特殊开采作业.doc

姓名：* 班级：* 学号*“三下”采煤理论摘要：介绍“三下”采煤技术的特点、现状以及适用于“三下”采煤的理论和方法。关键词：“三下” 采煤理论论文主体：前言 建筑物下、铁路下、水体下开采，简称“三下”开采。 据目前不完全统计，我国国有骨干大中型矿井“三下”压煤量达到140亿吨以上，其中建筑物下压煤占整个“三下”压煤量的60%以上，水体下（包括承压废岩水上）压煤占28%左右，铁路下压煤占12%左右，然而，到目前为止，我国仅从“三下”采出的煤炭约有10亿吨，只占整个“三个”压煤量的7%左右。 随着一些大中型煤矿开采时间的增长及其地表乡镇企业和农村住宅的建设和扩展，目前，已有很大一部分矿井已无较为正规完整的采区可供开采，造成很多矿井有储量而无法大规模开采的局面。而有些矿井强行开采（不管对地表的影响），有些矿井因采掘接替协调顺序不对进行开采，引起对地表设施的大量或不该有的损坏，造成巨大的经济损失和紧张的工农关系，严重影响了煤矿企业的生产和经济效益。 从目前调查的结果得出，几乎所有的井下开采的煤炭大中型企业，都面临着大量的“三下”压煤问题， 这些“三下”压煤量占目前矿井储量的1015%，个别的甚至更多。因此，如何逐步开采“三下”压煤，或如何规划矿井的采掘接替顺序，把对地表的影响控制在最低限度；或者如何搭配开采“三下”压煤，有计划地控制逐年的采动损害赔偿；或者以经济效益为第一要素采用一些特殊的开采方法,在不影响地表建（构）筑物的前提下部分开采出一些“三下”压煤量。 这些都是目前煤炭企业已经面临而必须研究解决的问题。建筑物下采煤 建筑物下开采是指那些不适合搬迁的城镇、工厂、居民区、村庄等所压矿层的开采，其中包括井筒矿柱的回收。做到即采出资源，又要保护地面建筑物。采取的措施主要是在井下开采时采取一些不同于普通的开采方法，以减少地面移动与变形，另外对地面的建筑物或构筑物采取加固与维修的方法，使其所受的采动影响和破坏程度在其本身允许的范围之内。这在国内外都取得了诸多成功的经验。 波兰，从1950年起开始进行建筑物下采煤试验，到1980年，已从各种煤柱中采出近7000万t左右，占产量的40一42。 前苏联目前在建筑物下采煤的产量每年达5000万t以上，取得了丰富经验、编制了30多个煤矿和金属矿保护建筑物免受采矿有害影响的保护规程及指南。 英国在建筑物下开采只对井筒和绞车房留保安煤柱，其它一律不留保安煤柱进行开采。 德国对城市和建筑物下采煤研究最早，从1902年就开始用水沙充填法回采重要建筑物下的保安煤柱。例如埃森采了九个煤层总厚达10.2m。法国和保加利亚分别用水沙充填和风力充填在建筑物下进行开采。 日本用房柱式进行建筑物下及大型公路桥厂的开采。 我国建筑物压煤的问题比较普通。如山东的肥城、河北的唐山、河南的密县、安徽的随溪、东北的本溪、徐州的贾汪，湖南的韶山等都压着大量的煤炭资源c目前全田已有近百个矿井，数百个工作面进行了建筑物下的开采。鹤壁、本溪、抚顺、枣庄、东庞、冷水江、利民、里兰、东罗、红茂等局矿部在各种建筑物下进行了成功的开采。如抚顺胜利矿用充填条带法在石油一厂下开采厂厚达166m的煤层，东北欧河矿用陷落条带法在城镇下开采，资江在一俱乐部下开采、利民矿在村庄下、里兰在合山市下开采等。铁路下采煤 铁路下开采系指铁路干线与支线下所压煤层的开采，矿区专用线下开采已不存在问题，故不包括在内。过去对铁路的保护也是采用留设矿柱的方法，目前对铁路矿柱的开采已取得了足够的经验。