減少厚煤層采后地表破損及礦井深部開采技術

柴建平

摘要：厚煤層開采在我國已經有了很悠久的歷史，因受科學技術與經濟等等條件的限制，厚煤層的在開采后會造成一定的地表破損，影響煤層地質。本文就礦井深部的煤礦開采為基礎，通過一些現場經驗，提出如何減少厚煤層開采后產生的地表沉降與地面積水疏排，有效解決厚煤層開采問題與礦井深部開采技術問題，為后期其他煤礦開采提供建議。

關鍵詞：厚煤層；地表破損；聲部礦井開采技術；地表沉降

近幾年，我國在煤礦資源開采的技術上也有了一定的提升，通常煤炭資源都是從淺層開始開采，而隨著煤礦資源的采出，開采煤層逐漸轉向煤層深度較大的煤層。因此，隨著開采規模的增大，機械水平與開采技術也需要不斷發生改變與提升。就全球的煤礦生產來看，深部開采仍然是現在面臨的主要難題。我國東部地區因經濟發達，對煤礦資源的需求量較大，因此，礦井延伸的深度就越強，很多煤礦企業的開采已經轉向了礦井的深部開采了，最深的礦井已經達到了千米單位的深度，且這些礦井還以每年5-10m的速度在增長。就當前的形式來看，解決深部煤層開采造成的礦壓控制問題與沖擊礦壓等問題，已經成為當前礦業的主要研究方向。

一、針對高潛水位的不遷村厚煤層采煤

對于高潛水位的煤層開采，想要實現不用遷移村莊、減少良田毀壞的目標，關鍵就是要在開采后達到地表沉降小的目的，一般通過走向長壁全部垮落開采的下沉系數為0.8-0.6范圍內，如果開采深度為7m的煤層，一般造成的地表最大沉降為5m。伴隨著礦井深部開采技術的提高，對于減小地表沉降可以采用較少煤炭回收條帶式開采的方式，使得煤炭資源大量丟失，或者通過充填采空區等方式來減少的沉降至少可以降低到0.3以下。但就這兩種方式來說你，煤炭成本加大，且回填物需要更多，因此實施起來效率不高。

一般，煤層上覆巖都是有巖性軟硬不同的巖石組成的，為減緩地面沉降的速度，可以采用對離層空間進行連續注漿的方式，使得含有較大壓力的注漿液支托上層巖體緩慢下沉，達到減緩沉降的目的。其次，由于注漿之后，地表下沉量會減少，特別容易形成積水，所以應適當進行地表積水疏排工作，通過在最低點建立排水站的方式，以便雨季排水，既解放了土地，又保證村莊的利益。上述的方法，已經能夠有效達到減少地表損壞，降低房屋破損，不需要遷移村莊的目的。對于一般建筑物來說，主要會受到拉伸以及壓縮兩種變形帶來的受力，當村莊在煤礦開采區域中，且首先開始開采村莊周圍區域時，村莊首先受到的是拉伸力的影響，很可能造成較大的破壞，產生的裂隙也比較大，而繼續開采剩下的區域，村莊區域內則會受到壓縮的影響，導致裂縫又有一定程度的縮小。因此，可以通過先開采村莊下的區域，由此形成一個壓縮區域，再開采周圍區域的方式，有效減少二次拉伸破壞，大大降低村莊損壞。

二、當前礦井深部開采存在的難點與解決措施

1、防治開采中產生的沖擊礦壓。

1.1 造成沖擊礦壓的原因。

前面提到，煤層本身與頂底板巖石都具有嚴重的沖擊性，這就是產生沖擊礦壓的主要內部因素。當深度煤層開采深度在650m以下時，原巖層的應力比較大，很容易造成煤層失穩的情況，尤其在應力比較集中的地方，煤層更容易受到破壞，造成沖擊礦壓。通常沖擊礦壓的突發點是高應力區域以及壓力低層區，比如斷層、向斜軸附近以及煤柱邊沿附近等等，對于水力采煤與條帶式開采過程中所留煤柱而形成的高應力區域，開采面留有護巷煤柱與丟失的煤柱等區域都是很容易造成沖擊礦壓的區域。其次，對于煤層老頂或者是直接頂是比較堅硬的巖石、砂石的，由于工作面的礦壓顯現較為明顯，當頂板初次來壓或者周期來壓、亦或者遇到采掘工作面的集中放炮時，勢必會造成沖擊礦壓發生。

1.2 沖擊礦壓的防治措施。

對于具有沖擊性的煤層開采時，通常采用的防治措施包括開采解放層，合理的布置巷道、煤層以及頂板注水等方式。一旦發現危險區域，可以通過解危措施，進行煤層松動爆破、卸載注水、鉆孔或者卸載巷道等方式來解決。要達到消除高應力區域的形成，首先就應該通過地應力的測定與地質動力區劃，判斷異常區域的高應力集中于沖擊礦壓走向。其次，為環節沖擊礦壓的強度，可以采用頂板注水的方式來做好有效的防治措施。有一些實踐經驗得出，一方面，頂板注水不僅可以減小巖層的彎曲度，更能降低彎曲能量指數，從而達到降低沖擊程度的目的。另一方面，頂板注水方式可以將中等沖擊轉化為無沖擊的傾向，在頂板注水后，頂板壓裂分層因此很容易冒落，造成工作面前方的支撐壓力變小，從而達到減輕煤壁向外的沖擊壓力。

2、對于井巷的保護措施。

對于礦井深部的開采技術進行研究，可以觀測到一般煤層巷道與軟巖的閉合速度在0.7-1.2mm/d范圍內，而閉合量在600-900mm左右。當礦井深度達到800m時，原巖應力大概在25MPa左右，就會出現軟巖與煤層失穩的情況，巷道布置也會出現嚴重的變形，而在堅硬的巖石中的巷道布置，狀態仍然維持得較好。針對這樣的狀態而言，從經濟方面來講，要實現少丟煤柱，提高回收率，且要保持良好的巷道環境滿足生產要求的目的，可以通過兩種方式解決。第一，對于礦井的深部開采主要的井巷應布置在堅硬巖石中，采取錨網噴支護的方式可以達到良好的效果。第二，如果缺乏堅硬巖層設置井巷條件的，可以通過在巷道上方煤層中布置工作面，首先進行開采施工的方式，使得巷道處在一個降壓環境內，再對周圍的煤層進行開采，這樣一來，巷道只是在初期受到了較小的影響，受破壞量也就大大減小，使得巷道能較好的保持穩定狀態。

結語：綜上所述，對于礦井深部的煤礦開采而言，除開需要解決嚴重的支護與地表損壞問題外，還需要不斷探索全新的方式，實現最大限度的利用煤礦資源，減少生態影響，保護環境的目標，真正實現經濟性。

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