煤礦特殊開采新技術(shù)

煤礦特殊開采新技術(shù)河南理工大學(xué)安全技術(shù)培訓(xùn)學(xué)院內(nèi)容《環(huán)境保護(hù)法》與《礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)規(guī)定》煤與瓦斯共采技術(shù)膏體充填技術(shù)置換開采技術(shù)條帶開采技術(shù)采煤沉陷地土地復(fù)墾技術(shù)為什么要采用特殊開采保護(hù)環(huán)境要求企業(yè)安全生產(chǎn)要求企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益最大化要求中國(guó)環(huán)境保護(hù)的政策體系環(huán)境保護(hù)是一項(xiàng)基本國(guó)策強(qiáng)化環(huán)境管理誰(shuí)污染誰(shuí)治理預(yù)防為主防治結(jié)合綜合治理三同步、三統(tǒng)一的環(huán)保戰(zhàn)略方針經(jīng)濟(jì)建設(shè)、城鄉(xiāng)建設(shè)和環(huán)境建設(shè)同步規(guī)劃、同步實(shí)施、同步發(fā)展，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益與環(huán)境效益的統(tǒng)一中國(guó)環(huán)境保護(hù)的政策體系三大環(huán)境政策的下一個(gè)層次環(huán)境經(jīng)濟(jì)政策、生態(tài)保護(hù)政策、環(huán)境保護(hù)技術(shù)政策工業(yè)污染控制政策，以及相關(guān)的能源政策、技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策等中國(guó)環(huán)境保護(hù)的法規(guī)體系憲法環(huán)境保護(hù)基本法環(huán)境保護(hù)國(guó)際公約環(huán)境保護(hù)單行法環(huán)境保護(hù)行政法規(guī)環(huán)保地方法規(guī)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)其他相關(guān)法規(guī)是我國(guó)基本大法，為制定環(huán)境保護(hù)基本法和專項(xiàng)法奠定了基礎(chǔ)指《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》，它是環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的基本法，是環(huán)境保護(hù)專項(xiàng)法的基本依據(jù)。中國(guó)環(huán)境保護(hù)的法規(guī)體系環(huán)境保護(hù)資源法自然資源是人類賴以生存發(fā)展的條件，為了合理地開發(fā)、利用和保護(hù)自然資源，特制定了“森林法”、“草原法”、“礦產(chǎn)資源法”等多部環(huán)境保護(hù)資源法中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法第二條本法所稱環(huán)境，是指影響人類生存和發(fā)展的各種天然的和經(jīng)過(guò)人工改造的自然因素的總體，包括大氣、水、海洋、土地、礦藏、森林、草原、野生生物、自然遺跡、人文遺跡、自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、城市和鄉(xiāng)村等。中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法第四十四條違反本法規(guī)定，造成土地、森林、草原、水、礦產(chǎn)、漁業(yè)、野生動(dòng)植物等資源的破壞的，依照有關(guān)法律的規(guī)定承擔(dān)法律責(zé)任。中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法第二十六條開采礦藏或者興建地下工程，因疏干排水導(dǎo)致地下水水位下降、枯竭或者地面塌陷，對(duì)其他單位或者個(gè)人的生活和生產(chǎn)造成損失的，采礦單位或者建設(shè)單位應(yīng)當(dāng)采取補(bǔ)救措施，賠償損失。中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法第四十四條興建地下工程設(shè)施或者進(jìn)行地下勘探、采礦等活動(dòng)，應(yīng)當(dāng)采取防護(hù)性措施，防止地下水污染。中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法第十四條在山區(qū)、丘陵區(qū)、風(fēng)沙區(qū)修建鐵路、公路、水工程，開辦礦山企業(yè)、電力企業(yè)和其他大中型工業(yè)企業(yè)，其環(huán)境影響報(bào)告書中的水土保持方案，必須先經(jīng)水行政主管部門審查同意。在山區(qū)、丘陵區(qū)、風(fēng)沙區(qū)依法開辦鄉(xiāng)鎮(zhèn)集體礦山企業(yè)和個(gè)體申請(qǐng)采礦，必須填寫“水土保持方案報(bào)告表”，經(jīng)縣級(jí)以上地方人民政府水行政主管部門批準(zhǔn)后，方可申請(qǐng)辦理采礦批準(zhǔn)手續(xù)。中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法第二十二條開采礦產(chǎn)資源，應(yīng)當(dāng)統(tǒng)籌規(guī)劃，制定合理的開發(fā)利用方案，采用合理的開采順序、方法和選礦工藝。采礦許可證頒發(fā)機(jī)關(guān)應(yīng)當(dāng)對(duì)申請(qǐng)人提交的開發(fā)利用方案中的開采回采率、采礦貧化率、選礦回收率、礦山水循環(huán)利用率和土地復(fù)墾率等指標(biāo)依法進(jìn)行審查；審查不合格的，不予頒發(fā)采礦許可證。采礦許可證頒發(fā)機(jī)關(guān)應(yīng)當(dāng)依法加強(qiáng)對(duì)開采礦產(chǎn)資源的監(jiān)督管理。礦山企業(yè)在開采主要礦種的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)具有工業(yè)價(jià)值的共生和伴生礦實(shí)行綜合開采、合理利用；對(duì)必須同時(shí)采出而暫時(shí)不能利用的礦產(chǎn)以及含有有用組分的尾礦，應(yīng)當(dāng)采取保護(hù)措施，防止資源損失和生態(tài)破壞。中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法第五十三條違反本法規(guī)定，礦山企業(yè)未達(dá)到經(jīng)依法審查確定的開采回采率、采礦貧化率、選礦回收率、礦山水循環(huán)利用率和土地復(fù)墾率等指標(biāo)的，由縣級(jí)以上人民政府地質(zhì)礦產(chǎn)主管部門責(zé)令限期改正，處五萬(wàn)元以上五十萬(wàn)元以下的罰款；逾期不改正的，由采礦許可證頒發(fā)機(jī)關(guān)依法吊銷采礦許可證。中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法第五十三條違反本法規(guī)定，礦山企業(yè)未達(dá)到經(jīng)依法審查確定的開采回采率、采礦貧化率、選礦回收率、礦山水循環(huán)利用率和土地復(fù)墾率等指標(biāo)的，由縣級(jí)以上人民政府地質(zhì)礦產(chǎn)主管部門責(zé)令限期改正，處五萬(wàn)元以上五十萬(wàn)元以下的罰款；逾期不改正的，由采礦許可證頒發(fā)機(jī)關(guān)依法吊銷采礦許可證。礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)規(guī)定第三十條違反本規(guī)定，應(yīng)當(dāng)編制礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理恢復(fù)方案而未編制的，或者擴(kuò)大開采規(guī)模、變更礦區(qū)范圍或者開采方式，未重新編制礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理恢復(fù)方案并經(jīng)原審批機(jī)關(guān)批準(zhǔn)的，由縣級(jí)以上國(guó)土資源行政主管部門責(zé)令限期改正；逾期不改正的，處3萬(wàn)元以下的罰款，頒發(fā)采礦許可證的國(guó)土資源行政主管部門不得通過(guò)其采礦許可證年檢。第三十一條違反本規(guī)定第十六條、第二十三條規(guī)定，未按照批準(zhǔn)的礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理恢復(fù)方案治理的，或者在礦山被批準(zhǔn)關(guān)閉、閉坑前未完成治理恢復(fù)的，由縣級(jí)以上國(guó)土資源行政主管部門責(zé)令限期改正；逾期拒不改正的，處3萬(wàn)元以下的罰款，5年內(nèi)不受理其新的采礦權(quán)申請(qǐng)。礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)規(guī)定第十六條采礦權(quán)人應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格執(zhí)行經(jīng)批準(zhǔn)的礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理恢復(fù)方案。礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理恢復(fù)工程的設(shè)計(jì)和施工，應(yīng)當(dāng)與礦產(chǎn)資源開采活動(dòng)同步進(jìn)行。第二十三條礦山關(guān)閉前，采礦權(quán)人應(yīng)當(dāng)完成礦山地質(zhì)環(huán)境治理恢復(fù)義務(wù)。采礦權(quán)人在申請(qǐng)辦理閉坑手續(xù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)經(jīng)國(guó)土資源行政主管部門驗(yàn)收合格，并提交驗(yàn)收合格文件，經(jīng)審定后，返還礦山地質(zhì)環(huán)境治理恢復(fù)保證金。

