采煤方法

序论

隙带高度的水体，采用顶水采煤；对于位于煤层直接顶之上或离煤层距离较近，其间距在垮落带和导水断裂带范围内的 绿色开采的理念与技术框架 水体，则采用疏水采煤。（4）堵截水源与疏水结合采煤：采用水泥、粘土或其他粘结性材料注入含水层的孔洞中，形成 煤矿绿色开采以及相应的绿色开采技术在基本概念上是从广义资源的角度上来认识和对待煤、瓦斯、水、土地等 地下挡水帷幕，以切断地下水的补给通道，然后进行疏水采煤。一切可以利用的各种资源； 基本出发点是从开采的角度防止或尽可能减轻开采煤炭引起的安全问题及对环境和其他资源 第五章 承压水上采煤的不良影响；目标是取得最佳的经济效益、环境效益和社会效益。 1、影响底板突水的主要因素 煤矿绿色开采的特点之一 从广义资源的角度论，在矿区范围内的煤炭；地下水；煤层内所涵的瓦斯；土地以至于 （1）水源条件：水量愈丰富，突水量愈大，危害也愈大。水压是突水的动力，处于封闭状态的岩溶水不断溶蚀、煤矸石以及在煤层附近的其他矿床都应该是经营这个矿区的开发对象而加以利用。之二 从开采的角度采取措施，从源 冲刷裂隙，形成通道，由含水层进入底板隔水层，水压愈大，破坏愈严重。头消除或减少采矿对环境的破坏；而不是先破坏后治理。之三 开采引起环境与主要安全问题的发生都与开采后造成的 （2）地质构造：断层：底板突水事故的 80以上发生在断裂构造附近，这些构造既可以充水，又可以导水 ，使隔岩层运动有关 水层的有效厚度和实际强度降低 ，断层改变了煤层与含水层之间的相对位置，使隔水层厚度变薄或消失。岩溶陷落柱: 1、四区、三带的规律和特点，影响三带高度的主要因素。 少数岩溶陷落柱既充水，又导水，在与强含水层沟通的条件下，对安全生产威胁极大 四区是指充分采动区、岩石压缩区、最大弯曲区和底板隆起区。 3 隔水层的阻水能力: 隔水层的阻水能力取决于隔水层的强度、分层厚度和裂隙发育程度 （1）充分采动区：位于采空区中部上方，该区内的岩层垮落与沉降已趋于停止，但范围仍随开采范围扩大而不断 4矿山压力：初次来压或周期来压期间易突水 ；工作面后部采空区边缘附近易突水；开切眼附近底板易突水；工扩大；岩层平行于其原始层位；移动向量达到最大程度。 （2）顶底板压缩区：受支撑压力作用而形成的；该区中顶板岩 作面推进速度慢，工作面突然停止推进或在停采线处易突水；区段或分带煤柱附近易突水。层距地表越近，下沉值越大。 （3）最大弯曲区：此范围岩层向下弯曲的程度

最大；岩层层面上将出现较多的拉伸裂隙， “下三带”理论在上行顺序开采中的基本观点和应用方法 2、甚至使整层岩层断裂。 （4）底板隆起区：由于卸压及水平方向的压缩，底板出现均匀隆起区和不均匀隆起区。 底板突水的“下三带”理论—底板采动导水破坏带煤层底板岩层受采动影响而产生的采动导水断裂范围 由沿层面 三带有垮落带、断裂带和弯曲带。 和垂直于层面的裂缝形成.底板阻水带位于煤层底板采动导水破坏带以下、底部含水体以上具有阻水能力的岩层范围. （1）垮落带：由采矿引起的上覆岩层破坏并向采空区垮落的岩层带称为垮落带。特点；分为规则垮落带和不规则 承压水导升带煤层底板承压含水层的水在水压力和矿压作用下上升到其顶板岩层中的范围。垮落带；岩石的碎胀性使垮落带岩石的体积明显增大；高度取决于采出厚度、上覆岩层的岩性、碎胀系数和煤层倾角。 3、水体上采煤防水安全煤岩柱设计方法 （2）断裂带：垮落带上方的岩层产生断裂和裂缝，但仍保持其原有层状的岩层带称之为断裂带。特点：岩层层面 对于无导升带的正常底板，设计的底板防水安全煤岩柱高度 ha 应大于或等于导水破坏带深度 h1 与阻水带厚度 h2 之上出现垂直于层面的拉伸裂隙；各岩层之间产生平行于层面的离层；岩层一般都能导水；断裂带随开采空间扩大而向上 和。发展，达到最大，继续扩大时，高度又随之降低；重复开采时，高度上升幅度减小。 当底板含水层上部存在承压水导升带，则底板安全煤岩柱高度 ha 应大于或等于导水破坏带深度 h1 与阻水带厚度 h2 （3）弯曲带：断裂带上界至地表的岩层称为弯曲带。特点：具有隔水性；保持整体性和层状结构，很少存在离层 和承压水导升带 h3 之和。裂隙；采深较大时，弯曲带高度可能远大于垮落带和断裂带高度之和；地表下沉盆地边缘往往要出现张裂隙。 当底板含水层顶部存在被泥质物质充填的厚度稳定的隔水带时， 则充填隔水带厚度 h4 可以作为底板防水安全煤岩柱 影响三带高度的因素： 厚度的组成部分。 （1）顶板岩性；（2）煤层倾角； （3）采高及厚煤层分层次数； （4）采空区范围大小；（5）采空区处理方法； 4、在承压含水层上带压开采时，有利于减少底板破坏深度，提高底板保护层厚度的技术措施 2、地表移动和破坏的形式，地表移动的各种角量参数的定义、确定方法要清楚 1、缩短工作面长度 :缩小到跨度 60m 时效果明显，降低了最大应力，底臌量减少底板裂隙带深度减少 地表移动和破坏的形式有以下几种： （1）地表移动盆地；（2）裂缝；（3）塌陷坑 参数：

