浅谈煤炭上行开采技术

第3期山西焦煤科技No.32009年3月Shanxi Coking Coal Science & TechnologyMar 2009●试验研究●浅谈煤炭上行开采技术江凯”王毅朱育超(中国矿业大学)摘要 介绍了上行开采技术,论述了进行 上行开采研究的目的及意义,分析了国内外关于上行开采的研究现状，从采场上覆岩层裂隙的变化规律和上行开采与围岩平衡等方面论述了上行开采的机理,并通过对层间距、采高、采煤方法等的分析,论述了影响上行开采的因素。说明了在传统的采煤方法占主导地位的前提下,上行开采技术有待进一步的研究、实践和完善,但是随着采煤生产技术水平总体的提高,上行开采法将会具有广阔的发展前景。关键词上行开采;目的及意义 ;研究现状;上行开采机理;发展前景中图分类号: TD823文献标识码: A文章编号 :1672 -0652(2009)03 -0016 -041煤炭 上行开采技术坏。在如此地质条件下，如采用上行开采法,则可以上行开采法就是在一个煤系地层内，含有两层及造成上部煤层整体性破坏，使上部煤层顶板呈松动裂以上并有一定间距和开采价值的煤层,在开采顺序上纹,产生位置移动,并进而清除或减轻上煤层开采时是先采下部煤层,然后再采上部煤层。这是一种特殊发生的冲击地压和周期来压强度,同时减轻地质构造的开采顺序"。根据顶板管理方式的不同,有厚煤应力的影响。层分层填充上行开采,厚煤层分层恒底式上行开采和2)适用于上煤层含水量大、顶板淋水的条件。煤层间跨落上行开采2。在下行开采法中,一些矿井煤层含水量大、顶板出现1.1研究的目的及意义淋水,造成工作面生产环境恶劣,影响工人的身体健上行开采法作为一种特殊的开采方法,在特殊的康,采区上(下)山胶带输送机所输煤流下滑,大巷运.条件下将具有极强的优越性和适用性,主要有:输矿车粘底,碱小了矿车的有效容量。更为严重的是1)适用于上煤层顶板坚硬煤质坚硬不易采出有些矿井因为顶板淋水较大而被迫停产。如枣庄矿的条件。我国有许多矿井采空区顶板岩石长时间不务局甘霖矿黄贝井1702工作面,煤层顶板为1.5 m冒落,造成悬顶。有的矿井工作面悬空面积达.厚的灰岩，含裂隙溶洞水,正常涌水量为1万m以上,当采空区面积达到顶板稳定的极限时,6~18 m'/h。由于淋水较大,1975年经批准注销了工-定厚度的岩层会发生整体性折断或突发性冒落,这作面剩余产量。该井由于采用了上行开采法, 1983种压力对工作面正常生产构成严重威胁,综采工作面年重新开采1702 工作面时,发现工作面无滴水现象，将发生液压支架损坏、活柱崩裂。弯曲折断、缸体爆多采出煤炭2.63万t。这说明采用上行开采方法能炸,以及其他构件的变形破坏。例如，1961年打通挖通过松动上覆煤岩的原始状态,改变原有煤岩的分布金沟矿832盘区,顶板冒落面积达16 300 m',冒项后结构,使溶洞水通过裂缝渗透到下部煤层的采空区,地表塌陷深达0.5~1 m,产生的剧烈暴风吹出井简，起到疏干上煤层含水的作用。沿途吹倒390多架棚子,通风系统也遭到了很大的破中国煤化工条件。矿井下地fYHCNMHG①作者简介:江凯男1987年出生 中国矿业大学在读本科生 徐州2210082009年第3期江凯等:浅谈煤炭上行开采技术.●17.质条件千变万化，煤层赋存情况千差万别，在同一个1.2 国内外研究现状井田内,有时候会出现上煤层瓦斯含量高、下煤层瓦1)国外上行开采的主要研究现状。波兰是在世斯含量低的现象。如四川松藻矿区的藻渡矿, K,层界上较早采用上行开采方法采煤的国家之- - ,因为煤瓦斯低,而上部K,煤层和下部K,煤层不但瓦斯含量炭是波兰国民经济的主要支柱之一。取得了特殊开高,而且有突出的危险。如按常规下行开采顺序,必采的丰富实践经验,即:研究上行开采时，常把上、下须先采K,煤层,然后向下依次采K2、K,煤层。这样，煤层之间的层间距(H) 与下煤层采高(M)之比(K)就必须考虑巷道布置的位置、瓦斯抽放设备、安全防称为采动影像倍数来判别能否进行上行开采)。具范技术措施等,势必要增加井巷工程量和初期设备投体成果和代表性论点有:资,影响建井速度和经济效益。