“三下”采煤安全技术措施

2 铁路下采煤
2.1 地表移动和变形对路基的影响
地表的移动必然伴随有路基的下沉、水平移动。路基下沉
过程中使得路基的水平移动加大进而改变路基的原有方向。 地表的倾斜对路基的稳定性影响很大，特别是在高路坝，陡坡
路堤等稳定性差的路段。 地表的水平变形使得路基产生附加的拉伸和压缩变形，
这样的变形会导致路基密实度降低，产生裂纹。而路基的移动 和变形使得钢轨、轨枕的标高和平面位置发生变化竖向下沉
层分层开采中多个分层或同一煤层的不同部分同时开采引起 的地表变形。在这方面开采技术措施有：①分层间歇开采；先 开采一个分层，待其所引起的地表变形稳定后在开采相邻的 分层。②采用无煤柱开采技术；在开采过程中如果煤柱尺寸不 合理就使得煤柱上方的地表变形有可能增加，对地表的影响 极为不利。因此采用长壁工作面采煤时采用全部垮落法处理 采空区，当开采区域达到充分采动时应尽量采用无煤柱护巷 技术，当然当开采区域达不到充分采动时保留适当大小均匀 分布的煤柱有利于减少地表下沉。③布置较长工作面，使建筑 物位于移动盆地平地部分，使建筑物承受动态变形后，仅承受 最小静态变形。④协调开采；在上下煤层或是同一煤层的相邻 工作面协调开采使得不同工作面采动产生的变形相互抵消， 有利于减少地表变形，保护建筑物。采用这种措施可使地表变 形最大水平变形值减少 30%~40%。
参考文献 [1] 杜计平，汪理权.煤矿特殊开采方法[M].中国矿业大学出版 社，2003 [2] 沈光寒，李白英.矿井特殊开采的理论与实践 [M].煤炭工业 出版社，1991 [3] 钱鸣高,石平五.矿山压力与岩层控制 [M].中国矿业大学出 版社,2003.
作者简介 赵杰（1986 年），男，山西大同人，中国矿业大学本科生，， Tel：13270236036；E- mail：zhaojie19860503@。 张亦弛（1986 年），男，山西大同人，中国矿业大学本科生。 刘妍（1986 年），女，山西大同人，中国矿业大学本科生。
煤矿现代化
2009 年第 5 期
总第 92 期
三下采煤安全技术措施
中国矿业大学 矿业工程学院 赵 杰 张亦弛 刘 妍
摘 要 近几年来，随着国民经济的高速发展，国家对能源的需求量逐渐增大，占我国资源总量的 70% 以上的煤炭资源作为我国的主要能源，它担任着无可替代的作用，但是随着近几年的超速开采，煤炭存储量 也在下降，为了不浪费大量的煤炭资源，我们必须提出新的开采措施把建筑下、水体下和赋存在铁路下的煤 炭开采出来，以供使用。三下采煤技术对提高我国煤炭产量，保护国家重要基础设施有极其重要的意义。
和水平方向的横向和纵向移动，进而使得路线方向，钢轨高 差，轨距和轨缝发生变化，影响铁路的工作状态。 2.2 铁路下采煤的安全技术措施
（1）防止地表的突然下沉。在浅部的煤层、顶板坚硬煤层
露头附近的急倾斜煤层以及浅部有采空区积水或冲水的裂隙 带空间都可能发生地表突然下称的情况。为避免此类情况的
发生在开采浅部煤层时应采用分层采煤法减少第一和第二分 层开采厚度。对与顶板坚硬的煤层应采用定期人工放顶的方
（4）铁路地面维护技术措施。对于随着铁路下开采的过程 中路基与路线产生的移动需要定期给予维修。随着线路的下
沉和横向移动对路基进行阶段性的抬高与加宽。采用启道和 顺坡的方法消除下路下沉，采用拔道和改道的方法消除线路
横向水平移动。定期调整轨缝消除线路纵向移动。另外在开采 过程中应加强铁路线路巡查及时发现和排除事故。
（a）
（b）