如波兰在卡托维茨通往沃波雷省的干线和具托姆车站下进行了开采、采厚达20m，车站普遍下沉了3m，最多达3.7m；前苏联的顿巴斯煤团内就有5条铁路，压煤达368亿t，从l 9611964年间已采铁路煤柱1320万t；德国的鲁尔煤田有一半以上的铁路线受开采影响，鲁尔煤田在铁路下开采已有几十年的历史；印度苏丹迪矿用水砂充填方法于1971一l 975午12月首次升采ADRAGOMOH铁路干线煤柱，煤厚为7.5m；日本于19661967年在北海道地区清水泽煤矿的铁路干线和铁路桥下采煤，煤厚2.4m、采后地表最大下沉速度达8mm月用限速方法获得成功。 我国矿区专用线下开采，在技术上已完全过关，所以铁路下开采不包括专用线下开采；支线下开采效果良好，如焦李、三万、薛枣、娄邓等；干线下开采的不多。在鸡西麻山、滴道两矿的林口密山干线下开采获得成功、本溪局在沈阳丹东的干线下试采。还有枣庄局在邹坞车站下，阜新局在露天剥离站下。开滦及平顶山、涟邵在铁路桥下，南桐局在二万线的板塘隧道下开采都取得成功。水体下采煤 水体下开采包括地面水体下和地下水体下的开采。地面水体包括江河湖海、水库池塘、沼泽洪区、灌区水田、山沟小溪以及地表沉降区积水等。地下水体包括表土层的砂层水、顶板灰岩中的岩溶水、砂岩含水层及老窟水等。 水体下开采的实质是如何确定防水和防砂矿柱的高度，此上限到地面的垂高，就是安全开采深度。 水体下开采主要是防止覆水和泥砂溃人井下，有时还要保护地面水体，如水库、堤坝等。水体下开采通常用疏干、排放、隔离等措施，使资源尽量采出，还要减少排水费用。前苏联已在一些较大河流下来出了干百万吨的煤炭；日本、英国、加拿大和智利等国家海下开采经验丰富。我国在淮河下、微山湖下、资江河漫滩下来煤也取得了不少的经验。“三下”采煤的特点 与一般开采方法的区别具有特殊的技术要求“三下”开采即要采出资源，又要保护地面建筑物和构筑物(如水坝、铁路等)，保证生产安全，出而在技术上有特殊的要求。“三下”采煤理论技术的研究过程 上世纪30年代，在一些采矿业较先进的国家已把岩层与地表移动作为一项科学研究工作。从本世纪50年代起，岩层与地表移动的研究工作获得了蓬勃的发展。如前西德的勃劳聂尔、克拉茨、聂姆茨 克、克因赫尔斯特，前苏联的阿维尔申、卡札柯夫斯基、阿基莫夫、柯尔宾阔夫、波兰的布得雷克、克诺特、李特维尼申、柯赫曼斯基、沙乌斯托维奇、科瓦尔契克、什佩特科夫斯基、胡戴克、杨齐赫等学者经过各自的研究，先后建立了一系列描述岩层与地表移动的理论模型和公式，并提出了一系列计算岩层与地表移动的方法。有了岩层与地表移动预计方法，就可以预计一定条件下开采引起的岩层与地表的变形值，因而就可能估计出房屋、铁路、水体等由于地下开采而受损害的程度。为此，人们可以事先采取防护措施，避免灾难性的破坏。 我国岩层移动研究工作是新中国成立后开始的。淮南和开滦矿区在50年代初期建立了地表移动观测站，开始了我国岩层移动科学研究的观测。50年代后期，我国各主要矿区，开滦、抚顺、阜新、峰峰、淮南、大同、鹤岗、新汶、阳泉、本溪等先后制定了开展地表移动观测的规划，并建立了一批观测站。 经过多年的现场观测和理论研究，完善和发展了岩移理论和计算方法，提出了适合我国岩层与地表移动的计算方法和公式。著名学者刘天泉、刘宝琛、廖国华、周国铨等，对我国的岩层与地表移动理论研究及其在生产实践中的应用做出了巨大的贡献。 建筑物下采煤及地表保护措施 首先是试验成功一些有可能控制与减缓采动岩体运动的方法。