逾期不履行治理恢復(fù)義務(wù)或者治理恢復(fù)仍達(dá)不到要求的，國(guó)土資源行政主管部門使用該采礦權(quán)人繳存的礦山地質(zhì)環(huán)境治理恢復(fù)保證金組織治理，治理資金不足部分由采礦權(quán)人承擔(dān)。第二十四條采礦權(quán)轉(zhuǎn)讓的，礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理恢復(fù)的義務(wù)同時(shí)轉(zhuǎn)讓。采礦權(quán)受讓人應(yīng)當(dāng)依照本規(guī)定，履行礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理恢復(fù)的義務(wù)。礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)規(guī)定第二十五條以槽探、坑探方式勘查礦產(chǎn)資源，探礦權(quán)人在礦產(chǎn)資源勘查活動(dòng)結(jié)束后未申請(qǐng)采礦權(quán)的，應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的治理恢復(fù)措施，對(duì)其勘查礦產(chǎn)資源遺留的鉆孔、探井、探槽、巷道進(jìn)行回填、封閉，對(duì)形成的危巖、危坡等進(jìn)行治理恢復(fù)，消除安全隱患。礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)規(guī)定采后抽采采前抽采（預(yù)抽）采中抽采（邊采邊抽）煤礦瓦斯抽采方法1.瓦斯抽采方法分類二、煤與瓦斯共采技術(shù)采前抽采(預(yù)抽)鄰近層抽采本煤層抽采地面鉆井抽采穿層鉆孔抽采順層鉆孔抽采交叉鉆孔抽采煤層巷道抽采地面鉆井抽采穿層鉆孔抽采走向巷道抽采傾向巷道抽采水平長(zhǎng)鉆孔抽采二、煤與瓦斯共采技術(shù)采中抽采(邊采邊抽)掘進(jìn)工作面抽采回采工作面抽采地面鉆井抽采穿層鉆孔抽采順層鉆孔抽采煤層巷道抽采采空區(qū)埋管抽采巷幫鉆孔抽采迎頭鉆孔抽采相鄰巷道抽采二、煤與瓦斯共采技術(shù)采后抽采

采空區(qū)抽采地面鉆井抽采密閉插管抽采密閉鉆孔抽采以上各種方法的組合構(gòu)成了煤礦瓦斯的綜合抽采二、煤與瓦斯共采技術(shù)二、煤與瓦斯共采技術(shù)多煤層條件下煤與瓦斯共采技術(shù)一般采礦地質(zhì)條件下煤與瓦斯共采技術(shù)多煤層條件下煤與瓦斯共采技術(shù)走向高抽巷多煤層條件下煤與瓦斯共采技術(shù)傾向高抽巷多煤層條件下煤與瓦斯共采技術(shù)傾向穿層孔多煤層條件下煤與瓦斯共采技術(shù)頂板走向孔多煤層條件下煤與瓦斯共采技術(shù)地面鉆井多煤層條件下煤與瓦斯共采技術(shù)底板巷穿層鉆孔多煤層條件下煤與瓦斯共采技術(shù)底板巷穿層鉆孔多煤層條件下煤與瓦斯共采技術(shù)進(jìn)風(fēng)巷下卸壓層B7下卸壓層B6抽采鉆孔底板巖石巷開采層B8回風(fēng)巷多煤層條件下煤與瓦斯共采技術(shù)進(jìn)風(fēng)巷下卸壓層B7下卸壓層B6抽采鉆孔底板巖石巷開采層B8回風(fēng)巷多煤層條件下煤與瓦斯共采技術(shù)進(jìn)風(fēng)巷下卸壓層B7下卸壓層B6抽采鉆孔底板巖石巷開采層B8回風(fēng)巷多煤層條件下煤與瓦斯共采技術(shù)進(jìn)風(fēng)巷下卸壓層B7下卸壓層B6底板卸壓區(qū)域抽采鉆孔底板巖石巷開采層B8回風(fēng)巷多煤層條件下煤與瓦斯共采技術(shù)首采層回風(fēng)巷進(jìn)風(fēng)巷被卸壓煤層多煤層條件下煤與瓦斯共采技術(shù)首采層回風(fēng)巷進(jìn)風(fēng)巷被卸壓煤層多煤層條件下煤與瓦斯共采技術(shù)首采層回風(fēng)巷進(jìn)風(fēng)巷被卸壓煤層多煤層條件下煤與瓦斯共采技術(shù)首采層回風(fēng)巷進(jìn)風(fēng)巷被卸壓煤層瓦斯瓦斯多煤層條件下煤與瓦斯共采技術(shù)首采層回風(fēng)巷進(jìn)風(fēng)巷卸壓距離20～150m被卸壓煤層瓦斯瓦斯鉆孔抽采半徑500～800米多煤層條件下煤與瓦斯共采技術(shù)Y型通風(fēng)

進(jìn)風(fēng)巷填充墻體首采層1#鉆孔2#鉆孔3#鉆孔4#鉆孔5#鉆孔4個(gè)卸壓瓦斯富集區(qū)頂板環(huán)形瓦斯富集區(qū)上向被卸壓煤層解吸瓦斯富集區(qū)下向被卸壓煤層解吸瓦斯富集區(qū)豎向楔形瓦斯富集區(qū)Y型通風(fēng)首采工作面剖面圖Y型通風(fēng)采空區(qū)瓦斯?jié)舛确植家?guī)律：采空區(qū)頂板5～40m，首采保護(hù)層工作面開采后50m超過(guò)10%、100m超過(guò)20%、300m達(dá)到40%。進(jìn)風(fēng)進(jìn)風(fēng)回風(fēng)首采工作面采空區(qū)高濃瓦斯富集區(qū)出煤沿空留巷瓦斯抽采鉆孔回風(fēng)Y型通風(fēng)首采工作面平面圖采空區(qū)瓦斯分布規(guī)律Y型通風(fēng)

