技術(shù)與市場技術(shù)研發(fā)2013年 第20卷第11期煤炭上行開采技術(shù)孫東興(山西汾西工程建設(shè)有限責(zé)任公司工程公司,山西孝義032303)摘要:介紹了 上行開采技術(shù)，論述了上行開采研究的目的及意義,分析了國內(nèi)外關(guān)于上行開采的研究現(xiàn)狀，從采場上覆巖層裂隙的變化規(guī)律和上行開采與圍巖平衡等方面論述了上行開采的機理,并通過層間距、采高、采煤方法等的分析，論述了影響上行開采的因素。說明了在傳統(tǒng)的采煤方法占主導(dǎo)地位的前提下,上行開采技術(shù)有待進(jìn)-步研究、實踐和完善,但是隨著采煤生產(chǎn)技術(shù)水平總體的提高，上行開采法將具有廣闊的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞:上行開采;上行開采機理;發(fā)展前景doi:10. 3969/j. issn. 1006 - 8554.2013. 11.0571煤炭上行開采技術(shù)上覆巖(煤)層的原始應(yīng)力平衡狀態(tài)，引起巖體應(yīng)力重新分布。上行開采法就是在一個煤系地層內(nèi)， 含有兩層及以上并當(dāng)重新分布后的應(yīng)力超過了煤(巖)極限強度時，必須引起上有一定間距和開采價值的煤層,在開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?qū)?，然后再采上部煤層。這是一種特殊的開采順序。根據(jù)頂及縱向離層變形主要產(chǎn)生大量采動裂隙，破壞煤層,但隨時間板管理方式的不同，有厚煤層分層填充上行開采，厚煤層分層的延長，采動影響逐漸消失,采動裂隙會重新閉合壓實;而縱恒底式上行開采和煤層間跨落上行開采。向剪切變形則表現(xiàn)為煤(巖)層發(fā)生臺階錯動，破壞煤層結(jié)構(gòu)。1.1 上行開采的適用條件后者是影響上行開采的最大障礙?？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，就是采場圍巖力系平衡問題。因此，研究層間巖性及其形我國有許多礦井采空區(qū)頂板巖石長時間不冒落，造成懸頂。.成平衡巖層結(jié)構(gòu)的條件,認(rèn)識研究上行開采機理的基本方法有的礦井工作面懸空面積達(dá)1萬m2以上，當(dāng)采空區(qū)面積達(dá)到之一。頂板穩(wěn)定的極限時,-定厚度的巖層 會發(fā)生整體性折斷或突發(fā)2).上行開采與圍巖平衡。煤層開采后的采場主要應(yīng)力為性冒落,這種壓力對工作面正常生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅，綜采工作煤層上覆巖層的自重,在應(yīng)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(yīng)力重新分布,達(dá)到新的平衡狀態(tài)。這個變化過程主要及其他構(gòu)件的變形破壞。2)適用于.上煤層含水量大、頂板淋水的條件。在下行開采是巖層的移動變化，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(xiàn)淋水，造成工作面生彎曲下沉帶。斷裂帶位于跨落帶上方,隨著跨落帶的壓實過產(chǎn)環(huán)境惡劣，影響工人的身體健康,采區(qū)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?shù)V車粘底,減小了礦車的有效容量和裂隙，產(chǎn)生的裂隙距采空區(qū)越高也越少,并且不改變巖層量。更為嚴(yán)重的是有些礦井因為頂板淋水較大而被迫停產(chǎn)。原來的狀態(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(jié)構(gòu)毫無影響。而從圍巖平衡的觀點可分為非平衡帶(即跨變?nèi)f化，煤層賦存情況千差萬別，在同一個井田內(nèi)，有時候會落帶)部分平衡帶(相當(dāng)于裂隙的下位巖層)平衡帶(相當(dāng)于裂隙巖層的下位巖層之上的巖層)。沿走向可分為原始應(yīng)力出現(xiàn)上煤層瓦斯含量高、下煤層瓦斯含量低的現(xiàn)象。4)適用于煤層賦存不穩(wěn)定的條件。隨著我國能源結(jié)構(gòu)的區(qū)煤壁支撐區(qū)、離層區(qū)、重新壓實區(qū)和穩(wěn)定區(qū)。