會(huì )具有廣闊的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞上行開(kāi)采;目的及意義 ;研究現狀;上行開(kāi)采機理;發(fā)展前景中圖分類(lèi)號: TD823文獻標識碼: A文章編號 :1672 -0652(2009)03 -0016 -041煤炭 上行開(kāi)采技術(shù)壞。在如此地質(zhì)條件下，如采用上行開(kāi)采法,則可以上行開(kāi)采法就是在一個(gè)煤系地層內，含有兩層及造成上部煤層整體性破壞，使上部煤層頂板呈松動(dòng)裂以上并有一定間距和開(kāi)采價(jià)值的煤層,在開(kāi)采順序上紋,產(chǎn)生位置移動(dòng),并進(jìn)而清除或減輕上煤層開(kāi)采時(shí)是先采下部煤層,然后再采上部煤層。這是一種特殊發(fā)生的沖擊地壓和周期來(lái)壓強度,同時(shí)減輕地質(zhì)構造的開(kāi)采順序"。根據頂板管理方式的不同,有厚煤應力的影響。層分層填充上行開(kāi)采,厚煤層分層恒底式上行開(kāi)采和2)適用于上煤層含水量大、頂板淋水的條件。煤層間跨落上行開(kāi)采2。在下行開(kāi)采法中,一些礦井煤層含水量大、頂板出現1.1研究的目的及意義淋水,造成工作面生產(chǎn)環(huán)境惡劣,影響工人的身體健上行開(kāi)采法作為一種特殊的開(kāi)采方法,在特殊的康,采區上(下)山膠帶輸送機所輸煤流下滑,大巷運.條件下將具有極強的優(yōu)越性和適用性,主要有:輸礦車(chē)粘底,堿小了礦車(chē)的有效容量。更為嚴重的是1)適用于上煤層頂板堅硬煤質(zhì)堅硬不易采出有些礦井因為頂板淋水較大而被迫停產(chǎn)。如棗莊礦的條件。我國有許多礦井采空區頂板巖石長(cháng)時(shí)間不務(wù)局甘霖礦黃貝井1702工作面,煤層頂板為1.5 m冒落,造成懸頂。有的礦井工作面懸空面積達.厚的灰巖，含裂隙溶洞水,正常涌水量為1萬(wàn)m以上,當采空區面積達到頂板穩定的極限時(shí),6~18 m'/h。由于淋水較大,1975年經(jīng)批準注銷(xiāo)了工-定厚度的巖層會(huì )發(fā)生整體性折斷或突發(fā)性冒落,這作面剩余產(chǎn)量。該井由于采用了上行開(kāi)采法, 1983種壓力對工作面正常生產(chǎn)構成嚴重威脅,綜采工作面年重新開(kāi)采1702 工作面時(shí),發(fā)現工作面無(wú)滴水現象，將發(fā)生液壓支架損壞、活柱崩裂。彎曲折斷、缸體爆多采出煤炭2.63萬(wàn)t。這說(shuō)明采用上行開(kāi)采方法能炸,以及其他構件的變形破壞。例如，1961年打通挖通過(guò)松動(dòng)上覆煤巖的原始狀態(tài),改變原有煤巖的分布金溝礦832盤(pán)區,頂板冒落面積達16 300 m',冒項后結構,使溶洞水通過(guò)裂縫滲透到下部煤層的采空區,地表塌陷深達0.5~1 m,產(chǎn)生的劇烈暴風(fēng)吹出井簡(jiǎn)，起到疏干上煤層含水的作用。沿途吹倒390多架棚子,通風(fēng)系統也遭到了很大的破中國煤化工條件。礦井下地fYHCNMHG①作者簡(jiǎn)介:江凱男1987年出生 中國礦業(yè)大學(xué)在讀本科生 徐州2210082009年第3期江凱等:淺談煤炭上行開(kāi)采技術(shù).●17.質(zhì)條件千變萬(wàn)化，煤層賦存情況千差萬(wàn)別，在同一個(gè)1.2 國內外研究現狀井田內,有時(shí)候會(huì )出現上煤層瓦斯含量高、下煤層瓦1)國外上行開(kāi)采的主要研究現狀。波蘭是在世斯含量低的現象。如四川松藻礦區的藻渡礦, K,層界上較早采用上行開(kāi)采方法采煤的國家之- - ,因為煤瓦斯低,而上部K,煤層和下部K,煤層不但瓦斯含量炭是波蘭國民經(jīng)濟的主要支柱之一。取得了特殊開(kāi)高,而且有突出的危險。