減少厚煤層采后地表破損及礦井深部開采技術(shù)

柴建平

摘要：厚煤層開采在我國已經(jīng)有了很悠久的歷史，因受科學(xué)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)等等條件的限制，厚煤層的在開采后會造成一定的地表破損，影響煤層地質(zhì)。本文就礦井深部的煤礦開采為基礎(chǔ)，通過一些現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，提出如何減少厚煤層開采后產(chǎn)生的地表沉降與地面積水疏排，有效解決厚煤層開采問題與礦井深部開采技術(shù)問題，為后期其他煤礦開采提供建議。

關(guān)鍵詞：厚煤層；地表破損；聲部礦井開采技術(shù)；地表沉降

近幾年，我國在煤礦資源開采的技術(shù)上也有了一定的提升，通常煤炭資源都是從淺層開始開采，而隨著煤礦資源的采出，開采煤層逐漸轉(zhuǎn)向煤層深度較大的煤層。因此，隨著開采規(guī)模的增大，機(jī)械水平與開采技術(shù)也需要不斷發(fā)生改變與提升。就全球的煤礦生產(chǎn)來看，深部開采仍然是現(xiàn)在面臨的主要難題。我國東部地區(qū)因經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，對煤礦資源的需求量較大，因此，礦井延伸的深度就越強(qiáng)，很多煤礦企業(yè)的開采已經(jīng)轉(zhuǎn)向了礦井的深部開采了，最深的礦井已經(jīng)達(dá)到了千米單位的深度，且這些礦井還以每年5-10m的速度在增長。就當(dāng)前的形式來看，解決深部煤層開采造成的礦壓控制問題與沖擊礦壓等問題，已經(jīng)成為當(dāng)前礦業(yè)的主要研究方向。

一、針對高潛水位的不遷村厚煤層采煤

對于高潛水位的煤層開采，想要實(shí)現(xiàn)不用遷移村莊、減少良田毀壞的目標(biāo)，關(guān)鍵就是要在開采后達(dá)到地表沉降小的目的，一般通過走向長壁全部垮落開采的下沉系數(shù)為0.8-0.6范圍內(nèi)，如果開采深度為7m的煤層，一般造成的地表最大沉降為5m。伴隨著礦井深部開采技術(shù)的提高，對于減小地表沉降可以采用較少煤炭回收條帶式開采的方式，使得煤炭資源大量丟失，或者通過充填采空區(qū)等方式來減少的沉降至少可以降低到0.3以下。但就這兩種方式來說你，煤炭成本加大，且回填物需要更多，因此實(shí)施起來效率不高。

一般，煤層上覆巖都是有巖性軟硬不同的巖石組成的，為減緩地面沉降的速度，可以采用對離層空間進(jìn)行連續(xù)注漿的方式，使得含有較大壓力的注漿液支托上層巖體緩慢下沉，達(dá)到減緩沉降的目的。其次，由于注漿之后，地表下沉量會減少，特別容易形成積水，所以應(yīng)適當(dāng)進(jìn)行地表積水疏排工作，通過在最低點(diǎn)建立排水站的方式，以便雨季排水，既解放了土地，又保證村莊的利益。上述的方法，已經(jīng)能夠有效達(dá)到減少地表損壞，降低房屋破損，不需要遷移村莊的目的。對于一般建筑物來說，主要會受到拉伸以及壓縮兩種變形帶來的受力，當(dāng)村莊在煤礦開采區(qū)域中，且首先開始開采村莊周圍區(qū)域時，村莊首先受到的是拉伸力的影響，很可能造成較大的破壞，產(chǎn)生的裂隙也比較大，而繼續(xù)開采剩下的區(qū)域，村莊區(qū)域內(nèi)則會受到壓縮的影響，導(dǎo)致裂縫又有一定程度的縮小。因此，可以通過先開采村莊下的區(qū)域，由此形成一個壓縮區(qū)域，再開采周圍區(qū)域的方式，有效減少二次拉伸破壞，大大降低村莊損壞。