（a）建筑物的长轴平行于工作面； （b）建筑物的长轴垂直于工作面 1- 建筑物；2- 工作面或开采边界；3- 下沉盆地边界 图 1 建筑物与工作面位置图 （6）合理确建筑物与开采区域的影响范围，矩形建筑物的
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2009 年第 5 期
总第 92 期
长轴方向抗变形能力较短轴方向小，所以建筑物的长轴应平 行于地表下称等值线分布。当建筑物位于区段周边以外时建 筑物的长轴应垂直与长壁工作面布置，当建筑物位于区段周 边以内时建筑物的长轴应平行于长壁工作面布置。对于建筑 物群应以大多数建筑物的长轴方向为依据布置长壁工作面。
建筑物下采煤必须从技术上可行济上合理和安全上可靠 进行综合考虑，在村庄下采煤时还应该照顾到农民的利益。
在开采建筑物下的煤层时应该尽量减少地表下沉、塌陷 等。
在缓倾斜和倾斜厚煤层浅部开采时尽量采用倾斜分层采 煤法并减少第一和第二分层的开采厚度。开采急倾斜煤层时， 采用分层间歇式采煤法，在煤层露头处应保留足够高度的煤 柱。若煤层露头附近有浅部煤层或煤层上方覆岩为石灰岩地 层则需查明建筑物下方是否有岩溶和废巷如果这些空硐没被 充实，则应该井下采煤疏干老采区积水及疏降岩溶含水层位 而造成地表突然塌陷。
关键词 保护煤柱 采空区 隔水层 限厚开采
1 建筑物下采煤
我国各矿区都程度不同的在建筑物下压有煤炭，据有关 资料显示，建筑物所压煤量中，村庄是最多的，其次是工业场 地、其他工业与民用建筑。
由于地下开采所产生的地表移动使得建筑物拉伸、压缩 等力的作用产生变形，当变形超过建筑物允许变形时，建筑物 将产生不同程度的破坏。因为地表变形与采厚、采煤方法、上 覆岩层岩性及地质构造等因素有关，所以地质条件和开采技 术是建筑物下采煤的首要影响因素。 1.1 地表移动对建筑物的影响
法，并留有足够尺寸的煤柱防止采空区上部煤柱抽冒。或直接 采用条带采煤法或充填法可以有效的减少地表下沉。
（2）消除地表变形叠加影响。采用无煤柱开采、顺序开采、 协调开采等方法可以减少地表变形叠加，减少地表变形对铁
路的影响。 （3）留设铁路保护煤柱。一二级铁路线上的一二级铁路
站、有严重滑坡危险难以处理的铁路沿线、在目前条件下采用 改道或不留设煤柱方法处理技术上不可行，经济上不合理的 铁路线、铁路隧道以及全长大于 20m 的铁路桥都需要留设合 理的保护煤柱，另外对于采用长壁垮落法开采时采深与采厚 比不满足表 1 的铁路线也要留设煤柱。
（1）定水采煤，在水体与煤层之间保留一定厚度或垂高的 安全煤岩柱，直接在水体下采煤。
（2）疏水采煤利用排水系统开掘疏水巷道疏降上部水体， 再在水体下从事采煤工作。
（3）顶疏结合采煤。在多层含水层威胁的条件下采用此种 方式的安全系数较高。
（4）堵截水源与疏水采煤。采用水泥等粘结性材料注入含 水层的孔洞中形成挡水墙，切断地下水的补给通道，在进行疏 水采煤。 3.3 水体下采煤的安全技术措施
（1）充填法处理采空区：用水砂充填是采煤法中减少地表 下沉效果最好的方法，其次是风力充填和矸石充填但此方法 需要设置专门的充填设备和设施还需要足够的充填材料增加
了吨煤的生产成本。如充填密实的地表最大下沉量为采厚的
8%~15%.。
（2）条带开采：将开采的煤层划分为若干条带，各条带相
间开采，由保留条带支撑上覆岩层重量减少地表下沉量达
（1）地表移动的影响一般来讲，当建筑物所处的地表出现 均匀沉降时建筑物先要承受水平拉伸变形，后承受水平压缩 变形，只要建筑物能承受住开采过程中这种地表变形的作用， 则建筑物本身危害不大。当地表发生倾斜时，建筑物也随之倾 斜，倾斜对底面积小而高度大的建筑物特别明显。因为底面积 愈大，高度愈大相同倾斜所产生的附加应力愈大。对于一般低 层民用建筑物倾斜所产生的危害较小。