如按常規下行開(kāi)采順序,必采的豐富實(shí)踐經(jīng)驗,即:研究上行開(kāi)采時(shí)，常把上、下須先采K,煤層,然后向下依次采K2、K,煤層。這樣，煤層之間的層間距(H) 與下煤層采高(M)之比(K)就必須考慮巷道布置的位置、瓦斯抽放設備、安全防稱(chēng)為采動(dòng)影像倍數來(lái)判別能否進(jìn)行上行開(kāi)采)。具范技術(shù)措施等,勢必要增加井巷工程量和初期設備投體成果和代表性論點(diǎn)有:資,影響建井速度和經(jīng)濟效益。該礦在改擴建中,采a) W.捷赫維茨認為,層間距與下煤層采高成線(xiàn)用上行法采煤把主要巷道布置在K,煤層,在開(kāi)采K2性關(guān)系, 即:H=I2M煤層的同時(shí),建立完整的通風(fēng)系統和瓦斯抽放硐室,b) B.可魯賓斯基等人也認為,層間距與下煤層.而后向上、下煤層進(jìn)行瓦斯抽放,為礦井的安全生產(chǎn)采高呈線(xiàn)性關(guān)系，即:創(chuàng )造了良好的預備條件。當M<1.5m時(shí)，H=12M4)適用于煤層賦存不穩定的條件。隨著(zhù)我國能當M>1.5m時(shí)，H =8M源結構的變化,對煤炭的需求量也越來(lái)越大,一些大e)M.胡德克等人認為,層間距與采高成正比,型特大型礦井正在崛起。由于煤層賦存不穩定的原而與巖石碎脹系數及冒落矸石壓縮率成反比關(guān)系,因,一些井田雖然儲量豐富,適合建設大型礦井,但含即煤底層屬于煤層群性,上薄下厚,上、下層之間存在著(zhù)M_壓茬關(guān)系，如果采用下行開(kāi)采法，為了保證礦井的產(chǎn)K,-1X1-η .量,就得多布置工作面。如果采用超前工作面布置方d)馬克耶夫斯基認為,層間距與下煤層采高的法,會(huì )帶來(lái)巷道布置和生產(chǎn)管理方面的困難,也會(huì )使平方成正比,與巖石碎脹系數成反比，即:供水、供電、運輸等輸助設施布置復雜化。類(lèi)似于上薄下厚的煤層或上、下層煤質(zhì)不一樣的煤層,設計中K,-1可以在礦井-翼用下行順序開(kāi)采法,另- -翼采用上行e) T.斯達朗認為,層間距與采高及巖石碎脹系.順序開(kāi)采法。此種布置方法可以解決礦井均衡生產(chǎn)數有關(guān),即:及煤質(zhì)不同的問(wèn)題。4H=M[2+=(K,-T)]5)適用于復采采空區上部遺留的煤炭資源。在現有生產(chǎn)礦區或礦井中,有很多采空區上方都遺棄了式中:一些可采煤層,丟棄的煤炭?jì)α肯喈敹?。原因多種多H-上、下煤層間的距離,m;樣:有地質(zhì)勘探不詳,在已采煤層上部又發(fā)現了可采M-下煤層采高,m;煤層;或者是把薄及不穩定煤層劃為不可采煤層,而K,-巖石碎脹系數;. 在生產(chǎn)中又發(fā)現可采,但已來(lái)不及布置采煤工作面，n-冒落矸石壓縮率。只好丟棄了上部煤層而采下部煤層;有的礦井在設計2)國內煤層上行開(kāi)采的主要研究現狀。在國時(shí),因下行開(kāi)采程序與采區布置和生產(chǎn)能力之間發(fā)生內,20世紀70年代,煤層(群)上行開(kāi)采引起了采礦了矛盾,而丟棄了上部次要煤層部分儲量。對上述種界廣泛關(guān)注與研究,并有計劃地進(jìn)行了試采。20世種原因丟棄的煤炭資源,只需增加少量巷道工程量就紀8C中國煤化工煤礦設計。礦井技可以回收被丟棄的煤炭資源。特別是對一些儲量不術(shù)改[HCN M H G作中,特別是地方足的老礦區或礦井,利用現有井巷和設備開(kāi)采這些遺煤礦復采老礦井采空區上方丟棄的煤炭資源,并獲得棄的煤炭資源,以延長(cháng)礦區或礦井的壽命,更具有重了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗。具體為:要的現實(shí)意義。a)當下部開(kāi)采一個(gè)煤層時(shí),采動(dòng)影響倍數.