该矿在改扩建中,采a) W.捷赫维茨认为,层间距与下煤层采高成线用上行法采煤把主要巷道布置在K,煤层,在开采K2性关系, 即:H=I2M煤层的同时,建立完整的通风系统和瓦斯抽放硐室,b) B.可鲁宾斯基等人也认为,层间距与下煤层.而后向上、下煤层进行瓦斯抽放,为矿井的安全生产采高呈线性关系，即:创造了良好的预备条件。当M<1.5m时，H=12M4)适用于煤层赋存不稳定的条件。随着我国能当M>1.5m时，H =8M源结构的变化,对煤炭的需求量也越来越大,一些大e)M.胡德克等人认为,层间距与采高成正比,型特大型矿井正在崛起。由于煤层赋存不稳定的原而与岩石碎胀系数及冒落矸石压缩率成反比关系,因,一些井田虽然储量丰富,适合建设大型矿井,但含即煤底层属于煤层群性,上薄下厚,上、下层之间存在着M_压茬关系，如果采用下行开采法，为了保证矿井的产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)马克耶夫斯基认为,层间距与下煤层采高的法,会带来巷道布置和生产管理方面的困难,也会使平方成正比,与岩石碎胀系数成反比，即:供水、供电、运输等输助设施布置复杂化。类似于上薄下厚的煤层或上、下层煤质不一样的煤层,设计中K,-1可以在矿井-翼用下行顺序开采法,另- -翼采用上行e) T.斯达朗认为,层间距与采高及岩石碎胀系.顺序开采法。此种布置方法可以解决矿井均衡生产数有关,即:及煤质不同的问题。4H=M[2+=(K,-T)]5)适用于复采采空区上部遗留的煤炭资源。在现有生产矿区或矿井中,有很多采空区上方都遗弃了式中:一些可采煤层,丟弃的煤炭储量相当多。原因多种多H-上、下煤层间的距离,m;样:有地质勘探不详,在已采煤层上部又发现了可采M-下煤层采高,m;煤层;或者是把薄及不稳定煤层划为不可采煤层,而K,-岩石碎胀系数;. 在生产中又发现可采,但已来不及布置采煤工作面，n-冒落矸石压缩率。只好丢弃了上部煤层而采下部煤层;有的矿井在设计2)国内煤层上行开采的主要研究现状。在国时,因下行开采程序与采区布置和生产能力之间发生内,20世纪70年代,煤层(群)上行开采引起了采矿了矛盾,而丢弃了上部次要煤层部分储量。对上述种界广泛关注与研究,并有计划地进行了试采。20世种原因丢弃的煤炭资源,只需增加少量巷道工程量就纪8C中国煤化工煤矿设计。矿井技可以回收被丢弃的煤炭资源。特别是对一些储量不术改[HCN M H G作中,特别是地方足的老矿区或矿井,利用现有井巷和设备开采这些遗煤矿复采老矿井采空区上方丟弃的煤炭资源,并获得弃的煤炭资源,以延长矿区或矿井的寿命,更具有重了丰富的实践经验。具体为:要的现实意义。a)当下部开采一个煤层时,采动影响倍数.●18.山西焦煤科技2009年第3期K>7.5,上煤层可正常进行掘进和采煤。如果下煤板下沉被采空矸石所支撑，故采动裂隙重新闭合压层采出时留有煤柱,则在下部煤柱对应的上煤层工作实。从而说明断裂带岩层在下沉过程中岩块间相互面内可能出现局部顶板岩层和煤层的开裂现象,采取咬合可形成“采面煤壁及其上方岩体-采空区跨落- -定措施后,可正常进行上行开采。矸石”为支撑体系的平衡岩层结构。断裂带的下位b)当下部开采一一个煤层时,采动影响倍数Kp>岩层可形成以“煤壁- -支架一矸石” 为支撑体系的岩6.3,可在上煤层正常进行掘进和采煤工作。层结构。这种岩层结构在支架参与下亦可形成平衡c)上煤层位于下煤层开采后的跨落带之上时，岩层结构,能阻止覆岩层纵向台阶错动。因此,当上一般可正常进行上行开采。煤层位于距下煤层最近的平衡岩层之上时,即可上行d)上、下煤层的开采必须间隔足够的时间。开采。2.上行开采机理3).上行开采的基本原则。1)采场上覆岩层裂隙的变化规律。上行开采破a)当采场上覆岩中有较坚硬岩层时，上煤层应坏了采场上覆岩(煤)层的原始应力平衡状态,引起位于距下煤层最近的平衡岩层之上。b)当上覆岩层岩体应力重新分布。当重新分布后的应力超过了煤均为软岩层时,上煤层应为于断裂带内。