回風(fēng)巷進(jìn)風(fēng)巷首采煤層(1.5～2m)卸壓范圍彎曲下沉帶冒落帶裂隙帶卸壓范圍2、3#鉆孔填充墻體瓦斯富集區(qū)首采層首采層Y型通風(fēng)

回風(fēng)巷填充墻體下向卸壓范圍4、5#鉆孔瓦斯富集區(qū)上向鉆孔抽采卸壓煤層瓦斯留巷鉆孔法下向鉆孔抽采卸壓煤層瓦斯技術(shù)-718m-800m-829m

-735m-683m

-765m

-809m-628m

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果：上向被卸壓煤層瓦斯抽采率72％以上，瓦斯壓力降至0.2～0.4MPa以下;瓦斯抽采濃度達(dá)60～95%。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果：瓦斯抽采濃度85～100%；采一層被卸壓煤層，瓦斯抽采率46％以上，多層開采后可達(dá)70%以上。首采層首采層Y型通風(fēng)

回風(fēng)巷填充墻體下向卸壓范圍4、5#鉆孔瓦斯富集區(qū)下向鉆孔抽采卸壓煤層瓦斯-735m-683m

-765m

-809m-628m

工業(yè)試驗(yàn)效果：瓦斯抽采濃度85～100%；采一層被卸壓煤層，瓦斯抽采率46％以上，多層開采后可達(dá)70%以上。一般地質(zhì)條件下煤與瓦斯共采技術(shù)研究上覆巖層移動(dòng)的意義目前，我國(guó)對(duì)煤礦開采沉陷的基礎(chǔ)理論研究和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)日趨完善，對(duì)特殊采礦地質(zhì)條件下的覆巖及地表移動(dòng)規(guī)律也有所研究。通過(guò)上覆巖層移動(dòng)理論的研究，可以定量的預(yù)計(jì)出覆巖裂隙的發(fā)育高度，從而為保水開采、瓦斯治理等提供理論依據(jù)和技術(shù)參數(shù)。通過(guò)上覆巖層移動(dòng)理論的研究，可以立體的預(yù)計(jì)出上覆巖層至地表的移動(dòng)變形值，為保護(hù)地面建筑物和地下構(gòu)筑物提供重要的數(shù)據(jù)。研究上覆巖層移動(dòng)的意義目前，我國(guó)對(duì)煤礦開采沉陷的基礎(chǔ)理論研究和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)日趨完善，對(duì)特殊采礦地質(zhì)條件下的覆巖及地表移動(dòng)規(guī)律也有所研究。通過(guò)上覆巖層移動(dòng)理論的研究，可以定量的預(yù)計(jì)出覆巖裂隙的發(fā)育高度，從而為保水開采、瓦斯治理等提供理論依據(jù)和技術(shù)參數(shù)。通過(guò)上覆巖層移動(dòng)理論的研究，可以立體的預(yù)計(jì)出上覆巖層至地表的移動(dòng)變形值，為保護(hù)地面建筑物和地下構(gòu)筑物提供重要的數(shù)據(jù)。采動(dòng)影響下上覆巖層預(yù)計(jì)理論利用計(jì)算機(jī)計(jì)算模擬覆巖內(nèi)移動(dòng)變形是一項(xiàng)新技術(shù)應(yīng)用，已成為預(yù)計(jì)評(píng)價(jià)采動(dòng)損害程度的重要方法之一，建立能夠與地質(zhì)采礦條件相適應(yīng)的計(jì)算模型是其關(guān)鍵技術(shù)。目前應(yīng)用較多的方法為：建立在直角坐標(biāo)系上的半無(wú)限疊加預(yù)計(jì)模型；建立在極坐標(biāo)上的普適疊加預(yù)計(jì)模型。第一種方法在計(jì)算中需要將不規(guī)則的開采區(qū)通過(guò)修正，歸一為矩形計(jì)算塊段，計(jì)算準(zhǔn)備工作量大，計(jì)算繁瑣且誤差較大。普適模型則能夠適應(yīng)各種地質(zhì)采礦條件，完成不同形狀單元的計(jì)算，能夠取得較好的模擬效果。該軟件與傳統(tǒng)的預(yù)計(jì)理論相比較具有以下幾方面的創(chuàng)新：主要影響半徑與埋深的關(guān)系按線性函數(shù)處理；綜合巖性系數(shù)沒有給出定量值；煤層產(chǎn)狀按等傾角或分段等傾角來(lái)處理；煤厚按等厚或分區(qū)域等厚來(lái)處理；下沉系數(shù)是按照工程類比或經(jīng)驗(yàn)來(lái)取值；HPU-6軟件具有的特點(diǎn)根據(jù)相關(guān)資料，c值的界定值為：當(dāng)采深較淺，覆巖松散較時(shí)c=2.5～3.0；采深較淺覆較硬時(shí)c=2.0～2.5；采深較大，覆巖較軟時(shí)c=1.5～2.0；采深較大覆巖較硬時(shí)c=1.0～1.5，見下圖。在重復(fù)采動(dòng)條件下c值一般小于1。煤層產(chǎn)狀煤層的賦存形態(tài)也是影響預(yù)計(jì)誤差的主要原因之一。傳統(tǒng)的預(yù)計(jì)是“把煤層按等傾角或分段等傾角”來(lái)處理，這樣會(huì)帶來(lái)理論上的預(yù)計(jì)誤差。采用曲面擬合技術(shù)可以消除這種理論上的預(yù)計(jì)誤差。采用曲面擬合方法涉及到擬合精度問(wèn)題，如何提高擬合精度，這也是研究的問(wèn)題之一。