表 1 长壁跨落法开采铁路压煤时采深与采厚比的规定
进行开采（H/M）
进行试采（H/M）
铁路等级
薄及中厚煤层 厚煤层或煤层群 薄及中厚煤层 厚煤层或煤层群
一级
≥150
≥200
二级
≥100
≥150
三级 工矿企业
专用线
≥60 ≥40
≥80 ≥60
≥40，<60 ≥20，<40
≥60，<80 ≥40，<60
3 水体下采煤
煤层上方的水体分为地表水和地下水，在开采煤层时引 起的岩层移动与变形可能改变水体和开采空间之间的水力联 系的程度，当有较强的水力联系发生时可能使得开采范围内
的地表水或地下水及泥浆突然涌入井下造成严重的矿井事 故。 3.1 隔水层理论
在水体底面和煤层之间有相应厚度的隔水层，地下开采 引起岩层移动和变形使得隔水层受到影响，当隔水层位于跨 落带时，隔水性能完全破坏，当隔水层位于裂隙带时隔水性能 也有一定程度的破坏，破坏程度由裂隙带的下部向上逐渐减 弱。而当隔水层位于弯曲下沉带时隔水性能受到微小影响，当 位于弯曲下沉带的中部或上部时隔水性能不受开采影响。 3.2 水体下采煤方式
（1）试探开采。通过先易后难试探性开采了解防水安全煤 柱的破坏情况，基本原则为：先采远离水体，后采邻近水体的 煤层；先采隔水层厚，后采隔水层薄的煤层；先采地质条件简 单，后采地质条件复杂的煤层；先采较深部，后采较浅部的煤 层。
（2）分区隔离开采。在采区四周防设防水隔离煤柱，在运 输水平的绕道和石门内设永久性的防水闸门。一旦发生突水 事故关闭闸门，将采区与外界隔离减小危害。
（4）限厚开采：因为地表最大下沉正比于一次采出厚度，
所以减少一次性采出厚度可以减少地表变形。
地面建筑物允许的水平变形为【ε】则最大允许的而开采
厚度为
m≤
[ε]Hcosα 1.25bηtanβ
若取【ε】=1.5mm/m
,α=10,
H=500m，b=
0.3, η=0.8 =2,则 m≤1012mm （5）在建筑物下采煤时应尽力减少多煤层开采或是厚煤
（2）地表变形的影响。地表的曲率使地表由平态遭到破坏在正曲 率的情况下建筑物基础两端处于悬空状态，在负曲率的情况 下建筑物成为简支梁，两种情况都容易破坏。地表水平变形对 建筑物的破坏很大，尤其是拉伸变形的影响，建筑物抗拉能力 较小当水平拉伸变形大于 1mm/m 时建筑物墙面就会出现裂 隙。建筑物抵抗压缩变形的能力较大，在较小的地表压缩变形 下不会出现破坏现象。 1.2 建筑物下采煤的开采技术措施
80%~90%但此法采煤率低巷道掘进多工作效率低。
（3）采空区离层带中高压注浆：煤层开采以后因为上下位
岩层的沉降速度不一样，在裂隙带岩层中形成离层空间，我们
在地面预先布置钻孔，通过钻孔向开采后正在离层的岩层缝
隙中进行高压注浆，浆液充填岩层裂隙便可以减少地表下沉。
在开采建筑物下的煤层时应该尽量减少地表变形：
（3）全部充填法开采、部分开采和分层间歇开采。此种方 法可降低覆岩破坏高度，充填开采使覆岩不出现跨落带，部分 开采可减少导水断裂带高度而分层间歇开采使跨落带和裂隙 带高度比一次采全高要小。
（4）正确设计防水隔离煤柱、坚持先探后采原则，确切掌 握水源的位置和水量，在接近含水断层溶洞时必须探水前进。
此外，地面采用河流改道，修拦洪沟，填渗水裂缝以及排 除内涝等措施切断和改变地面补给水源也可以大幅度的提高 水体下采煤的安全性。
（收稿日期：2009- 4- 3）
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