c)上煤层(岩)极限强度时，必须引起上覆岩(煤)层的横向及的开采应在下煤层开采引起的岩层移动稳定之后进纵向变形与破坏。上覆岩( 煤)层的横向及纵向离层行。d)上行开采必要的层间距可用如下公式估算:变形主要产生大量采动裂隙,破坏煤层,但随时间的_M延长,采动影响逐渐消失,采动裂隙会重新闭合压实;K。-1=h,而纵向剪切变形则表现为煤(岩)层发生台阶错动，式中:破坏煤层结构。后者是影响上行开采的最大障碍。K,-岩石碎胀系数;控制煤(岩)层纵向台阶错动,就是采场围岩力系平h,-平衡岩层本身厚度,按岩(煤)层柱状图确衡问题(1。因此,研究层间岩性及其形成平衡岩层定;结构的条件,认识研究上行开采机理的基本方M-下煤层采高,m。法之一。4)上行开采应采取如下技术措施。2)上行开采与围岩平衡。煤层开采后的采场主a)当煤层间距较小时,上煤层移动曲线应达到要应力为煤层上覆岩层的自重,在应力的作用下,围充分采动。要求下煤层工作面尺寸足够大,应采用长.岩发生变形、破坏以及应力重新分布,达到新的平衡壁采煤法,使上煤层达到该地质技术条件下的最大面状态。这个变化过程主要是岩层的移动变化,在垂直积均匀下沉。同时,要合理布置上煤层的开采边界。方面上可分为跨落带、断裂带以及弯曲下沉带。断裂b)下煤层应采干净，不留残余煤柱,故下煤层最好采带位于跨落带上方,随着跨落带的压实过程,上部岩用无煤柱护巷。c)加快采煤工作面推进速度。受下层将弯曲下沉形成裂隙;断裂带只产生- -定的下沉量部采动影响的上煤层总要经历拉伸倾斜和压缩变形和裂隙,产生的裂隙距采空区越高也越少,并且不改作用而后趋于稳定。提高采面推进速度,连续采煤，变岩层原来的状态。弯曲下沉带只产生- -定量的下可缩短变形过程,减少变形程度。d)上煤层巷道应沉,对岩层的层状结构毫无影响。而从围岩平衡的观在下煤层开采引起的岩层移动稳定之后开掘。点可分为非平衡带(即跨落带)、部分平衡带(相当于3影响上行开 采的主要因素裂隙的下位岩层)、平衡带(相当于裂隙岩层的下位1)层间距。煤层上行开采的生产实践及科学研岩层之上的岩层)。沿走向可分为原始应力区、煤壁究证中国煤化工采的基本条件。上.支撑区、离层区、重新压实区和稳定区。在煤壁支撑下煤1HCN MH动越平缓,倾斜、曲区内,下有采面煤壁及其上方岩体所支撑,故上部水率 等各柙变形值越小，越有利于上行开采。反之,层平拉伸及下部压缩变形剧增:在离层区,铅垂方向受.间距越小，上覆煤层变形越剧烈,甚至出现台阶下沉。.拉伸,故上下离层变形最充分;而在重新压实区内,顶采场上覆岩层的冒落性破坏及台阶错动是影响上行.2009年第3期江凯等:浅谈煤炭 上行开采技术开采的最大障碍。当上、下煤层的层间距大于下煤层在采空区边界,由于煤柱支撑，剪切应力大,因此,跨的跨落带最大高度时,上煤层发生台阶错动的几率就落带及断裂带发育较中部高。b)倾斜煤层,采场顶越小，采取- -定的技术措施,一般可以上行开采。板岩层冒落后会沿煤层地板向下滚动。煤层倾斜下2)采高。 采高是影响上覆岩层破坏及高度的方的顶板受矸石充填,冒落不充分,而倾斜上方的岩根本因素。采高越大,采出的空间越高,采场上覆岩层失去冒落矸石的支撑,岩层臂落充分。因此,跨落层的结构可能获得平衡的几率就越小，势必导致采场带和断裂带不对称,倾斜上方高,倾斜下方低。c)急上覆岩层的严重破坏。一般采高越大,上煤层的下沉倾斜煤层,采空区冒落矸石下滑,上部岩层冒高更充越大,各种变形值也增大。开采单一-煤层及厚煤层第分,跨落带及断裂带的分布形态明显，更向上部边界-分层时,跨落带及断裂带高度与采高基本上成正比发展。同时,煤层底板亦可发生滑脱来充填采空区。关系。在分层开采厚煤层时,跨落带及断裂带高度与6)时间。煤层采出后,覆岩冒落、移动至稳累计采高成分式函数关系。当分层数增加时,此两带定,有个时间发展过程。据实测资料,当覆岩为坚硬高度趋于稳定并略有下降。岩层时,断裂带发展到最高后,达到稳定,一般历时23)采煤方法。采煤方法是控制覆岩破坏高度的~4个月;当顶板为中硬岩层时，断裂带发展到最高重要因素。