煤厚

煤層厚度也是影響預(yù)計(jì)誤差的主要原因之一。傳統(tǒng)的預(yù)計(jì)理論多采用按等厚度或分區(qū)域等厚度來(lái)處理，這樣會(huì)帶來(lái)理論上的預(yù)計(jì)誤差，應(yīng)按照煤層真實(shí)的厚度來(lái)計(jì)算，這樣才能減小預(yù)計(jì)誤差。在特殊情況下煤層厚度變化很大，采用常規(guī)的曲面擬合技術(shù)很難擬合出真實(shí)的煤厚。在我的研究中采用分形插值擬合或三次樣條插值法預(yù)計(jì)煤層的真實(shí)厚度。下沉系數(shù)下沉系數(shù)也是影響地表及覆巖內(nèi)巖層移動(dòng)的主要因素之一?，F(xiàn)場(chǎng)工業(yè)業(yè)實(shí)踐中往往采用經(jīng)驗(yàn)公式或回采后測(cè)量值計(jì)算出下沉系數(shù)。在實(shí)驗(yàn)室中能不能找出一種數(shù)學(xué)的方法計(jì)算出下沉系數(shù)？聯(lián)想到《分形幾何》中的均勻三分康托集的分形維數(shù)為0.6309，而隨機(jī)三分康托集的分形維數(shù)為0<dimHF<1，工作面回采后上覆巖層隨之?dāng)嗔?，形成大小隨機(jī)的塊狀巖體，統(tǒng)計(jì)塊狀巖體（相似材料實(shí)驗(yàn)）的大小及數(shù)量就可以采用隨機(jī)三康托集的分形維數(shù)決定不同巖性組合的下沉系數(shù)。六個(gè)應(yīng)變分量的求取在覆巖研究區(qū)域內(nèi)任意一點(diǎn)，割取一個(gè)微小的平行六面體，它的六面垂直于坐標(biāo)軸。根據(jù)剪應(yīng)變互等定理，在六個(gè)面上存在六個(gè)獨(dú)立的應(yīng)變分量：εx、εy、εz、γxy、γxz、γyz。εx、εy應(yīng)變分量求取式中

wmax—地表充分下沉盆地的最大下沉值；

m—計(jì)算塊段數(shù)目；

l—計(jì)算開采任意條塊的拐點(diǎn)數(shù)；

bi—第i開采段水平移動(dòng)系數(shù)。

r(z)—巖體內(nèi)主要影響半徑；

Rk—拐點(diǎn)處極軸長(zhǎng)；εx、εy應(yīng)變分量求取qk—拐點(diǎn)處極坐標(biāo)的夾角；s—極坐標(biāo)半徑與巖體內(nèi)主要影響半徑的比值；

c—采深、巖性系數(shù)；ti—第i塊段開采時(shí)間；εz變形量的求取在以往的工程實(shí)踐中，按照概率積分法只能精確給出下沉、X方向和Y方向的水平移動(dòng)和變形等計(jì)算公式，而不能精確給出εz、γxy、γxz、γyz的數(shù)學(xué)計(jì)算公式，在這里運(yùn)用四個(gè)變形量的物理含意，按照差商方法求取四個(gè)變形分量。按照εz的物理意義，可寫成如下計(jì)算公式：所求點(diǎn)與周圍六點(diǎn)空間位置關(guān)系示意圖γxy、γxz、γyz的求取主應(yīng)變的求取在物體內(nèi)的任意一點(diǎn)，一定存在三個(gè)互相垂直的形變主向，它們所成的三個(gè)直角在變形之后保持為直角。沿著這三個(gè)形變主向的正應(yīng)變稱為主應(yīng)變。三個(gè)主應(yīng)變中間最大的一個(gè)，就是該點(diǎn)的最大主應(yīng)變，中間的一個(gè)，就是該點(diǎn)的中間應(yīng)變，最小的一個(gè)，就是該點(diǎn)的最小主應(yīng)變。三個(gè)主應(yīng)變?chǔ)?、ε2、ε3，是下列三次方程中ε的三個(gè)實(shí)根：

Drucker-Prager準(zhǔn)則的應(yīng)變表達(dá)式Drucker-Prager準(zhǔn)則，即D-P準(zhǔn)則是在C-M準(zhǔn)則和塑性力學(xué)中著名的Mises準(zhǔn)則基礎(chǔ)上的擴(kuò)展和推廣而得：式中，△f—應(yīng)力差；為應(yīng)力第一不變量；為應(yīng)力第二不變量；α，K為僅與巖石內(nèi)摩擦角φ和粘結(jié)力c有關(guān)的實(shí)驗(yàn)常數(shù)；在巖石力學(xué)上，D-P準(zhǔn)則是按應(yīng)力分量的形式表達(dá)的，而以上所求三個(gè)應(yīng)變主量為應(yīng)變分量，所以要把D-P準(zhǔn)則轉(zhuǎn)化為應(yīng)變表達(dá)式。由彈性力學(xué)知：由式以上四式可把I1，J2轉(zhuǎn)化為如下表達(dá)式：式中G—體積模量，GPa；利用己求出的六個(gè)應(yīng)變分量，計(jì)算出εmin、εmid、εmax，進(jìn)而求出I1、J2；試驗(yàn)求得巖石的內(nèi)摩擦角φ、粘結(jié)力c、彈性模量E、泊松比μ，就可以求得巖石材料參數(shù)α和K，從而求得巖體內(nèi)計(jì)算點(diǎn)的應(yīng)力差△f值，若△f值小于零，巖體內(nèi)預(yù)計(jì)點(diǎn)不被破壞；若△f值等于零，巖體內(nèi)計(jì)算點(diǎn)處于臨界狀態(tài)；若△f值大于零，巖體內(nèi)預(yù)計(jì)點(diǎn)受采動(dòng)影響破壞。軟件結(jié)構(gòu)示意圖獲得初始位置數(shù)據(jù)獲得預(yù)計(jì)參數(shù)巖石力學(xué)參數(shù)讀入按照一定步長(zhǎng)獲得計(jì)算位置數(shù)據(jù)預(yù)計(jì)移動(dòng)變形模塊D-P判斷模塊輸出結(jié)果工作面回采后裂隙帶發(fā)育高度預(yù)計(jì)根據(jù)13161工作面附近鉆孔情況，13161工作面平均煤厚為13.5m，預(yù)計(jì)時(shí)按10m預(yù)計(jì)。煤層角度在9°～12°之間。剖面位于工作面中部。根據(jù)4506鉆孔柱狀圖，分析上覆巖層巖性為中硬巖性。巖石力學(xué)常數(shù)α=0.214，K=7.25Mpa。εz豎向變形等值線圖

εx變形等值線圖

εy變形等值線圖

γxy變形等值線圖

γxz變形等值線圖

γyz變形等值線圖

主變形等值線圖

D-P準(zhǔn)則判斷裂隙發(fā)育高度圖

高抽巷層位的確定高抽巷就是在開采層頂部處于采動(dòng)影響形成的裂隙帶內(nèi)挖掘的專用抽放巷道。分為走向高抽巷和傾向高抽巷。由上圖可知，上一個(gè)工作面回采后，由于開采影響傳傳播角的影響上覆巖層的裂隙帶向下山方向偏移，偏移距隨開采影響傳播角的大小而定。在開采深度一定的情況下，開采影響傳播角越大向下山方向偏移距離越小，開采影響角越小向下山方向偏移距越大。根據(jù)預(yù)計(jì)結(jié)果裂隙帶向下山方向偏移了15～20m。在13140工作面回采后也存在這樣的裂隙帶，那么，在13160工作面掘進(jìn)巷道中，就可以利用這些裂隙帶快速掘進(jìn)巷道。同時(shí)對(duì)周邊煤層進(jìn)行抽放瓦斯。下一個(gè)工作面高抽巷的空間位置，傾向方向上位于上一個(gè)工作面采空區(qū)邊緣向下山方向偏移15～20m，豎向方向，沿煤層頂掘進(jìn)。（3‰