●18.山西焦煤科技2009年第3期K>7.5,上煤層可正常進(jìn)行掘進(jìn)和采煤。如果下煤板下沉被采空矸石所支撐，故采動(dòng)裂隙重新閉合壓層采出時(shí)留有煤柱,則在下部煤柱對應的上煤層工作實(shí)。從而說(shuō)明斷裂帶巖層在下沉過(guò)程中巖塊間相互面內可能出現局部頂板巖層和煤層的開(kāi)裂現象,采取咬合可形成“采面煤壁及其上方巖體-采空區跨落- -定措施后,可正常進(jìn)行上行開(kāi)采。矸石”為支撐體系的平衡巖層結構。斷裂帶的下位b)當下部開(kāi)采一一個(gè)煤層時(shí),采動(dòng)影響倍數Kp>巖層可形成以“煤壁- -支架一矸石” 為支撐體系的巖6.3,可在上煤層正常進(jìn)行掘進(jìn)和采煤工作。層結構。這種巖層結構在支架參與下亦可形成平衡c)上煤層位于下煤層開(kāi)采后的跨落帶之上時(shí)，巖層結構,能阻止覆巖層縱向臺階錯動(dòng)。因此,當上一般可正常進(jìn)行上行開(kāi)采。煤層位于距下煤層最近的平衡巖層之上時(shí),即可上行d)上、下煤層的開(kāi)采必須間隔足夠的時(shí)間。開(kāi)采。2.上行開(kāi)采機理3).上行開(kāi)采的基本原則。1)采場(chǎng)上覆巖層裂隙的變化規律。上行開(kāi)采破a)當采場(chǎng)上覆巖中有較堅硬巖層時(shí)，上煤層應壞了采場(chǎng)上覆巖(煤)層的原始應力平衡狀態(tài),引起位于距下煤層最近的平衡巖層之上。b)當上覆巖層巖體應力重新分布。當重新分布后的應力超過(guò)了煤均為軟巖層時(shí),上煤層應為于斷裂帶內。c)上煤層(巖)極限強度時(shí)，必須引起上覆巖(煤)層的橫向及的開(kāi)采應在下煤層開(kāi)采引起的巖層移動(dòng)穩定之后進(jìn)縱向變形與破壞。上覆巖( 煤)層的橫向及縱向離層行。d)上行開(kāi)采必要的層間距可用如下公式估算:變形主要產(chǎn)生大量采動(dòng)裂隙,破壞煤層,但隨時(shí)間的_M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);K。-1=h,而縱向剪切變形則表現為煤(巖)層發(fā)生臺階錯動(dòng)，式中:破壞煤層結構。后者是影響上行開(kāi)采的最大障礙。K,-巖石碎脹系數;控制煤(巖)層縱向臺階錯動(dòng),就是采場(chǎng)圍巖力系平h,-平衡巖層本身厚度,按巖(煤)層柱狀圖確衡問(wèn)題(1。因此,研究層間巖性及其形成平衡巖層定;結構的條件,認識研究上行開(kāi)采機理的基本方M-下煤層采高,m。法之一。4)上行開(kāi)采應采取如下技術(shù)措施。2)上行開(kāi)采與圍巖平衡。煤層開(kāi)采后的采場(chǎng)主a)當煤層間距較小時(shí),上煤層移動(dòng)曲線(xiàn)應達到要應力為煤層上覆巖層的自重,在應力的作用下,圍充分采動(dòng)。要求下煤層工作面尺寸足夠大,應采用長(cháng).巖發(fā)生變形、破壞以及應力重新分布,達到新的平衡壁采煤法,使上煤層達到該地質(zhì)技術(shù)條件下的最大面狀態(tài)。這個(gè)變化過(guò)程主要是巖層的移動(dòng)變化,在垂直積均勻下沉。同時(shí),要合理布置上煤層的開(kāi)采邊界。方面上可分為跨落帶、斷裂帶以及彎曲下沉帶。斷裂b)下煤層應采干凈，不留殘余煤柱,故下煤層最好采帶位于跨落帶上方,隨著(zhù)跨落帶的壓實(shí)過(guò)程,上部巖用無(wú)煤柱護巷。c)加快采煤工作面推進(jìn)速度。受下層將彎曲下沉形成裂隙;斷裂帶只產(chǎn)生- -定的下沉量部采動(dòng)影響的上煤層總要經(jīng)歷拉伸傾斜和壓縮變形和裂隙,產(chǎn)生的裂隙距采空區越高也越少,并且不改作用而后趨于穩定。提高采面推進(jìn)速度,連續采煤，變巖層原來(lái)的狀態(tài)。