地表移动盆地的充分采动 2、缩小来压步距:挑顶和软化顶板，强制放顶（降低了最大支承压力，改善了底板受力状态，变两向应力为三向角，边界角，移动角，裂隙角和最大下沉角 应力状态） 4、要注意充分采动、非充分采动和超充分采动的区别和特点 3）改变顶板管理方法和采煤方法:充填采煤法—可减少支承压力对底板的破坏、可防止底鼓和底板裂隙张开。条带 充分采动：地表最大下沉值不再随开采区域尺寸增大而增加的开采状态称为充分采动。也成为临界开采。非充分采 采煤法—可减轻对底板的破坏。分层采煤法—以后各分层周期来压不明显。动：地表最大下沉值随开采区域尺寸增大而增加的开采状态称为非充分采矿。超充分采动：把地表下沉盆地出现平底或 4、改革采区巷道布置:巷道布置要少穿断层，特别要注意交岔点和工作面上下出口要避开断层；巷道应尽可能和有多个点的下沉值达到最大下沉值的开采状态称为超充分采动。 断层正交，避免巷道与断层平行和长距离斜交；减少交岔点数目和交岔点的面积；采区间隔离开采，采区四周要留煤柱， 5、地表移动变形的预计方法，要求掌握概率积分法，对该方法的原理、基本参数、基本方法要清楚，如概率积分 之间要设置水闸门，以缩小底板突 水影响范围。法预计地表沉陷时需要用到的参数有哪些？ 5）、处理断层和陷落柱：突水与断层有关 ，特别与多条断层交叉有密切关系 基本原理：（1）将矿山岩体看成为一种松散介质，开采引起的岩层与地表移动过程类似于松散介质的移动过程，该 6）、注浆加固底板，提高保护层强度：对于底板破碎带及薄层石灰岩含水层，通过钻孔注浆，堵塞石灰岩溶洞，加过程是一个服从统计规律的随机过程，可用概率论的方法揭示； （2）可将整个开采范围分解成无穷多个无限小的开采单 固破碎带和裂隙带，并封闭奥陶系石灰岩的补给通道。元，单元开采下沉盆地的下沉曲线为正态分布密度函数； （3）整个开采范围对地表的影响相当于无穷多个单元开采对地 7）、其它:易突水地点要少掘巷，少钻孔，提高工作面推进速度，并保持匀速推进，避免工作面长期停采。表造成的影响之和，可以用概率分布密度函数曲线的积分来完成。基本参数：任意点的位置 x；主要影响半径 r；地表 第六章 上行式开采顺序采煤下沉系数 ；水平移动系数 b。预计地表移动和变形时，只需计算出最大值，再以预计点的 x 为印数查表，求得 1、恒底式采煤法的优缺点，及其适用条件（或开采煤层的共同特点） 优点： r 1巷道系统简单，分层巷道始终沿煤层底板开掘，与上山

