淺議地下煤層開采技術(shù)

1、淺議地下煤層開采技術(shù)    關(guān)鍵詞:地下煤層;開采技術(shù);主采煤層;采區(qū)巷道;回采工藝;開拓方式一般來講,不論是整個(gè)井田,還是階段內(nèi)、采空區(qū)內(nèi),對(duì)同一煤層,都應(yīng)首先考慮使用下行開采順序。井下采煤的順序,對(duì)于傾角10°以上的煤層一般分水平開采,每一水平又分為若干采區(qū),先在第一水平依次開采各采區(qū)煤層,采完后再轉(zhuǎn)移至下一水平。如有兩層或兩層以上煤層,先采第一水平最上面煤層,再自上而下采另外煤層,采完后向第二水平轉(zhuǎn)移。 一、影響煤層穩(wěn)定性的因素 (一)頂板的分層層數(shù) 當(dāng)頂板懸空時(shí),沿層面易出現(xiàn)離層,進(jìn)而發(fā)生頂板冒落。巖層層數(shù)越多,其頂板的整體性就越差,因

2、此容易發(fā)生冒落。煤層頂板穩(wěn)定性主要取決于靠近煤層之上3m以內(nèi)頂板巖層的穩(wěn)定性,而不是整個(gè)頂板巖層。 (二)直接頂?shù)暮穸?生產(chǎn)實(shí)踐表明,砂巖頂板比粉砂巖頂板穩(wěn)定,粉砂巖頂板比泥質(zhì)巖頂板穩(wěn)定。同一巖性的頂板厚度越大,穩(wěn)定性越好。頂板的厚度還影響著小斷層的發(fā)育程度,而小斷層的發(fā)育在很大程度上影響著頂板的堅(jiān)固性和整體性。 (三)頁板巖層中砂巖的含量 煤層頂板的巖石類型基本分為兩種:一種是軟質(zhì)巖石,包括泥巖、砂質(zhì)泥巖和粉砂巖;另一種是硬質(zhì)巖石,包括各類砂巖。頂板巖石的采動(dòng)和穩(wěn)定性能與這兩種巖石的組合和相對(duì)比率有很大的關(guān)系。砂巖比率相對(duì)較高的頂板組合,其穩(wěn)定性能相對(duì)較好;反之,穩(wěn)定性就較差。 (四)主采煤

3、層與薄煤層的間距 主采煤層之上的薄煤層或煤線往往是頂板的軟弱面。據(jù)分析,當(dāng)薄煤層與主采煤層相距1.83m時(shí),由于頂板錨杠不能穿透其上薄煤層,錨杠起不到固定頂板的作用,薄煤層以上的巖層呈懸空狀態(tài),這時(shí)極易發(fā)生冒頂事故。當(dāng)主采煤層開采后,其上的薄煤層(或煤層)構(gòu)成直接頂與老頂間的軟弱而,連接力極差,造成薄煤層以下的巖體塌落,釀成冒頂事故。因此主采煤層和薄煤層的間距與煤層頂板穩(wěn)定性成反比。 二、煤層開采技術(shù) 在發(fā)展現(xiàn)代采煤工藝的同時(shí),繼續(xù)發(fā)展多層次、多樣化的采煤工藝,建立具有中國(guó)特色的采煤工藝?yán)碚摗?(一)開拓方式 對(duì)于傾斜、急傾斜煤層,且分布在山巒起伏的山區(qū),地表坡降大,溝谷發(fā)育,可利用作礦井地面