彎曲下沉帶只產(chǎn)生- -定量的下可縮短變形過(guò)程,減少變形程度。d)上煤層巷道應沉,對巖層的層狀結構毫無(wú)影響。而從圍巖平衡的觀(guān)在下煤層開(kāi)采引起的巖層移動(dòng)穩定之后開(kāi)掘。點(diǎn)可分為非平衡帶(即跨落帶)、部分平衡帶(相當于3影響上行開(kāi) 采的主要因素裂隙的下位巖層)、平衡帶(相當于裂隙巖層的下位1)層間距。煤層上行開(kāi)采的生產(chǎn)實(shí)踐及科學(xué)研巖層之上的巖層)。沿走向可分為原始應力區、煤壁究證中國煤化工采的基本條件。上.支撐區、離層區、重新壓實(shí)區和穩定區。在煤壁支撐下煤1HCN MH動(dòng)越平緩,傾斜、曲區內,下有采面煤壁及其上方巖體所支撐,故上部水率 等各柙變形值越小，越有利于上行開(kāi)采。反之,層平拉伸及下部壓縮變形劇增:在離層區,鉛垂方向受.間距越小，上覆煤層變形越劇烈,甚至出現臺階下沉。.拉伸,故上下離層變形最充分;而在重新壓實(shí)區內,頂采場(chǎng)上覆巖層的冒落性破壞及臺階錯動(dòng)是影響上行.2009年第3期江凱等:淺談煤炭 上行開(kāi)采技術(shù)開(kāi)采的最大障礙。當上、下煤層的層間距大于下煤層在采空區邊界,由于煤柱支撐，剪切應力大,因此,跨的跨落帶最大高度時(shí),上煤層發(fā)生臺階錯動(dòng)的幾率就落帶及斷裂帶發(fā)育較中部高。b)傾斜煤層,采場(chǎng)頂越小，采取- -定的技術(shù)措施,一般可以上行開(kāi)采。板巖層冒落后會(huì )沿煤層地板向下滾動(dòng)。煤層傾斜下2)采高。 采高是影響上覆巖層破壞及高度的方的頂板受矸石充填,冒落不充分,而傾斜上方的巖根本因素。采高越大,采出的空間越高,采場(chǎng)上覆巖層失去冒落矸石的支撐,巖層臂落充分。因此,跨落層的結構可能獲得平衡的幾率就越小，勢必導致采場(chǎng)帶和斷裂帶不對稱(chēng),傾斜上方高,傾斜下方低。c)急上覆巖層的嚴重破壞。一般采高越大,上煤層的下沉傾斜煤層,采空區冒落矸石下滑,上部巖層冒高更充越大,各種變形值也增大。開(kāi)采單一-煤層及厚煤層第分,跨落帶及斷裂帶的分布形態(tài)明顯，更向上部邊界-分層時(shí),跨落帶及斷裂帶高度與采高基本上成正比發(fā)展。同時(shí),煤層底板亦可發(fā)生滑脫來(lái)充填采空區。關(guān)系。在分層開(kāi)采厚煤層時(shí),跨落帶及斷裂帶高度與6)時(shí)間。煤層采出后,覆巖冒落、移動(dòng)至穩累計采高成分式函數關(guān)系。當分層數增加時(shí),此兩帶定,有個(gè)時(shí)間發(fā)展過(guò)程。據實(shí)測資料,當覆巖為堅硬高度趨于穩定并略有下降。巖層時(shí),斷裂帶發(fā)展到最高后,達到穩定,一般歷時(shí)23)采煤方法。采煤方法是控制覆巖破壞高度的~4個(gè)月;當頂板為中硬巖層時(shí)，斷裂帶發(fā)展到最高重要因素。因在采煤方法中,其頂板管理方法決定著(zhù)后穩定,一般歷時(shí)1 ~3個(gè)月;當頂板為軟巖層時(shí),斷覆巖破壞的空間形態(tài)和高度。全部跨落法管理頂板裂帶發(fā)展到最高后穩定的時(shí)間- - -般為1~2個(gè)月(5]。時(shí),采場(chǎng)上覆巖層一般都形成“三帶”。而采用充填總之,上行開(kāi)采時(shí),上、下煤層的開(kāi)采應間隔足夠法管理頂板時(shí),一般只引起覆巖的開(kāi)烈性破壞,頂板的時(shí)間。否則，即使有足夠層間距，開(kāi)采上煤層也會(huì )下沉量要比全部跨落法小,頂板下沉量隨采高而變遇到困難?；?。4上行開(kāi)采的前景展望4)巖性及層間結構。巖石力學(xué)性質(zhì)及層間結構上行開(kāi)采法將過(guò)去由上至下層層開(kāi)采煤田的下影響覆巖破壞的高度。