二、當(dāng)前礦井深部開采存在的難點(diǎn)與解決措施

1、防治開采中產(chǎn)生的沖擊礦壓。

1.1 造成沖擊礦壓的原因。

前面提到，煤層本身與頂?shù)装鍘r石都具有嚴(yán)重的沖擊性，這就是產(chǎn)生沖擊礦壓的主要內(nèi)部因素。當(dāng)深度煤層開采深度在650m以下時，原巖層的應(yīng)力比較大，很容易造成煤層失穩(wěn)的情況，尤其在應(yīng)力比較集中的地方，煤層更容易受到破壞，造成沖擊礦壓。通常沖擊礦壓的突發(fā)點(diǎn)是高應(yīng)力區(qū)域以及壓力低層區(qū)，比如斷層、向斜軸附近以及煤柱邊沿附近等等，對于水力采煤與條帶式開采過程中所留煤柱而形成的高應(yīng)力區(qū)域，開采面留有護(hù)巷煤柱與丟失的煤柱等區(qū)域都是很容易造成沖擊礦壓的區(qū)域。其次，對于煤層老頂或者是直接頂是比較堅(jiān)硬的巖石、砂石的，由于工作面的礦壓顯現(xiàn)較為明顯，當(dāng)頂板初次來壓或者周期來壓、亦或者遇到采掘工作面的集中放炮時，勢必會造成沖擊礦壓發(fā)生。

1.2 沖擊礦壓的防治措施。

對于具有沖擊性的煤層開采時，通常采用的防治措施包括開采解放層，合理的布置巷道、煤層以及頂板注水等方式。一旦發(fā)現(xiàn)危險區(qū)域，可以通過解危措施，進(jìn)行煤層松動爆破、卸載注水、鉆孔或者卸載巷道等方式來解決。要達(dá)到消除高應(yīng)力區(qū)域的形成，首先就應(yīng)該通過地應(yīng)力的測定與地質(zhì)動力區(qū)劃，判斷異常區(qū)域的高應(yīng)力集中于沖擊礦壓走向。其次，為環(huán)節(jié)沖擊礦壓的強(qiáng)度，可以采用頂板注水的方式來做好有效的防治措施。有一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得出，一方面，頂板注水不僅可以減小巖層的彎曲度，更能降低彎曲能量指數(shù)，從而達(dá)到降低沖擊程度的目的。另一方面，頂板注水方式可以將中等沖擊轉(zhuǎn)化為無沖擊的傾向，在頂板注水后，頂板壓裂分層因此很容易冒落，造成工作面前方的支撐壓力變小，從而達(dá)到減輕煤壁向外的沖擊壓力。

2、對于井巷的保護(hù)措施。

對于礦井深部的開采技術(shù)進(jìn)行研究，可以觀測到一般煤層巷道與軟巖的閉合速度在0.7-1.2mm/d范圍內(nèi)，而閉合量在600-900mm左右。當(dāng)?shù)V井深度達(dá)到800m時，原巖應(yīng)力大概在25MPa左右，就會出現(xiàn)軟巖與煤層失穩(wěn)的情況，巷道布置也會出現(xiàn)嚴(yán)重的變形，而在堅(jiān)硬的巖石中的巷道布置，狀態(tài)仍然維持得較好。針對這樣的狀態(tài)而言，從經(jīng)濟(jì)方面來講，要實(shí)現(xiàn)少丟煤柱，提高回收率，且要保持良好的巷道環(huán)境滿足生產(chǎn)要求的目的，可以通過兩種方式解決。第一，對于礦井的深部開采主要的井巷應(yīng)布置在堅(jiān)硬巖石中，采取錨網(wǎng)噴支護(hù)的方式可以達(dá)到良好的效果。第二，如果缺乏堅(jiān)硬巖層設(shè)置井巷條件的，可以通過在巷道上方煤層中布置工作面，首先進(jìn)行開采施工的方式，使得巷道處在一個降壓環(huán)境內(nèi)，再對周圍的煤層進(jìn)行開采，這樣一來，巷道只是在初期受到了較小的影響，受破壞量也就大大減小，使得巷道能較好的保持穩(wěn)定狀態(tài)。

結(jié)語：綜上所述，對于礦井深部的煤礦開采而言，除開需要解決嚴(yán)重的支護(hù)與地表損壞問題外，還需要不斷探索全新的方式，實(shí)現(xiàn)最大限度的利用煤礦資源，減少生態(tài)影響，保護(hù)環(huán)境的目標(biāo)，真正實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]李嗣鈞. 減少厚煤層采后地表破損及礦井深部開采技術(shù)[J]. 煤礦開采，2001，02：25-28.

[2]張農(nóng)，李希勇，鄭西貴，薛飛. 深部煤炭資源開采現(xiàn)狀與技術(shù)挑戰(zhàn)[A]. 中國煤炭工業(yè)協(xié)會.全國煤礦千米深井開采技術(shù)[C].中國煤炭工業(yè)協(xié)會：，2013：22.

[3]張和生. 山區(qū)地下開采引起地表變形對長輸氣管線的影響研究[D].太原理工大學(xué)，2013.

[4]陳勇. 開灤礦區(qū)深部開采地表移動規(guī)律的研究[D].河南理工大學(xué)，2010.endprint