區(qū)域內(nèi)無(wú)瓦斯災(zāi)害）三、膏體充填技術(shù)811煤礦膏體充填開采定義2煤礦膏體充填發(fā)展的背景3膏體充填的技術(shù)優(yōu)勢(shì)4膏體充填采煤的關(guān)鍵技術(shù)5膏體充填控制巖層移動(dòng)效果6膏體充填采煤效益分析7煤礦膏體充填的發(fā)展方向煤礦膏體充填開采定義82膏體充填指的是把物料制作成“無(wú)臨界流速、不需脫水”的膏狀漿體，通過(guò)泵壓和重力作用，經(jīng)過(guò)管道輸送到礦井下，適時(shí)充填采空區(qū)的方法。煤礦膏體充填料漿是一種利用矸石、粉煤灰等固體廢物制作的，適合管道輸送的、低成本的、特殊“混凝土”或特殊“砂漿”。83

膏體充填開采改變了什么？

傳統(tǒng)長(zhǎng)壁垮落采煤破裝運(yùn)支管

長(zhǎng)壁膠結(jié)膏體充填采煤煤礦膏體充填開采定義84

為什么要搞膏體充填采煤？

解放“三下一上”壓煤，提高煤炭采出率，延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限；保水采煤；堅(jiān)硬頂板管理；沿空留巷，煤與瓦斯共采；固體廢棄物資源化利用。煤礦膏體充填開采定義煤礦膏體充填發(fā)展的背景85

我國(guó)煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展技術(shù)途徑

“高效安全、高采出率、環(huán)境協(xié)調(diào)”綠色開采技術(shù)體系

煤礦膏體充填發(fā)展的背景86

世界主要充填采礦方法發(fā)展歷史

煤礦膏體充填發(fā)展的背景87

膏體充填最早是1979年在德國(guó)格倫德金屬礦發(fā)展起來(lái)的；國(guó)內(nèi)金川有色金屬公司1989年開始試驗(yàn)膏體充填；膏體充填已經(jīng)在世界金屬礦山開采和尾礦處理等方面得以比較廣泛的應(yīng)用，一年一度的世界膏體充填研討會(huì)已經(jīng)召開13次。

國(guó)內(nèi)外金屬礦山膏體充填技術(shù)研究成果，對(duì)我國(guó)煤礦發(fā)展膏體充填有重要參考借鑒價(jià)值，但是，以解放“三下一上”壓煤為主要目的的煤礦膏體充填與金屬礦山膏體充填有重要的區(qū)別。

煤礦膏體充填的特點(diǎn)煤礦膏體充填發(fā)展的背景88與金屬礦山膏體充填比較，解放“三下一上”壓煤的煤礦膏體充填開采主要特點(diǎn)是：

充填的目的是減沉。

充填與采煤同在一個(gè)工作面，充填體構(gòu)筑方法不同于金屬礦山，煤礦需要發(fā)展專門膏體充填隔離支架。

充填材料強(qiáng)度性能要求不同，煤礦充填以后數(shù)小時(shí)后就要求充填體承載，否則，影響采煤面產(chǎn)量。

煤礦膏充填原料主要是煤矸石、坑口電廠低質(zhì)粉煤灰等，材料品質(zhì)差，質(zhì)量波動(dòng)大。

煤礦膏體充填的特點(diǎn)膏體充填的技術(shù)優(yōu)勢(shì)89

煤礦充填開采地表沉陷W0的組成No地表沉陷組成部分主要影響與控制因素1充填前頂?shù)滓平縒1（頂板下沉量W11、底臌量W12）主要受采深、煤層條件/采高、頂?shù)装鍡l件、采場(chǎng)支護(hù)、充填開采方法影響，由采場(chǎng)支護(hù)主要控制2欠接頂量W2主要受充填方法、隔離方法影響，由隔離效果主要控制3充填體壓縮量W3主要決定充填材料壓縮性能，膏體密實(shí)度最高、壓縮率最低。4頂?shù)装鍓嚎s量W4（頂板壓縮量W41、底板壓縮量W42）主要受采深、頂?shù)装鍡l件、開采環(huán)境影響和控制5表土固結(jié)下沉量W5主要受表土層條件、采動(dòng)引起的水位變化影響和控制90膏體充填的技術(shù)優(yōu)勢(shì)No比較項(xiàng)目膏體膠結(jié)充填超高水充填干式充填1充填材料組成與用量固體廢物、粉煤灰、膠結(jié)料、水。用量大超高水材料、水。用量少固體廢物、粉煤灰。用量大2充填體壓縮量/%<1~3<1~320~403充填體強(qiáng)度1~5MPa范圍膠結(jié)料費(fèi)用/元/m3膠結(jié)料34~86普水泥30~75107~3190(機(jī)械壓實(shí)強(qiáng)度小于1~2MPa）4充填材料運(yùn)輸方式單一管道輸送雙管道輸送皮帶輸送5充填系統(tǒng)投資大少較大6充填體構(gòu)筑方法隔離要求高隔離要求高隔離要求低7減沉效果好好較差8采出率高高較低9適應(yīng)性各種條件低強(qiáng)度條件減沉要求低

膏體充填與其它充填方法比較表膏體充填采煤的關(guān)鍵技術(shù)91膏體充填采煤技術(shù)關(guān)鍵方面：

膏體充填體控制覆巖及地表沉陷理論與方法

膏體充填材料

膏體充填關(guān)鍵設(shè)備與工藝

充填液體支架與膏充填體構(gòu)筑方法。

膏體充填采煤技術(shù)關(guān)鍵

膏體充填采煤的關(guān)鍵技術(shù)92

膏體充填體作用模型膏體充填體+支架（采煤區(qū)、待充填區(qū)）+煤體—頂板耦合作用934膏體充填采煤的關(guān)鍵技術(shù)

膏體充填巖層控制規(guī)律

充填法開采覆巖下沉

垮落法開采覆巖下沉

膏體充填改變了垮落法采場(chǎng)礦壓規(guī)律，正常膏體充填直接頂板不垮落，老頂不出現(xiàn)周期性破斷，采場(chǎng)相當(dāng)于移動(dòng)的開切眼，頂板只有裂縫帶和彎曲下沉帶，甚至只有彎曲下沉帶。

膏體充填采煤控制地表沉陷的關(guān)鍵是控制好工作面采煤區(qū)和待充填區(qū)上方的直接頂板和下位基本頂板。膏體充填采煤可以利用直接頂板下沉預(yù)計(jì)地面開采沉陷。1—離煤層120m2—離煤層40m3—離煤層5m4膏體充填采煤的關(guān)鍵技術(shù)94