的联系简单可靠，采区掘进率低分布函数的值，再把相应的最大值与分布函数值相乘即得。 （2）采煤工艺简单，不需铺设人工假顶，节省原材料，有利于提高工效，降低成本 第二章 建筑物下采煤 （3）岩层活动对工作面影响小，顶板易于管理，巷道易于维护。 1、地表移动变形对建筑物的影响 4各分层工作面的底板始终是煤层的原生底板，支架直接支在底板上，有利于发挥支架的支撑能力 地下开采对地表的影响分为两类：一类是移动，包括下沉和水平移动；另一类是变形，包括倾斜、曲率、水平变形、 （５）工作面设备搬迁距离近，易于搬迁剪应变和扭曲。 （６）在煤层顶板含水大或复合顶板等特殊条件下，有利于消除水患及冒顶的威胁，利于安全生产。 1下沉。均匀下沉不会对建筑物带来损害；下沉会使连通建筑物的各种管线的坡度发生变化；下沉较大而水位又 （７）技术经济效益显著。很浅时，会是建筑物内积水和潮湿。2倾斜。倾斜造成建筑物重心偏移。对底面积小而高度又大的杆状建筑物影响较 缺点： （3）曲率。有正曲率和负曲率之分。正曲率使建筑物出现上宽下窄的竖向裂缝和倒八字裂缝。负曲率使建筑物出现大。 （１）对煤体的粘结性要求高，破碎煤体必须容易粘结、压实后易形成再生煤体。正八字裂缝和水平裂缝。曲率对底面积小的建筑物影响较小，对长度大的建筑物影响较大。 （4）水平变形。水平变形对 （２）不利于防止煤层自燃，需要采取防煤层自燃措施，使开采技术变得复杂建筑物的破坏作用很大，尤其是拉伸变形的影响。 一般来说，地表拉伸变形与正曲率、地表压缩变形和负曲率同时出现。 （３）煤矸容易混杂由以上分析可知，使建筑物产生变形和破坏的主要原因是曲率和水平变形。 （４）对注水质量要求高，如果采前注水不及时或效果不好，将在落煤、装煤、运煤、放顶过程中，煤层易飞扬， 3、建筑物下采煤的井下开采技术措施，如建筑物下采煤时，两层煤之间采用协调开采的原理，再如减少开采引起 空气中煤尘含量较高，威胁矿井安全生产。的地表建筑物所受变形的主要技术途径： 使用条件： 采深较小时，地表可能出现突然下沉和塌陷；采深和采厚之比达到一定值后，地表将出现连续型下沉。对于连续型 （１）缓倾斜及中倾斜厚煤层，顶板松软破碎，弯曲性能较好，或顶板含水，而煤层遇水容易胶结。采用倾斜分层下沉，井下采取的开采技术措施大致上分为两类，一类是既能减少地表下沉又能减少地表变形的井下开采技术措施；一 下行垮落采煤法存在很大困难时，采用恒底式采煤法有

很好适应性。类是减少地表变形的井下开采技术措施。 （２）煤层为中硬，粘结性强易破碎，这样的煤体冒落后，在上覆岩层重压及水和泥浆作用下，容易形成再生煤体 一、 防止地表突然下沉和塌陷的开采技术措施 （３）每次不易自燃 1、缓倾斜和倾斜厚煤层浅部开采时，采用倾斜分层采煤法；2、开采急倾斜煤层时，采用分层间歇式采煤法；在煤 （４）煤层的瓦斯含量不宜太大层露头处应保留足够高度的煤柱；3、查明建筑物下方是否有老窖、废巷、岩溶、老井以及它们被充填的程度并采取措 （５）若开采顶板含水不大的厚煤层，煤层及顶板岩层应有较好的再生能力，且有较好的隔水性能。施。 2、煤层间垮落上行开采的条件、判别方法及要注意的问题 二、既能减少地表下沉又能减少地表变形的井下开采技术措施 可以采用上行式采煤的条件 1、充填法处理采空区；2、条带采煤法；3、采空区离层带中高压注浆法 先决条件：先采下部的煤层不破坏上部煤层的完整性，且能带来较大经济效益。 三、减少地表变形的井下开采技术措施 （１）上部煤层为劣质煤或薄煤层或不稳定煤层，开采困难，下部煤层为厚煤层，上下煤层间距较大，开采设备利 1、限厚开采 用率、经济效益和矿井达产期因开采顺序不同而差别很大； 2、消除或减少开采引起的地表变形不利叠加，利用地表变形有利叠加 （２）上部煤层开拓困难，需要巨额投资，下部煤层开拓容易，且上下煤层间距较大； （1）分层间间歇开采； （2）尽量采用无煤柱开采技术，避免残留尺寸不当的煤柱； （3）布置较长的工作面，使建 （３）下部煤层为国家急需的煤种筑物仅承受动态变形； （4）协调开采； ； （5）合理布置各煤层或上下分层的开采边界（看书）（6）合理部署工作面推进 需要采用上行式采煤的条件方向。 其先决条件：安全上和技术上是优越的 3、合理确定建筑物与开采区域的相对位置 （１）上部煤层有冲击地压危险或有煤与瓦斯突出危险，下部煤层作为解放层开采。 4、对称背向开采 （２）上部煤层含水丰富，先采下部煤层有利于疏水。 4、条带采煤法开采的理想地质条件、移动变形特点及保留煤柱宽度的确定方法 （３）上部煤层的顶板为坚硬顶板，需要降低上部煤层顶板的周期来压强度。 理想地质条件：煤层埋深小于 400-500m，单一煤层，厚度比较稳定，顶板岩层和煤层较硬。 （４）采用条带采煤法开采有一定层间距的多层煤层，为使保留条带不受重复开采影响。 地表移动和变形特点：（1）地表下沉系数小； （2）主要影响角正切小； （3）水平移动系数随采深增