例如，对采深相对较大，煤厚相对较小的压煤矿，可采用陷落式均厚开采方法，分层间竭开采方法、分层间歇开采方法及限厚开采方法；对压煤面积不大的采区，可进行大面积全柱式开采方法；对采深较大或上覆岩层中有一层或多层厚坚硬岩层的煤层，可采用在离层带内注浆充填的方法；对有条件应用采后在采空区内充填的地方，实行采控区集中充填的开采方法；在正规、非正规及不同的采深的地质采矿条件下，可分别采用正规、非正规条带及大、中、小条带开采方法。此外，对被保护建筑物采用了结构性保护措施，开发出适应于城镇农村各类平房楼房的抗变形建筑设计；对采动后发生较大位移和倾斜的建筑的 建筑物，开发出不同的调平与平移技术和设备等。建筑物下采煤的主要技术措施之一,是在井下尽量采用能减少地表变形、减少对建筑物损害的开采措施。在生产实践中比较有效和常用的有以下几方面措施。（1）充填法 采用全部垮落法管理顶板时，地表最大下沉值可达采厚的60%80%，一般为70%左右；用水砂充填管理顶板时，如充填得十分密实，地表最大下沉值仅为采厚的8%15%。一般在重要建筑物和构筑物下开采时，采用充填法管理顶板。充填法中的水砂充填是达到减少下沉量效果最好的方法。其次是风力充填和矸石自溜充填。 我国有些矿区采用充填法成功地解决了建筑物下采煤问题，如抚顺胜利矿车辆厂用水砂充填法开采，焦作演马庄矿用风力充填开采村庄下压煤等。使用充填法管理顶板，需要设置一套专门的充填设备和设施，成本较高，因此对于采用垮落管理顶板的矿区，在建筑物下的局部地段必须采用充填法开采时，应尽可能采用很容易的充填系统和设施，以花费少量的资金，取得好的效果。（2）部分开采法 部分开采法包括两个方面的内容：一是条带开采法，即在开采范围内开采一条，保留一条，用保留条带煤柱支撑顶板，以达到减少地表下沉的目的。有关内容将在本节第部分详细介绍。 部分开采的另一方面内容是限制总采厚，如开采煤层群时，择优开采，而舍弃部分煤层；在开采煤层时减少开采厚度，这些都可使地表移动和变形值控制在允许的范围以内，防止地表突然下沉采动后地表不出现突然下沉是建筑物下采煤的起码条件。防止地表突然下沉，除了应有一定的采深限制外，还可以采取下列开采措施：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，并适当减少第一、二分层的开采厚度。开采急倾斜煤层时，应尽量采用分层间歇式采煤法，并严禁无限制地放煤。当煤层顶底板坚硬不易冒落时，应采取人工强制放顶。如果建筑物位于煤层露头附近或在其下方有浅部煤层或煤层上方覆岩为石灰岩地层，需查明建筑物下方是否有老窑、废巷、岩溶、老井以及它们被充填的程度。如果这些空硐没有被充实，而充满积水，则应防止井下采煤疏干老空区积水及疏降岩溶含水层位而造成的地表突然塌陷。为此，采前应把水排干，甚至用灌浆等方法将空硐填满。开采急倾斜煤层时，在煤层露头处应留足够的煤柱，以防突然下沉。开采的煤层愈厚，则应留的煤柱愈大。前苏联、波兰有关文献指出，开采急倾斜煤层时，当煤层露头处留的煤柱尺寸小于下表的数值时，地表会出现陷坑，消除或减少开采影响的叠加当几个煤层（或厚煤层几个分层）或同一煤层的几个部分同时开采时，如果采区边界布置不合理，或者采面推进的时间、方向不适当，就会造成开采影响的叠加，从而使地表移动变形值增加，在同时开采两个煤层（或分层）时，开采影响的叠加可能是推进着的工作面上方地表移动与变形的叠加（即采面同时由左向右推进时的情形），也可能是开采边界（或停止推进的工作面）上方地表移动与变形的叠加。同一煤层两个部分同时开采时地表移动变形的叠加。