膏體充填材料性能控制指標(biāo)（以某礦為例）

矸石粒徑：最大粒徑

≤25mm

小于5mm部分不少于45%

流動(dòng)性：坍落度S≥220mm

可泵時(shí)間：≥2~4h

穩(wěn)定性：靜置泌水率≤3%~5%

抗壓強(qiáng)度：

Rc8h≥0.1MPaRc28d≥1.5MPa膏體充填采煤的關(guān)鍵技術(shù)95

坍落度實(shí)驗(yàn)方法低流動(dòng)性，S≤7~9cm，不能泵送；中等流動(dòng)性，S=12~14cm；大流動(dòng)性，16~18cm；超大流動(dòng)性，S=22~24cm。膏體充填料漿屬于超大流動(dòng)性或大流動(dòng)性物料！膏體充填采煤的關(guān)鍵技術(shù)96

膏體充填材料早期強(qiáng)度的選擇（以某礦為例）

早期強(qiáng)度概念：指充填材料8h~1d齡期抗壓強(qiáng)度。

早期強(qiáng)度的作用：

保持充填體自穩(wěn)定。如某礦采高2.8m，充填體密度1.8t/m3，保持充填體自身穩(wěn)定需要強(qiáng)度0.04MPa。

支撐直接頂板巖石重量。某礦充填步距2.0m，早期需要支撐直接頂厚度2.0m，需要支護(hù)能力0.05MPa。

適應(yīng)老頂變形的附加應(yīng)力。

綜合考慮，某礦充填材料Rc8h≥0.1MPa

膏體充填采煤的關(guān)鍵技術(shù)97

膏體充填材料后期強(qiáng)度的選擇（以某礦為例）

后期強(qiáng)度的作用：指28d強(qiáng)度。

支撐上覆巖土層重量。膏體充填體依靠的是密實(shí)度、三向抗壓強(qiáng)度，而不是單向抗壓強(qiáng)度支撐上覆巖土層重量。

某礦煤層采深400m左右，上覆巖層產(chǎn)生的壓力10MPa左右。

厚煤層假頂或假底作用，控制支架插入量。某礦充填材料后期強(qiáng)度Rc28d≥1.5MPa。膏體充填采煤的關(guān)鍵技術(shù)

煤礦膏體充填工藝98膏體充填系統(tǒng)組成

固體廢物加工

充填材料儲(chǔ)存

充填材料配制

膏體泵送

充填體構(gòu)筑

檢測(cè)控制

粉塵防治99

需要指出的是，這里介紹的煤礦膏體充填主要成果是指中國(guó)礦大與有關(guān)單位合作研究成果。太平煤礦站小屯煤礦站朱村煤礦站岱莊煤礦站膏體充填采煤的關(guān)鍵技術(shù)

煤礦膏體充填工藝100我國(guó)初步形成了一套適合煤矸石膏體充填工藝技術(shù)，主要特點(diǎn)是：

（1）采用批次攪拌，攪拌電流監(jiān)測(cè)等，保證每批次料漿在允許變化范圍內(nèi)，不合格料及時(shí)處理，適應(yīng)煤礦膏體充填原材料質(zhì)量波動(dòng)大的需要。

（2）逐漸引入膏體輸送管道狀態(tài)監(jiān)測(cè)與控制，提高了系統(tǒng)保障與事故快速處理能力。

（3）開發(fā)出煤礦膏體充填計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和特殊管件產(chǎn)品。膏體充填采煤的關(guān)鍵技術(shù)

煤礦膏體充填工藝膏體充填采煤的關(guān)鍵技術(shù)

充填液壓支架101太平充填支架ZC2000/16/24小屯充填支架ZC3800/15.5/28.5岱莊充填支架ZC4000/17/32

膏體充填工作面分采煤區(qū)和充填區(qū)兩部分，對(duì)于充填支架的功能要求：（1）采煤區(qū)頂板支護(hù)（2）充填區(qū)頂板支護(hù)（3）隔離防漏（4）抵抗?jié){體側(cè)向壓力（5）其它：如控制煤壁，防治片幫；調(diào)架；防滑等。膏體充填采煤的關(guān)鍵技術(shù)

膏體充填采煤工藝102采用整體式充填液壓支架時(shí)，膏體充填采煤過(guò)程：

采煤—充填—凝固

采煤—隔離—充填—凝固

為了提高產(chǎn)量，通常布置2個(gè)工作面輪采。采用分體式充填液壓支架時(shí)，膏體充填采煤過(guò)程：

采煤—充填

采煤充填同時(shí)進(jìn)行膏體充填采煤效益分析

膏體充填采煤效益103

煤礦膏體充填主要應(yīng)用于“三下一上”，效益體現(xiàn)在：

（1）擴(kuò)大開采范圍，提高采出率，多回收煤炭資源；

（2）沿空留巷，節(jié)省巷道掘進(jìn)與支護(hù)費(fèi)用；

（3）變短壁條帶面為長(zhǎng)壁膏體充填工作面，并可以實(shí)行往復(fù)式開采，減少工作面搬家次數(shù)和搬家距離，節(jié)省工作面搬家費(fèi)用；

（4）相對(duì)節(jié)省準(zhǔn)備開拓巷道工程與費(fèi)用；

（5）減少固體廢物堆放占用土地和處理費(fèi)用；

（6）減少排水費(fèi)用；

（7）減少底板注漿改造底板鉆孔工程量和工程費(fèi)用；

（8）有效防止采空區(qū)漏風(fēng)、自燃，方便瓦斯治理，節(jié)省相關(guān)安全工程費(fèi)用。

104膏體充填采煤效益分析

膏體充填經(jīng)濟(jì)投入注：投資估算中未計(jì)后期充填液壓支架費(fèi)用。

鶴煤二礦150m3/h膏體充填系統(tǒng)投資概算膏體充填采煤效益分析

膏體充填成本分析105

鶴煤二礦膏體充填成本計(jì)算注：鶴煤二礦厚煤層開采條件下，條帶開采采25m，留50m。煤礦膏體充填的發(fā)展方向106

煤礦膏體充填技術(shù)已經(jīng)在建筑物下、水體下和承壓水上等特殊開采條件下取得一批現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成果，這些試驗(yàn)證明，膏體充填是解放我國(guó)“三下一上”壓煤的一條有效技術(shù)途徑，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景，但是，煤礦膏體充填技術(shù)還處于發(fā)展階段，當(dāng)前煤礦膏體充填采煤存在的主要問(wèn)題是：

（1）在不穩(wěn)定頂板和中等穩(wěn)定頂板條件下，膏體充填采煤面充填前頂板控制不夠理想，膏體充填的優(yōu)勢(shì)沒有充分發(fā)揮出來(lái)，地表減沉效果需要進(jìn)一步提高。

