建筑群下構(gòu)造帶傾斜條帶充填開采實(shí)踐

文中針對濕陷性黃土地區(qū)村莊建筑群下煤炭開采的特殊地質(zhì)環(huán)境條件,采取分階段條帶開采、觀測的方式,結(jié)合現(xiàn)場條帶開采實(shí)例和觀測數(shù)據(jù),總結(jié)了濕陷性黃土覆蓋條件下的條帶開采地表移動(dòng)規(guī)律,取得了建筑物不搬遷無損條帶開采和不搬遷微損條帶開采兩項(xiàng)研究成果。

根據(jù)充填開采的特點(diǎn),針對某煤礦的煤層地質(zhì)條件,對不同配比的充填體進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn),結(jié)合現(xiàn)場最終確定了科學(xué)的充填材料配比和"見七充四"的泵送矸石充填方式?，F(xiàn)場工業(yè)性試驗(yàn)表明該技術(shù)是成功且高效的,該成果已取得了明顯的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益,對類似礦井有一定的借鑒作用。

簡要介紹了臥牛山煤礦在徐商公路下７８９工作面采用帶開采法有效保護(hù)地面建筑物的方法。

林西礦業(yè)公司近年來進(jìn)行了建筑物下條帶二次協(xié)調(diào)開采技術(shù)研究,取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果,為探索建筑物下開采尋求到一條新途徑。

根據(jù)村莊下條帶開采的經(jīng)驗(yàn),對城區(qū)密集建筑物下條帶開采進(jìn)行研究,合理確定采留比和寬深比,并對大斷層兩翼?xiàng)l帶布置方式進(jìn)行了合理確定,預(yù)計(jì)地表主體建筑物的移動(dòng)與變形,對因采動(dòng)影響引起斷層活化造成的影響進(jìn)行預(yù)計(jì),采用協(xié)調(diào)開采方法予以消除,從而實(shí)現(xiàn)城區(qū)密集建筑物下的安全開采

針對許廠煤礦面臨的村莊建筑物下的壓煤、條帶煤柱的置換開采、井下矸石處理3個(gè)主要問題,在矸石物理力學(xué)指標(biāo)測試、數(shù)值模擬研究的基礎(chǔ)上,提出了可行的矸石置換開采建筑物下條帶煤柱的方案。結(jié)果表明,在保證地表變形在ⅰ級保護(hù)范圍內(nèi)前提下,通過在條采煤柱中掘充填巷,并利用井下矸石進(jìn)行充填的技術(shù)手段,對條帶開采后留設(shè)的煤柱進(jìn)行置換開采,是一條節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、提高經(jīng)濟(jì)效益的科學(xué)之路。

為了研究固體充填開采地表沉陷影響因素,實(shí)現(xiàn)建筑物下安全開采,以唐山礦t3281n工作面為工程背景,運(yùn)用現(xiàn)場實(shí)測和flac3d數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,分析了地表變形參數(shù)與充填體壓縮率、充填率的關(guān)系。結(jié)果表明:實(shí)測地表最大下沉值為38mm,僅占采高的1%,充填開采地表變形較?。怀涮盥蕪?0%增加到95%時(shí),地表下沉峰值和水平變形峰值分別減小了67.1%和70%。；壓縮率由25%減小至5%時(shí),地表下沉峰值和水平變形峰值分別減小了61.8%和61.3%；合理提高充填率與壓實(shí)度能夠有效降低開采沉陷程度,充分保護(hù)地表建(構(gòu))筑物。

為了解放建筑物下煤炭資源，以邯鄲礦區(qū)某礦斷層發(fā)育區(qū)地質(zhì)采礦條件為研究背景，基于超高水材料充填開采技術(shù)，提出了充填條帶、冒落條帶2種開采方案的工作面布置。在分析了地表變形預(yù)計(jì)參數(shù)的基礎(chǔ)上，采用概率積分法基本原理，進(jìn)行了地表變形預(yù)計(jì)，并對開采方案進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并給出了安全開采技術(shù)措施。結(jié)果表明：采用充填條帶開采和冒落條帶開采，分別可采出煤炭資源330．17萬t、216．88萬t，采出率分別為70％、45％，地表最大下沉分別為1390mm、1420mm，最大傾斜均為10．9mm／m，建議采用超高水材料充填條帶開采方案。此方案設(shè)計(jì)為類似地質(zhì)采礦條件下的煤炭資源開采提供了理論依據(jù)和技術(shù)參考。

以北京木城澗煤礦大臺(tái)井建筑物下壓煤開采為例,提出了急傾斜煤層開采條件下條帶煤柱尺寸的確定方法和偽斜條帶煤柱與邊界煤柱相結(jié)合的條帶布置方案,為急傾斜煤層開采地表沉陷控制提供了理論依據(jù)。

建筑物下急傾斜煤層條帶開采的煤柱設(shè)計(jì)

密集建筑群下傾斜特厚煤層開采

晉煤集團(tuán)王臺(tái)鋪礦為資源瀕臨枯竭礦井,為充分解放"三下"壓煤,延長礦井服務(wù)年限,王臺(tái)鋪礦積極探索采煤工藝,成功應(yīng)用了條帶充填采煤技術(shù),并在該礦xv2214工作面進(jìn)行了試采,通過試采積累了充填采煤方法的開采經(jīng)驗(yàn),詳細(xì)介紹了條帶充填式采煤法的采煤工藝及充填工藝。

根據(jù)礦區(qū)建筑物下煤層群實(shí)施條帶上行開采的技術(shù)條件,應(yīng)用理論分析、數(shù)值模擬等判定方法,對下層煤開采后,上層煤的連續(xù)性和完整性及保留煤柱的穩(wěn)定性進(jìn)行研究,確定條帶上行開采方案的可行性。同時(shí),驗(yàn)證不同判定方法聯(lián)合應(yīng)用的可行性。