在这种情况下，不管1，2两部分采面如何推进（采煤面相对、相背或相平行），在煤柱上方地表的移动和变形都要经受开采过程中的叠加，以及采动以后煤柱做为两个开采边界的地表移动变形叠加。这些都说明地表移动变形的叠加与采面推进的时间和开采边界的位置有关，即与时间和空间因素有关。为了减少或消除开采影响的叠加，可以采用以下措施：（1）顺序开采 就是要一层一层或一个分层一个分层地进行开采，并要求两层或两个分层的开采间隔时间要足够长，在第一层开采的影响完全或大部分消失后，再开采第二层或第二分层。这样可以消除或减少开采煤层群或厚煤层分层开采时的移动变形叠加现象。（2）合理布置各煤层或分层开采边界的位置 地下开采对地表的有害影响，主要在开采边界的两侧。这样，一个煤层或分层所引起的地表达变形值（如压缩变形），可以被另一个煤层或分层所引起的地表变形（拉伸变形）所抵消，因而使地表的总变形值能减小或全部消除。（3）干净回采 在开采过程中，往往因为种种原因，在采空区残留部分煤柱，这对地表的影响极为不利。因为每个独立的煤柱都有两个边界，这就使得煤柱上方地表移动变形产生叠加，使总变形等于煤柱两侧开采所引起的变形的叠加值。 河南理工大学和郑煤集团超化煤矿、平煤集团梁洼矿、梨园矿、新峰矿务局、安阳矿务局、鹤煤集团等在村庄下采煤实践中得到的经验，对以上结论有所补充和发展。研究结果认为：若采区能达到充分采动并出现大面积平缓盆底时，建筑物下采煤应采用全柱式开采法，采空区不留煤柱；若采区达不到充分采动或刚达到充分采动，地表会形成碗形盆地时，在采区留适当大小并均匀分布的中间煤柱，可以减小地表下沉及变形值，对建筑物的保护比不留煤柱更有利。（4）正确安排工作面推进方向 当两个工作面相向推进时，如采区双翼工作面同时向上、下山推进，则在上下山附近形成煤柱，使地表变形增加。因此，开采建筑物和构筑物保护煤柱时，一般采用由煤柱一侧向另一侧推进的方法，即采用单翼开采方法。为了避免开采影响的叠加，在开采煤层群或厚煤层时，各个煤层或分层中工作面的推进方向应保持一致；如因其他原因必须改变推进方向时，则两个煤层或两个分层的开采间隔时间要足够长，以便减少叠加影响。背向开采，即在离受采动建筑物水平距离约为临界开采宽度2r（接近充分采动的开采宽度）的25%处，即r/2处的下方开掘开切眼，然后两个工作面向相反方向推进。这样开切眼上方及其附近地表出现的压缩变形、负曲率和地表点的下沉速度比单翼开采时大得多；但地表的正曲率、拉伸变形和倾斜却比单翼开采时小得多。因此，对于那些能承受压缩变形，而对下沉速度不敏感，对倾斜敏感的建筑（如高炉、烟囱、教堂等）可以采用这种方法。水体下采煤 我国煤矿在水体下采煤已取得丰富经验。首先是有在地面河流、湖泊、水库及塌陷区积水等大型水体下长期开采的经验；其次是有在河堤下采煤及维护护堤的经验；三是有在顶板砂、砾岩及石灰岩含水层下采煤的经验；四是有设计矿井露头系列煤柱的经验。它为全面解决矿井来自地面及覆盖层的水患问题提供了依据和方法。所谓露头系列煤柱，指的是防水煤岩柱（适用于松散强含水砂层其上覆水体）、防砂煤岩柱（适用于松散弱含水层、可疏降含水砂层及上覆水体）、和防塌煤岩柱，（适用于松散粘土隔水层、可疏干含水层、可疏降含水砂层及其上覆水体）。露头系列煤柱设计方法在煤矿推广后，减少了松散层下的煤柱尺寸，增加了第一水平储量，为矿井挖潜增产发挥了重要作用。铁路下采煤 铁路专用线和支线下采煤在我国已取得丰富经验。有的矿区在采深小、累计采高大的条件下也取得了成功。近十几年的经验是，国铁I级干线下采煤已在鸡西、本溪等矿区试验成功；数十米高的路堤下采煤也在淮南李一矿、峰峰通二矿取得成功；还积累