（2）膏體充填面產(chǎn)量偏低。

煤礦膏體充填當(dāng)前存在的主要問(wèn)題煤礦膏體充填的發(fā)展方向107破解膏體充填采煤面產(chǎn)量低，頂板不好時(shí)減沉效果不理想的關(guān)鍵是：

研究建立膏體充填工作面“充填體+支架+煤體—頂板”相互作用關(guān)系理論，為膏體充填面支架設(shè)計(jì)、充填材料選擇提供理論支撐。

發(fā)展分體式充填支架，實(shí)現(xiàn)采后即充，充后即采，甚至采充可同時(shí)進(jìn)行，切實(shí)提高采煤、充填有效時(shí)間，減少充填隔離工作量、時(shí)間和輔助材料量。

研究提高膏體膠結(jié)料性能，降低充填材料費(fèi)用。

煤礦膏體充填主攻方向108

煤礦膏體充填發(fā)展目標(biāo)—建立100萬(wàn)t/a膏體充填采煤成套技術(shù)煤礦膏體充填的發(fā)展方向目前膏體充填關(guān)鍵設(shè)備—充填泵能力已經(jīng)達(dá)到150m3/h左右，國(guó)內(nèi)飛翼股份公司也試制出如此大排量充填泵，采用2臺(tái)充填泵并聯(lián)使用，分體式支架，采充順序進(jìn)行，充填面產(chǎn)量可達(dá)100萬(wàn)t。四、置換開采技術(shù)充填液壓支架置換開采技術(shù)框架置換開采分類普采充填開采綜采充填開采架前采煤架后充填，采充一體化充填液壓支架

充填液壓支架

充填液壓支架

2024/4/5113充填液壓支架

矸石充填特點(diǎn)

特點(diǎn)：1、矸石作為充填物料，降低充填成本，有效控制矸石污染2、四連桿機(jī)構(gòu)縮短了充填千斤頂?shù)男谐?，提高了充填效?、采用刮板機(jī)輸送充填矸石，實(shí)現(xiàn)均勻充填，安全高效4、可隨液壓支架沿采向推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)均勻充填，提高了充填效率2024/4/5114矸石直接充填置換“三下”壓煤總體技術(shù)框架置換開采技術(shù)框架

發(fā)明綜采矸石充填技術(shù)工作面采空區(qū)傳統(tǒng)綜采液壓支架掩護(hù)斜梁工作面采空區(qū)綜采矸石充填液壓支架水平短梁綜采置換開采技術(shù)

綜采矸石充填原理矸石充填運(yùn)輸機(jī)充填工藝綜采置換開采技術(shù)

綜采矸石充填壓實(shí)原理綜采矸石充填壓實(shí)系統(tǒng)工作原理綜采置換開采技術(shù)

綜采矸石充填工作面井下工況前部采煤后部充填綜采置換開采技術(shù)

普采與充填支護(hù)系統(tǒng)普采矸石充填技術(shù)普采與充填工作面布置普采與充填支護(hù)系統(tǒng)充填系統(tǒng)普采與充填工作面布置普采矸石充填高速動(dòng)力拋?lái)窓C(jī)充填面開采面普采置換開采技術(shù)

煤層劃分為若干條帶，各條帶相間開采，采出條帶采出后，由保留條帶支撐上覆巖層重量。條帶采煤法能夠有效地減少地表變形，減少地表下沉量可達(dá)80

90%主要缺點(diǎn)是采出率低，采出率30～60%，巷道掘進(jìn)多，工作面效率低ba五、條帶開采技術(shù)以條帶面推進(jìn)方向走向條帶搬家少

穩(wěn)定性差

傾斜條帶搬家多穩(wěn)定性好ba條帶劃分的類型地面為密集建筑群、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的或紀(jì)念性的建筑物；難搬遷的村莊；鐵路橋梁、隧道或鐵路干線下；水體下的煤層及受巖溶承壓水威脅的上方煤層；條帶采煤法開采的理想地質(zhì)條件：煤層埋深小于400

500m，單一薄及中厚煤層，厚度比較穩(wěn)定，頂?shù)装鍘r層和煤層較硬。條帶采煤法的適用條件上行開采順序有利于保留條帶基本不再受重復(fù)采動(dòng)影響。當(dāng)煤層間距較小時(shí)上下煤層或上下分層的煤柱要對(duì)齊。保留條帶中盡量不開掘巷道或少開掘巷道不得隨意擴(kuò)大采出條帶寬度和縮小保留條帶寬度。回采巷道采用錨桿支護(hù)能起到加固保留條帶的作用。條帶開采注意的問(wèn)題主控參數(shù)：采出條帶寬度b保留條帶寬度a采出率C設(shè)計(jì)方法：經(jīng)驗(yàn)方法基于關(guān)鍵層的方法條帶開采設(shè)計(jì)方法C一般為40

60%ba采出率C地表要避免出現(xiàn)波浪形下沉盆地采寬等于或大于三分之一埋深時(shí)，地表就要出現(xiàn)波浪形的下沉盆地。b應(yīng)等于或小于（1/10

1/4）H我國(guó)已有的采出條帶寬度多在10

50m采出條帶寬度b取決于保留條帶的寬度和采出率

baC=Constant，b

a

當(dāng)采出率恒定時(shí)，采出煤柱寬度增加時(shí)，保留條帶寬度也增加，煤柱穩(wěn)定性也增加。采出條帶寬度b取決于保留條帶的寬度和采出率采出條帶寬度b寬高比要求

ah充填條帶垮落條帶保留條帶寬度a

條帶煤柱強(qiáng)度穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法

煤柱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法可歸納為兩類：一是極限強(qiáng)度理論；另一是漸進(jìn)破壞理論。極限強(qiáng)度理論的煤柱穩(wěn)定判別條件為：選擇“輔助面積法”求取煤柱載荷；按比涅烏斯基公式求取煤柱強(qiáng)度。（2）條帶煤柱強(qiáng)度確定方法

由實(shí)驗(yàn)室較小尺寸試樣獲得的煤塊單軸抗壓強(qiáng)度，通過(guò)下式來(lái)計(jì)算立方體煤柱的原位強(qiáng)度：式中

σm——立方體煤柱的原位強(qiáng)度，MPa;

σc——實(shí)驗(yàn)室試樣的平均單軸抗壓強(qiáng)度，MPa；

D——實(shí)驗(yàn)室圓柱體試樣的直徑或立方體試樣的邊長(zhǎng)，m。

考慮煤柱形狀的影響，各國(guó)學(xué)者提出多個(gè)煤柱強(qiáng)度的估算公式，目前應(yīng)用較多且實(shí)用性更強(qiáng)的為比涅烏斯基（Bieniawski）公式，其具體計(jì)算公式為：式中

σp——煤柱實(shí)際強(qiáng)度，MPa；

σm——立方體煤柱強(qiáng)度，MPa；

Wp——條帶煤柱寬度，m;

n——當(dāng)Wp/h＞5時(shí)，n=1.4;