當頂板巖石硬度較高時(shí),跨落行開(kāi)采方式,大膽轉變?yōu)樽韵露系男秹洪_(kāi)采方式, .帶和斷裂帶的發(fā)育較高。在冒落過(guò)程中,巖層主要以從根本.上解決了傳統下行開(kāi)采不能解決的諸多難題。斷塊充填采空區。當頂板巖石強度較低時(shí),在冒落過(guò)在某些特定歷史地質(zhì)條件下進(jìn)行上行式開(kāi)采，可以確程中發(fā)展不充分,主要以巖層彎曲充填采空區。因保礦井生產(chǎn)能力的增長(cháng)和新井建設速度,有效減少巷此,跨落帶和斷裂帶發(fā)育較低。當直接頂的厚度大于道工程量和維護量,達到安全經(jīng)濟的目的?，F階段,倍采高時(shí),冒矸充滿(mǎn)采空區,其上覆巖層在斷裂下沉雖然上行開(kāi)采技術(shù)有待進(jìn)- -步完善,但隨著(zhù)采煤生產(chǎn)中易于形成平衡巖層結構,位于平衡巖層之上的煤層.技術(shù)水平的提高,上行開(kāi)采法將會(huì )有廣闊的發(fā)展前將緩慢下沉,有利于上行開(kāi)采。景。5)煤層傾角。煤層傾角主要影響采場(chǎng)上獲巖層破壞的空間形態(tài)。a)緩傾斜煤層,采場(chǎng)頂板巖層冒落后就地堆積。收稿日期2009-02-13參考文獻[1]中國礦業(yè)學(xué)院. 煤礦巖層與地表移動(dòng)[ M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1981:2 -7.[2]汪理全. 煤層(群)上行開(kāi)采技術(shù)[ M].北京:煤炭工業(yè)出版社.1995:44 -45.中國煤化工[3]杜計平. 煤礦特殊開(kāi)采方法[ M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版杜,003:52 -54.[4]徐水圻. 煤礦開(kāi)采學(xué)[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社.1991:21 -22.YHCNMHG[5]錢(qián)生元 煤層群上行開(kāi)采的應用與探討[J].河北煤炭1995(1):23 -26.(下轉第36頁(yè))●36.山西焦煤科技2009年第3期.核心內容,要按工藝流程順序或事物發(fā)展的客觀(guān)規律物工程量 和應用效果,- -項工法的形成一般需-個(gè)以進(jìn)行敘述并輔以流程圖、示意圖等。6)材料。特殊上工程應用實(shí)例。說(shuō)明主要材料的規格、技術(shù)標準、質(zhì)量要求等(列4建筑工程企業(yè)未來(lái)發(fā)展趨勢表)。7)機具設備。列表說(shuō)明必須的施工機械、設建筑與其它商品的生產(chǎn)不同,由于建筑商品的單備工具、儀器的名稱(chēng)型號性能、應配備數量。8)件性 和固定性,決定了其生產(chǎn)商品人員的流動(dòng)性。為勞動(dòng)組織及安全。說(shuō)明本工法所需要的工種構成、人了保證對建 筑產(chǎn)品質(zhì)量的控制與提升,盡量走工廠(chǎng)員數量和技術(shù)要求(列表),以及應注意的安全事項化機械化裝配化的道路,以減少生產(chǎn)環(huán)境等客觀(guān)條和采取的具體措施。9)質(zhì)量要求。說(shuō)明必須遵照執件的影響。行的國家及有關(guān)部門(mén)、地區頒布的標準、規范名稱(chēng)、標.隨著(zhù)設計技術(shù)的快速發(fā)展,以發(fā)達國家為先導的準號及現行標準規范中未規定的質(zhì)量要求。10) 環(huán)新型建筑材料(包括建筑節能材料)的生產(chǎn)和采用,境要求。按照國家的有關(guān)法律法規,對環(huán)境進(jìn)行保要求必須適應當代設計技術(shù)的進(jìn)步,廣泛采用新的不護。11) 效益分析。