在煤壁支撐區(qū)變化,對煤炭的需求量也越來越大，一些大型特大型礦井正內(nèi)，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(wěn)定的原因,一些井田雖然儲量豐部壓縮變形劇增:在離層區(qū)，鉛垂方向受拉伸，故上下離層變富,適合建設(shè)大型礦井,但含煤底層屬于煤層群性，上薄下形最充分;而在重新壓實區(qū)內(nèi),頂板下沉被采空矸石所支撐，厚，上、下層之間存在著壓茬關(guān)系，如果采用下行開采法，為故采動裂隱重新閉合壓實。從而說明斷裂帶巖層在下沉過程了保證礦井的產(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(qū)面布置方法,會帶來巷道布置和生產(chǎn)管理方面的困難,也會使跨落矸石一-為支撐體系的平衡巖層結(jié)構(gòu)。斷裂帶的下位巖層供水、供電運輸?shù)容斨O(shè)施布置復(fù)雜化。類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(jié)構(gòu)。這煤層或上、下層煤質(zhì)不一樣的煤層,設(shè)計中可以在礦井一翼用種巖層結(jié)構(gòu)在支架參與下亦可形成平衡巖層結(jié)構(gòu)，能阻止覆下行順序開采法，另一翼采用上行順序開采法。此種布置方巖層縱向臺階錯動。因此，當(dāng)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)不同的問題。衡巖層之上時，即可上行開采。5)適用于復(fù)采采空區(qū)上部遺留的煤炭資源。在現(xiàn)有生產(chǎn)3影響上行開采的主要因素礦區(qū)或礦井中,有很多采空區(qū)上方都遺棄了-一些可采煤層，丟1)層間距四從當(dāng)商穴凹及科學(xué)研究證明,棄的煤炭儲量相當(dāng)多。足夠的空間距離中國煤化工下煤層的層間距2上行開采機理越大，上覆煤層YHCN M H G種變形值越小，1)采場上覆巖層裂隙的變化規(guī)律。上行開采破壞了采場越有利于上行開采。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(xiàn)臺階下沉。低。③急傾斜煤層,采空區(qū)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,采場上覆巖層的結(jié)構(gòu)可能獲得平時,煤層底板亦可發(fā)生滑脫來充填采空區(qū)。衡的幾率就越小，勢必導(dǎo)致采場上覆巖層的嚴(yán)重破壞。一般6)時間。煤層采出后,覆巖冒落、移動至穩(wěn)定,有個時間采高越大，上煤層的下沉越大，各種變形值也增大。開采單一發(fā)展過程。煤層及厚煤層第一分層時， 垮落帶及斷裂帶高度與采高基本4上行開采的前景展望上成正比關(guān)系。在分層開采厚煤層時，跨落帶及斷裂帶高度上行開采法將過去由上至下層層開采煤田的下行開采方與累計采高成分式函數(shù)關(guān)系。當(dāng)分層數(shù)增加時，此兩帶高度式，大膽轉(zhuǎn)變?yōu)樽韵露系男秹洪_采方式,從根本上解決了傳趨于穩(wěn)定并略有下降。統(tǒng)下行開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)行上行式開采，可以確保礦井生產(chǎn)能力的增長和新井建因在采煤方法中，其頂板管理方法決定著覆巖破壞的空間形設(shè)速度， 有效減少巷道工程量和維護(hù)量,達(dá)到安全經(jīng)濟(jì)的目態(tài)和高度。全部跨落法管理頂板時,采場上覆巖層一般都形的?，F(xiàn)階段,雖然上行開采技術(shù)有待進(jìn)一-步完善,但隨著采煤成“三帶”。而采用充填法管理頂板時, -般只引起覆巖的開生產(chǎn)技術(shù)水平的提高，上行開采法將會有廣闊的發(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(xiàn):而變化。[1] 中國礦業(yè)學(xué)院.煤礦巖層與地表移動[M ] .北京:煤炭4)巖性及層間結(jié)構(gòu)。巖石力學(xué)性質(zhì)及層間結(jié)構(gòu)影響覆巖工業(yè)出版社, 1981:2-7.破壞的高度。當(dāng)頂板巖石硬度較高時,跨落帶和斷裂帶的發(fā)汪理全.煤層(群)上行開采技術(shù)[M ].北京:煤炭工業(yè)出育較高。在冒落過程中,巖層主要以斷塊充填采空區(qū)。當(dāng)頂版社, 1995 :44 -45.板巖石強度較低時，冒矸容易充滿采空區(qū),因此,跨落帶和斷杜計平.