當(dāng)Wp/h＜5時(shí)，n=1。

漸進(jìn)破壞理論認(rèn)為：煤體變形破壞是一個(gè)復(fù)雜而漸近的過(guò)程。對(duì)應(yīng)煤體變形破壞過(guò)程的三個(gè)階段，可將煤柱變形破壞分成三個(gè)區(qū)，即松弛區(qū)、塑性區(qū)及彈性區(qū)。漸進(jìn)破壞理論的煤柱穩(wěn)定判別條件為：選擇威爾遜公式計(jì)算煤柱屈服區(qū)寬度。威爾遜（Willson）煤柱屈服區(qū)寬度簡(jiǎn)化公式，即：

x0=0.00492hH式中x0——煤柱屈服區(qū)寬度，m；

h——煤層采高，m；

H——煤層采深，m。六、采煤沉陷地土地復(fù)墾技術(shù)挖深墊淺復(fù)墾技術(shù)充填復(fù)墾技術(shù)采煤沉陷地土地復(fù)墾的其他技術(shù)未穩(wěn)沉塌陷地復(fù)墾技術(shù)介紹挖深墊淺復(fù)墾技術(shù)挖深墊淺技術(shù)是將造地與挖塘相結(jié)合，即用挖掘機(jī)械（如挖掘機(jī)、推土機(jī)、水力挖塘機(jī)組等），將沉陷深的區(qū)域繼續(xù)挖深（“挖深區(qū)”），形成水（魚）塘，取出的土方充填至沉陷淺的區(qū)域形成陸地（“墊淺區(qū)”），達(dá)到水陸并舉的利用目標(biāo)。水塘除可用來(lái)進(jìn)行水產(chǎn)養(yǎng)殖外，也可視當(dāng)?shù)貙?shí)際情況改造成水庫(kù)、蓄水池或水上公園等，陸地可作為農(nóng)業(yè)種植或建筑等。依據(jù)復(fù)墾設(shè)備的不同，可以細(xì)分為：泥漿泵復(fù)墾技術(shù)拖式鏟運(yùn)機(jī)復(fù)墾技術(shù)挖掘機(jī)復(fù)墾技術(shù)(依據(jù)運(yùn)輸工具不同又可分為挖掘機(jī)+卡車復(fù)墾技術(shù)、挖掘機(jī)+四輪翻斗車復(fù)墾)推土機(jī)復(fù)墾技術(shù)。由于推土機(jī)多用于平整土地往往與其他機(jī)械設(shè)備聯(lián)合使用，因此，從復(fù)墾設(shè)備區(qū)分主要是前三種。挖深墊淺復(fù)墾技術(shù)泥漿泵復(fù)墾技術(shù)泥漿泵實(shí)際就是水力挖泥機(jī)，亦稱水力機(jī)械化土方工程機(jī)械。

1.應(yīng)用條件除滿足挖深墊淺復(fù)墾技術(shù)的應(yīng)用條件外，還應(yīng)有足夠的水源供泥漿泵水力挖掘土壤。

2.施工工藝

3.優(yōu)點(diǎn)這種方法工藝簡(jiǎn)單、成本低，在我國(guó)不少礦區(qū)得到廣泛應(yīng)用。

4.缺點(diǎn)（1）復(fù)墾后原耕作層與深土層相混合，破壞了原有的土壤結(jié)構(gòu)。（2）土壤在用水切割、粉碎、運(yùn)輸、沉淀等過(guò)程中，營(yíng)養(yǎng)成分隨水流失。（3）泥漿自然沉淀過(guò)程緩慢，復(fù)墾工期長(zhǎng)。（4）復(fù)墾后土地易板結(jié)。泥漿泵施工工藝產(chǎn)生高壓水

挖土

輸土充填與沉淀

修整土地

利用

圖：沉陷地泥漿泵復(fù)墾工作圖泥漿泵施工工藝拖式鏟運(yùn)機(jī)復(fù)墾工藝大型鏟運(yùn)機(jī)已被國(guó)外廣泛用于露天礦的表土和心土的剝離。由于鏟運(yùn)機(jī)集挖掘、運(yùn)輸于一體，是一個(gè)很好的土壤挖掘和運(yùn)輸機(jī)械。但由于采煤沉陷地地形起伏變化大，有些區(qū)域潛水位較高，因此，一般采用中小型拖式鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行施工。采煤沉陷地復(fù)墾中所采用的中小型拖式鏟運(yùn)機(jī)拖式鏟運(yùn)機(jī)復(fù)墾工藝鏟運(yùn)機(jī)復(fù)墾技術(shù)工藝流程圖拖式鏟運(yùn)機(jī)復(fù)墾工藝挖深區(qū)抽水降水位井平面布置示意圖挖深墊淺復(fù)墾技術(shù)優(yōu)點(diǎn)土地復(fù)墾速度快、效率高、工期短。中小型拖式鏟運(yùn)機(jī)一趟可挖運(yùn)土方量3ｍ3左右，一臺(tái)鏟運(yùn)機(jī)一天工作15～16ｈ可挖土方350ｍ3，作業(yè)生產(chǎn)效率提高約25%。不受運(yùn)輸距離等限制。鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行長(zhǎng)距離土方運(yùn)送工作效率仍很高，彌補(bǔ)了挖掘機(jī)和推土機(jī)的不足。施工不受土壤內(nèi)部結(jié)構(gòu)成分(如砂漿礫石)的影響，彌補(bǔ)了泥漿泵的不足。鏟運(yùn)機(jī)前部的推斗可調(diào)整高度和方向，機(jī)械靈活，挖出的魚塘較規(guī)則平整。施工過(guò)程中通過(guò)分塊段、分層剝離和分層回填技術(shù)，容易使熟土重新回填作為表土層，這樣能保證復(fù)墾后土壤結(jié)構(gòu)破壞程度較小。①施工受積水和潛水位條件限制，對(duì)積水區(qū)需排水和打井降低潛水位，雨季需停工；

②為減少抽水費(fèi)用，一般需長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)作業(yè)(每臺(tái)鏟運(yùn)機(jī)開工18～20ｈ/ｄ以上)，工人勞動(dòng)強(qiáng)度較大；③對(duì)機(jī)械設(shè)備要求較高，復(fù)墾成本較其它工藝要高。挖深墊淺復(fù)墾技術(shù)缺點(diǎn)挖掘機(jī)示意圖挖掘機(jī)復(fù)墾技術(shù)挖掘機(jī)具有挖掘力強(qiáng)、速度快、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。由于它無(wú)法運(yùn)輸，必須與卡車、四輪翻斗車等運(yùn)輸機(jī)械聯(lián)合作業(yè)才能完成復(fù)墾工作。挖掘機(jī)復(fù)墾技術(shù)挖掘機(jī)+四輪翻斗車或卡車復(fù)墾挖掘機(jī)復(fù)墾技術(shù)挖深墊淺復(fù)墾技術(shù)對(duì)比充填復(fù)墾技術(shù)一般是利用土