為了研究密集建筑物下大采深條帶開采方案的合理性,以高家堡煤礦一盤區(qū)為研究背景,選取朱家溝村莊下開采為研究對象,基于概率密度函數(shù)基本理論分析條帶采寬和留寬的合理范圍并提出方案。在保證地表村莊建筑物不發(fā)生破壞的前提下,應(yīng)用威爾遜理論對各個(gè)方案的煤柱穩(wěn)定性進(jìn)行初步篩選。應(yīng)用flac3d數(shù)值模擬,對不同采、留寬條帶開采參數(shù)及開采地表移動(dòng)變形進(jìn)行了預(yù)計(jì)模擬以確定最終方案,并通過地表沉陷預(yù)計(jì)軟件(ylh-12)進(jìn)行驗(yàn)證。研究結(jié)果表明,條帶開采采寬取120m,留寬130m,能夠?qū)崿F(xiàn)在地表村莊建筑物下的安全經(jīng)濟(jì)開采。

針對建下條采煤柱回收和井下矸石處理的重大技術(shù)難題,提出矸石置換開采。通過闡述矸石充填巷集中與分散布置對地表移動(dòng)的影響、分析置換開采留設(shè)煤柱的合理寬度,最終確定在條采煤柱中央集中布置2條矸石充填巷,充填巷尺寸為4.0m×5.0m(寬×高)、巷間煤柱寬4.0m;基于數(shù)值模擬方法分析置換開采留設(shè)煤柱的穩(wěn)定性、條采與置換開采老頂層面上垂直應(yīng)力分布,得出置換開采留設(shè)煤柱滿足煤柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求、基本頂巖層結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定的結(jié)論。并運(yùn)用相關(guān)的力學(xué)理論,分析置換開采后頂板的運(yùn)動(dòng)和變形特征,得出基本頂不會(huì)破斷,地表變形沒有超過建筑物允許變形范圍。設(shè)計(jì)矸石置換開采充填工藝,該研究成果已成功應(yīng)用于工程實(shí)踐。

為了解決條帶開采回采率相對較低和煤礦采空區(qū)全部充填開采成本相對偏高的問題,同時(shí)有效地控制建筑物下采煤圍巖變形和地表沉陷,提出了采空區(qū)膠結(jié)充填條帶開采模式,并闡述了該模式的技術(shù)思路;以膠結(jié)充填體和覆巖結(jié)構(gòu)聯(lián)合控制開采沉陷為原則,深入研究膠結(jié)充填條帶開采模式下不充填區(qū)工作面采寬和充填區(qū)工作面采寬及兩者間的協(xié)調(diào)關(guān)系,并求得了兩者間的關(guān)系式;該模式對建筑物下開采設(shè)計(jì)是十分有效的,能夠有效地控制地表移動(dòng)和變形,提高采區(qū)回采率,以實(shí)現(xiàn)建筑物下安全采煤并最大程度地減少充填開采成本。

近些年來,隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,我國煤礦開采事業(yè)也獲得了更大的發(fā)展空間。煤炭資源是社會(huì)生產(chǎn)中一項(xiàng)重要的資源,煤礦開采的效率直接影響煤炭資源的使用效率和礦井的可持續(xù)發(fā)展。在市場經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下,煤礦開采技術(shù)也向著多樣化的方向發(fā)展,尤其是建筑物下壓煤充填開采技術(shù)呈現(xiàn)出快速發(fā)展的趨勢,而且受到了廣泛的應(yīng)用。文章主要針對建筑物下壓煤充填開采的相關(guān)問題進(jìn)行簡要探討。

本文通過韓橋煤礦多年來在建筑群下采用大采面走向?qū)挆l帶開采法試驗(yàn)取得成功，從理論和實(shí)測兩方面對條帶煤柱的受力分析和礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行了總結(jié)，為推廣應(yīng)用大采面寬條帶開采方法提供了理論依據(jù)。

介紹了峰峰礦區(qū)在密集建筑物下條帶開采設(shè)計(jì)基本原則和適宜條件，列出了實(shí)測地表移動(dòng)觀測結(jié)果及主要影響因素，總結(jié)了條采的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和提高單產(chǎn)效率、生產(chǎn)技術(shù)管理措施，對條采煤柱的穩(wěn)定性與覆巖破壞特點(diǎn)進(jìn)行了探索。

應(yīng)用采動(dòng)地表位移變形的極坐標(biāo)模型,通過計(jì)算機(jī)預(yù)計(jì)模擬和全盆地位移變形等值線圖優(yōu)化分析,結(jié)合離層帶注漿充填技術(shù),得出采動(dòng)對建筑物影響最小的工作面布置方式及其有關(guān)參數(shù),通過改變工作面的布置方式和參數(shù),有效地減少地表位移變形程度和控制覆巖下沉,從而達(dá)到保護(hù)建筑物,提高回采率的目的。這種方法安全、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)管理簡單可行。

回顧我公司４０年來建筑物下保安煤柱開采史，介紹近年來我公司建筑物下條帶試采情況，并扼要總結(jié)了條帶試采技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和所取得的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

南陽坡礦就工作面過空巷時(shí)，采用高水速凝材料充填法和煤體再造法加強(qiáng)空巷支護(hù)強(qiáng)度進(jìn)行了技術(shù)可行性分析，并就傳統(tǒng)方法、高水充填法和煤體再造法進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)和安全性對比分析，得出高水速凝材料充填法技術(shù)可行，成本更低，施工安全性更高的結(jié)論。