4、工業(yè)廣場(chǎng)的地表空間較為有限。因此,其礦井的開拓應(yīng)選用以下方式較為適宜: 1.平峒。 2.平峒-暗斜井。 3.斜井。 在選擇開拓方式時(shí),應(yīng)首先考慮其井田所在范圍內(nèi)可利用礦井地面工業(yè)廣場(chǎng)的地表空間。在其條件許可下,優(yōu)先選擇平峒開拓方式。根據(jù)開采水平的劃分,分別布置平峒。平峒位置應(yīng)選擇使平峒盡可能短揭露煤層的位置。在可利用作礦井地面工業(yè)廣場(chǎng)的地表空間條件受到限制時(shí),則考慮采用平峒暗斜井或斜井的開拓方式。這兩種開拓方式的選擇,主要參照因素是井田范圍內(nèi)煤層地質(zhì)條件的復(fù)雜程度。煤層地質(zhì)條件復(fù)雜程度較高的,可考慮采用平峒-暗斜井的開拓方式。此開拓方式即可實(shí)現(xiàn)初期投資少,投產(chǎn)高,見效快,又可充分利用平峒揭露煤

5、層地質(zhì)情況,掌握更加豐富的井田范圍內(nèi)的煤層地質(zhì)資料,有利于下水平暗斜井延深選擇正確的位置。煤層地質(zhì)條件復(fù)雜程度較低,含煤地層相對(duì)較穩(wěn)定的,則可采用斜井開拓方式。該開拓方式雖然初期投資較多,但總投資少,且有利于集中生產(chǎn)。 (二)回采工藝 由于不穩(wěn)定煤層具有地質(zhì)構(gòu)造多、煤層厚度變化大的特征,造成回采工作面空間條件變化頻繁,難以滿足采煤機(jī)的運(yùn)行,而炮采對(duì)回采工作面的空間條件要求不苛刻,且機(jī)動(dòng)靈活性高,因此,選擇炮采工藝是比較合理的。 根據(jù)不同的煤層賦存情況,可以選擇以下炮采工作面的布置方法: 1.短壁法:在煤厚相對(duì)較穩(wěn)定,地質(zhì)構(gòu)造較少的煤層中,可采用短壁式布置回采工作面,壁長(zhǎng)以60m左右為宜,在工作

6、面上部布置回風(fēng)巷,下部布置運(yùn)輸巷,工作面沿垂直運(yùn)輸巷方向推進(jìn)。 2.中深孔爆破法:在煤層傾角較大,頂?shù)装逑鄬?duì)較為穩(wěn)定,頂板為不易垮落、緩慢下沉,底板為較光滑的煤層或是“雞窩”狀的煤包中,采用中深孔爆破法。在設(shè)定的開采區(qū)段內(nèi),上部布置回風(fēng)巷,下部布置運(yùn)輸巷,沿傾斜方向和偽傾斜方向在煤層中掘聯(lián)絡(luò)眼,將煤層分割成菱形。平行于傾向方向的兩菱邊間距以礦井擁有的技術(shù)能力所能達(dá)到中深孔爆破最佳效果的深度為宜,一般取20m左右,平行于傾向方向的菱邊長(zhǎng)宜取25m左右。開采順序?yàn)閺南轮辽蠈⒎指畛闪庑螤畹拿簩又饌€(gè)回采。整個(gè)工作面沿垂直于運(yùn)輸巷推進(jìn)。 3.斜坡法:在急傾斜煤層中,在工作面上部布置回風(fēng)巷,下部布置運(yùn)輸巷

7、,沿煤層邊界向煤層走向反方向在煤層中偽斜掘主斜坡與上部回風(fēng)巷溝通,在主斜坡上向煤層走向方向分別掘若干個(gè)分斜坡,分斜坡與前一個(gè)主斜坡溝通,將開采區(qū)段內(nèi)的煤層分割成若干個(gè)塊段,從上至下將分割的各個(gè)塊段煤層逐個(gè)回采。整個(gè)工作面沿垂直于運(yùn)輸巷后退式推進(jìn)。 上述幾種回采方法的回采巷道(切眼、聯(lián)絡(luò)眼、主斜坡、W發(fā)斜坡)的布置應(yīng)盡可能利用煤厚變化界限、地質(zhì)構(gòu)造邊沿等煤層地質(zhì)條件,將不連續(xù)可采的煤體分割成厚度、傾角相對(duì)穩(wěn)定和比較連續(xù)的塊段,然后針對(duì)具體條件選擇相應(yīng)的采煤方法。        由于煤層的不穩(wěn)定性,因此,應(yīng)根據(jù)煤層具體