對采用本工法的工程質(zhì)量、工同于傳統的施工方法,并通過(guò)不斷革新施工技術(shù)廣期、成本等指標的實(shí)際效果進(jìn)行分析,并說(shuō)明所獲經(jīng)泛普及工法知識,注重工法編寫(xiě)與有關(guān)技術(shù)標準和規濟效益和社會(huì )效益(社會(huì )效益必須由建設單位出具范的結合。的原件、經(jīng)濟效益應有數據對比,量化比較)。12)應.用實(shí)例。說(shuō)明工程項目的名稱(chēng)、地點(diǎn)、開(kāi)竣工日期.實(shí)收稿日期2009-02-13Discussion on the Construction Methods Development ofBuilding EnterpriseZhao YanAbstract Expoundes the concept of constuction method ,ascationin and the system stting up and develop-ment of engineering methods, enterprise standards are an important component of the building methods which markedthe progress of the technological level of enterprises and construction capacity. Discusses the method and content ofthe preparation of selection techniques, points and matters need atention , explaines the development of building enter-pris is inseparable from the development of engineering methods.Key words Building enterprise; Engineering methods; Development(上接第19頁(yè))Introduction to the Coal Uplink Mining TechnologyJiang Kai Wang Yi Zhu YuchaoAbstract This paper discuses the purpose and significance of uplink mining study，analyses at home and a-broad the present research on uplink mining, from the roof strata of variation and upward mining and surrounding rockbalance expounds the mechanism of upward mining, by coal mining height, lamellar spacing, analyzes and discussesthe methods of factor infLuence. Introduces in the traditional mining method under the premise of dominant, ascendingmining technology further research and practice , but with improven中國煤化工>roduction technolo-gy ,the uplink mining method will have broad development prospe:MYHCNMHGKey words Uplink mining; Purpose and meaning; Current research; Uplink mining mechanism; Develpmentpotential