因在采煤方法中,其顶板管理方法决定着后稳定,一般历时1 ~3个月;当顶板为软岩层时,断覆岩破坏的空间形态和高度。全部跨落法管理顶板裂带发展到最高后稳定的时间- - -般为1~2个月(5]。时,采场上覆岩层一般都形成“三带”。而采用充填总之,上行开采时,上、下煤层的开采应间隔足够法管理顶板时,一般只引起覆岩的开烈性破坏,顶板的时间。否则，即使有足够层间距，开采上煤层也会下沉量要比全部跨落法小,顶板下沉量随采高而变遇到困难。化。4上行开采的前景展望4)岩性及层间结构。岩石力学性质及层间结构上行开采法将过去由上至下层层开采煤田的下影响覆岩破坏的高度。当顶板岩石硬度较高时,跨落行开采方式,大胆转变为自下而上的卸压开采方式, .带和断裂带的发育较高。在冒落过程中,岩层主要以从根本.上解决了传统下行开采不能解决的诸多难题。断块充填采空区。当顶板岩石强度较低时,在冒落过在某些特定历史地质条件下进行上行式开采，可以确程中发展不充分,主要以岩层弯曲充填采空区。因保矿井生产能力的增长和新井建设速度,有效减少巷此,跨落带和断裂带发育较低。当直接顶的厚度大于道工程量和维护量,达到安全经济的目的。现阶段,倍采高时,冒矸充满采空区,其上覆岩层在断裂下沉虽然上行开采技术有待进- -步完善,但随着采煤生产中易于形成平衡岩层结构,位于平衡岩层之上的煤层.技术水平的提高,上行开采法将会有广阔的发展前将缓慢下沉,有利于上行开采。景。5)煤层倾角。煤层倾角主要影响采场上獲岩层破坏的空间形态。a)缓倾斜煤层,采场顶板岩层冒落后就地堆积。收稿日期2009-02-13参考文献[1]中国矿业学院. 煤矿岩层与地表移动[ M].北京:煤炭工业出版社,1981:2 -7.[2]汪理全. 煤层(群)上行开采技术[ M].北京:煤炭工业出版社.1995:44 -45.中国煤化工[3]杜计平. 煤矿特殊开采方法[ M].徐州:中国矿业大学出版杜,003:52 -54.[4]徐水圻. 煤矿开采学[M].徐州:中国矿业大学出版社.1991:21 -22.YHCNMHG[5]钱生元 煤层群上行开采的应用与探讨[J].河北煤炭1995(1):23 -26.(下转第36页)●36.山西焦煤科技2009年第3期.核心内容,要按工艺流程顺序或事物发展的客观规律物工程量 和应用效果,- -项工法的形成一般需-个以进行叙述并辅以流程图、示意图等。6)材料。特殊上工程应用实例。说明主要材料的规格、技术标准、质量要求等(列4建筑工程企业未来发展趋势表)。7)机具设备。列表说明必须的施工机械、设建筑与其它商品的生产不同,由于建筑商品的单备工具、仪器的名称型号性能、应配备数量。8)件性 和固定性,决定了其生产商品人员的流动性。为劳动组织及安全。说明本工法所需要的工种构成、人了保证对建 筑产品质量的控制与提升,尽量走工厂员数量和技术要求(列表),以及应注意的安全事项化机械化装配化的道路,以减少生产环境等客观条和采取的具体措施。9)质量要求。说明必须遵照执件的影响。行的国家及有关部门、地区颁布的标准、规范名称、标.随着设计技术的快速发展,以发达国家为先导的准号及现行标准规范中未规定的质量要求。10) 环新型建筑材料(包括建筑节能材料)的生产和采用,境要求。按照国家的有关法律法规,对环境进行保要求必须适应当代设计技术的进步,广泛采用新的不护。11) 效益分析。对采用本工法的工程质量、工同于传统的施工方法,并通过不断革新施工技术广期、成本等指标的实际效果进行分析,并说明所获经泛普及工法知识,注重工法编写与有关技术标准和规济效益和社会效益(社会效益必须由建设单位出具范的结合。的原件、经济效益应有数据对比,量化比较)。12)应.用实例。说明工程项目的名称、地点、开竣工日期.实收稿日期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页)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中国煤化工>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