8、的賦存條件選擇其相適應(yīng)的采煤方法。即使在同一個(gè)回采工作面也不要簡(jiǎn)單地選擇某一采煤方法,而往往多種采煤方法的組合才是最佳的。 (三)采區(qū)巷道布置 根據(jù)煤層薄、層數(shù)多,且層間距小的特點(diǎn),礦井的采區(qū)布置應(yīng)選擇多煤層聯(lián)合布置較為適宜。在多煤層中,選擇位于其最底部的煤層的底板布置采區(qū)上山。上山的位置應(yīng)盡量布置在平行于煤層傾向向、背斜構(gòu)造的軸部。開采水平垂深一般以10mm左右為宜,采區(qū)走向長(zhǎng)度應(yīng)盡量利用地層的傾向斷層作為采區(qū)的邊界,一般以單翼走向長(zhǎng)度500m左右為宜,開采區(qū)段垂高以30m左右為為宜,開采區(qū)段的運(yùn)輸巷應(yīng)盡量布置地層走向向、背斜構(gòu)造的軸部。對(duì)于煤層層間距在10m左右的煤層,采區(qū)區(qū)段運(yùn)輸巷可采用

9、聯(lián)合布置的方式,沿相對(duì)底層的煤層掘運(yùn)輸巷,然后利用掘反眼順槽的方法溝通上一層煤層,采用上煤層超前下煤層20m的兩煤層同時(shí)回采的方法進(jìn)行回采。 除了采區(qū)區(qū)段運(yùn)輸巷采用沿煤層掘進(jìn)外,其它采區(qū)巷道的位置盡可能選擇在地質(zhì)資料中提供的地段構(gòu)造中,使得所掘的巷道即可服務(wù)采區(qū)生產(chǎn),又可作為探巷,為摸清礦井的煤層地質(zhì)情況提供更加豐富詳實(shí)的原始資料,以便于更加科學(xué)合理地選擇開采技術(shù)。 三、生產(chǎn)中遇到的工程地質(zhì)問題及解決方法 (一)復(fù)合頂板的控制問題 復(fù)合頂板又稱離層型頂板,由下軟上硬巖層組成,下部軟巖層易于上部硬巖層離層。潘集地區(qū)的13-1煤層多為復(fù)合頂板,夾有軟巖薄層,因此,直接頂難以支托住,頂板容易冒落,嚴(yán)

10、重影響生產(chǎn)與煤質(zhì)。通過多年的實(shí)踐,對(duì)復(fù)合頂板的冒落規(guī)律及管理取得了許多經(jīng)驗(yàn),已能較好地控制復(fù)合頂板。 (二)頂板砂巖體相變問題 煤層頂板砂巖是網(wǎng)狀、數(shù)枝狀、掌狀河流沉積環(huán)境,砂巖分布與厚度變化大,常常相變?yōu)樯百|(zhì)泥巖或泥巖。煤礦開采表明,頂板異常冒落往往發(fā)生在砂巖體相變的部位。近幾年來研究應(yīng)用三維地震反演技術(shù),解釋煤層頂板砂巖體的分布范圍,研究巖相變化與開采礦壓顯示的關(guān)系,進(jìn)行有效的頂板控制與管理已取得初步的成果。 參考文獻(xiàn) 1陳貴先.中國(guó)采煤方法M.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,1997. 2張先塵.中國(guó)采煤學(xué)M.北京:煤炭工業(yè)出版社,2003. 3錢鳴高,等.采煤工藝學(xué)M.徐州:中國(guó)礦大出版社,1998. 4韓復(fù)生,于海濤,高浩.煤層開采技術(shù)淺析J.今日科苑,200