煤礦特殊開采方法[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上覆巖層破壞的空[4徐永圻.煤礦開采學(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,采場頂板巖層冒落后就地堆積。在1991:21 -22. .采空區(qū)邊界,由于煤柱支撐,剪切應(yīng)力大,因此,跨落帶及斷作者簡介:裂帶發(fā)育較中部高。②傾斜煤層,采場頂板巖層冒落后會沿孫東興(1964-),男,遼寧北票人,工程師。1988 年畢業(yè)煤層地板向下滾動。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)綜合機械化采煤專業(yè),現(xiàn)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(shè)有限責(zé)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，傾斜上方高，傾斜下方(上接第94頁)逃,就可以很好地改善馬山貧困山區(qū)的水土流失問題。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.上述兩種方法的介紹,我們了解了最為直接和高效的出來,深度保持在5 m,將挖出來的優(yōu)質(zhì)土壤放在旁邊,然后開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.始進(jìn)行防滲膜的鋪設(shè)。在鋪設(shè)的時候,根據(jù)實際情況選取不一題,后續(xù)的工作還要求 我們根據(jù)土壤的實際情況,進(jìn)行封山育樣的規(guī)模,以免造成資源的浪費，根據(jù)情況鋪設(shè)3 ~4層的防滲林的改造和定量的減少農(nóng)耕的生活。因為在改造初期,雖然土膜,然后將開始挖出來的優(yōu)質(zhì)土壤進(jìn)行回填,與此同時,必須注壤的能力得到了一定的恢復(fù),但是,能力只是停留在表面,還沒意防滲膜的無縫焊接工作,做到滴水不漏。這樣以來,一項防有完全的恢復(fù),所以需要不斷進(jìn)行植樹造林,才可以把水分牢滲膜的施工過程就完成了過程非常簡單快捷,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(jié)語廣西馬山縣貧困山區(qū)的水土流失是由于消水洞這種特殊因為貧困山區(qū)固有的脆弱性質(zhì)的生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境的不穩(wěn)定的地貌引起的。所以利用地質(zhì)探測技術(shù),準(zhǔn)確尋找和定位消水和極易造成破壞,以及很難恢復(fù)的特性。山地資源的不合理開洞的位置和溶洞的具體坐標(biāo),并將其利用現(xiàn)代科技對這兩種特發(fā)和沒有節(jié)制的濫用,非常容易造成貧困山區(qū)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(yán)重的時候可以直接造成土地災(zāi)害。水土流層存水的流失問題,也就可以很好地解決水土流失的下滲問題失是貧困山區(qū)生態(tài)環(huán)境惡化和退化最集中的體現(xiàn),與土地的合和因為雨水沖刷流向溶洞和消水洞的問題。在這項措施中利理利用有著直接的關(guān)系。用地理中的地質(zhì)勘測技術(shù)可以很好地解決這個問題。結(jié)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(jié)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,一個可以在表面直接控制水土的下滲問題,另一個可以[2] 王平,劉少峰. 嶺南稀土礦區(qū)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(zāi)或者旱國水土保持,2010(11):144- 146.災(zāi)的情況，至少優(yōu)質(zhì)的水士資源不會再次流向消水洞和溶洞當(dāng)[3]林靚規(guī)_ 當(dāng)伯蘊吃佐興冷津于水+保持生態(tài)補償機制中,依然會停留在地表處。這樣以來,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(shè)及其規(guī)劃研究壤,加上將其消水洞和溶洞完全的封死,導(dǎo)致水土流失無處可[M].北京:中央文獻(xiàn)出版社,2007.96.