加变小； （4）地 （５）深矿井开采中，先采下煤层有利于实现矿井高产高效，有利于改善上煤层的巷道维护条件及经济技术指标。表移动期短； （5）地表多次下沉。 （６）复采采空区上部遗留的煤炭资源。 （10 稳定性要求。宽高比。 保留条带宽度 a 的确定： （2）强度要求。 判别方法： 1、单向应力状态下的强度要求。2、三向应力状态下的强度要求。保留条带能承受的极限载荷要大于实际承受的载 1、比值判别法荷。 1两层煤间的判别 5、不迁村采煤的理论依据 （1）不迁村全采，采后维修和补偿。房屋损坏主要是受水平变形的影响，随着采深加大，水平变形逐渐减小，到 KH/M Kgt7.5 时，先采下位 m2 煤层后，在上位 m1 煤层中可一定开采深度后，可以不迁村开采村庄下的压煤，它的理论基础是临界安全开采深厚比和临界安全开采深度 H。 （2）不迁村条带开采。适用于开采深厚比在 100-200 左右时。 以进行正常裁决活动，多层煤间综合比值 Kz 判别 （3）不迁村就地重建抗采动变形建筑。开采深厚比小于 90 时，可考虑拆旧房，就地重建抗变形建筑，然后再开采。 当综合比值 时，m1 煤层之下的 n 层煤层先采后，在 m1 煤层中可以进行正常采掘活动 第三章 铁路下采煤 2 “三带”判别法 1、铁路下采煤的特点 三带判别法的基本观点 （1）在安全上比一般建筑物要求要高； 特点： （2）因受到列车动载荷的作用，铁路线路的移动和变形较为复杂； （3） 当上位煤层位于下位煤层开采引起的垮落带之内时，上位煤层的结构遭到严重破坏，下位煤层先采后上位煤层无法线路在开采影响过程中可以通过日常的维修，及时消除自身的移动和变形。 开采； 2、地表移动变形对建筑物的影响 当上位煤层位于下位煤层开采引起的断裂带之内时，上位煤层的结构只发生中等程度破坏，下位煤层开采后，采取 （1）倾斜。倾斜将使线路增减相应的坡度。沿线路方向的倾斜会使线路原有的坡度发生变化；垂直线路方向的横 一定技术和安全措施，上位煤层可以开采；向倾斜将使两股钢轨下沉不等； （2）曲率。线路相邻段不均匀倾斜将导致竖直方向上原有竖曲线的曲率半径变化，地表 当上位煤层位于下位煤层开采引起的断裂带之外时，上位煤层只产生整体移动，结构不受破坏，下位煤层开采后，下沉曲线的正负曲率可使线路原有的曲率半径增大或减小。 （3）横向水平移动。使线路直线段弯曲，使弯曲段的半径增 上位煤层可以正常开采。大或减小。（4）纵向水平移动和变形。拉伸变形使轨缝增大，可能拉断鱼尾板或切断联接螺栓；压缩变形使轨缝缩小或 3 围岩平

衡法闭合，使钢轨接头处或钢轨产生附加应力。 能够形成不发生台阶错动的平衡岩层结构的岩层称为平衡岩层。 从下煤层顶板至平衡岩层顶板的高度叫围岩平.