林下开采与煤柱留设实践

林下开采与煤柱留设实践

0建立岩移观测资料20世纪80年代以来，韩城矿业局象山煤矿通过了各种方法的参数煤柱的保留试验。在保留煤柱的过程中，主要基于矿山和学校建立的岩移观测数据，并与局内外其他地区的岩移观测数据进行了比较。通过多年来煤柱留设与开采实践,对地表建筑设施、主要井巷及水体煤柱的留设参数选择及设计方法有了初步认识,基本掌握了各类受护设施煤柱留设的几何数据,根据多年来调查的有关资料进行归纳整理,对本矿井范围“三下”煤柱的留设技术及效果做简要考察总结。1煤矿“三公”固定天然气1.1留设参数和方法选择煤柱参数的选择:根据规定,象山矿在选择围护带宽度时,除80年代留设的各类煤柱中按部颁规定确定的等级选择外,以后均将主要井巷、建筑物水体等设施受护的等级提高1级即围护带的宽度,比常规大5～10m。主要是由地面地形条件、地质基岩、黄土松散程度和房屋、土窑的结构,以及岩移观测数据界定。黄土及基岩移动角参数选择:象山矿自开采以来曾分别建立了两个地表岩移观测站。在对煤柱留设参数选择时,对已有成果资料进行反复剖析,吸取岩移观测方面最新技术成果,在深入调查研究的基础上,选择各煤柱留设参数。韩城电厂、矿井工业广场曾于1985、1994年先后两次出现了严重变形,对厂区建筑设施及动力机械设备构成了严重威胁,生产安全受到了影响。嗣后、有关专家研究确定象山西坡为大型滑坡体。为确保韩电各类设施运行安全,要求象山矿以中央采区3号煤层北西向断层组(马氏断层以西20m)为界,垂切5、11号煤层,其以西各煤层煤量呆滞,留做保护煤柱。即比设计煤柱多留设200m以外。煤柱留设方法的选择:根据煤岩层赋存特点,结合受护地物边界形状与地层岩性特征和煤层底板等高线等数据,经分析研究,确定了煤柱留设的最佳方法。主要采取垂直剖面法,垂线法,数字标高投影法等三种方法,通过对比,一般采用垂直剖面法及数字标高投影法,其方便快捷和预留煤柱体边界点较多,煤层倾角有变化的地段,象山矿井在实际煤柱留设中得以广泛应用。1.2留设煤柱的方案红旗渠隧道煤柱:1976～1984年,1987～1992年。矿井设计紧贴南北两侧煤柱线边缘送巷开采,对5号煤层工作面,按其设计煤柱南侧线也进行了开采,而北侧煤柱因设计的新井主平峒与其平行相隔,将两个受护设施一并考虑重新留设了煤柱。马尔氏泵煤柱:专门留设了长95m,宽20m保护煤柱。生产中严格按照设计要求进行了留设。新井主平峒及排矸绞车房煤柱:1990年2月～1993年4月开采了2501上、下分层工作面,该煤柱1996年设计完成后,1996年、1999年12月在该煤柱周围又开采了2502、2503工作面。皮庄新村煤柱:1995年对2309工作面进行了开采,按照煤柱留设技术边界,在工作面收尾阶段有长约100m、宽约40m范围为村庄煤柱,但因种种缘由开采中没有留设煤柱将其全部回采。2通过研究开采后受损的防护装置2.1围岩无砂混凝土隧道1983年设计的红旗渠隧道煤柱,开采之后于1991年对红旗渠隧道实地考察未发现有明显的塌落。仅在入口以内70～100m、250～280m、950～970m等三处的墙体及顶部存在2～5条纵横向不规则裂缝,其它区段有三处岩性为泥岩的顶板(未发碹)有垮落(高0.12～0.5m×长0.7～1.1m×宽0.8m),整个隧道基本稳定未影响隧道流水。2.2地表裂缝调查为韩城电厂主要地面建筑设施之一,1985年曾对该设施进行了多次定期调查,其周围20m范围未见有明显的地表裂缝,对设施使用未构成威胁,但在距该设施以东30m外的山坡上(基岩)见有北北东向采动裂缝(长30～50m、宽0.02～0.06m)4条。2.3地面地面绞车房设计结果该煤柱设计时,3号煤已回采完,5号煤仅回采了2501、2502工作面。开采时按照设计留足了煤柱,但开采2503工作面时,对角煤柱进行了重新设计,回采时进行了开采。之后对地面绞车房进行勘察,未见有任何方向的裂缝。另外新井主平峒西端车场角煤柱,在2320工作面开采后对其进行了观察,新井主平峒及其相关井巷也未有任何方向的裂缝。2.4住宅及学校墙体地表裂缝情况该村庄位于井田北一采区煤层隐伏露头线之上,黄土复盖层厚度50～70m,西侧下方为矿2309采面,初采约推进50m左右,该村反映村庄、道路、学校等建筑设施有不同程度的裂缝,经认真调查,发现有8户村民住宅及学校墙体地表存在0.01～0.08m的不规则裂缝,方向为北东向北西向和东西向。该面回采期间,对该村庄进行了微、宏观观测。开采完后10个月观察,地面村庄各处未见有老裂缝发展及新裂缝的产生,对该村庄未构成明显影响。2.52全站仪观测资料根据矿山对受护体技术安全的要求,对2320工作面切眼南部地段的红旗渠及其隧道进行了简易岩移观测,沿工作面走向线共计布置18个观测点,其中3个控制点,1～15为沉降观测点。点间距25～40m,观测线长420m。该工作面走向长340m、宽170m、采高1.8～2.3m、工作面标高+237+250m;地面标高+470～+490m,复盖层厚度240m左右,采面平均月推进30～60m。采用全站仪控制定位,水准仪观测,共计观测5次。工作面推进30m初采初放结束,经水准仪观测地面未见明显沉降。2001年2月观测资料表明,地表出现轻微裂缝及沉降,其中5～8号观测点沉降值最大,下沉150m。至2001年5月28日工作面(开采结束)在5～8号测点下降值最大为0.93m达采高的1/2,水平移动最大的4～15号点,位移0.2～0.38m。红旗渠隧道上方区域的1～4号观测点也是这次重点观测范围。依照岩移运动规律可知,该区地表移动范围较小,沉降值亦偏小。主要是工作面走向较短,四周均为实体煤层或煤柱,为一个较独立的岩移移动区域,与北端2315已采工作面未形成塌陷盆地。加之2320西工作面开采范围较小,存在不充分采动的问题。另外,在红旗渠隧道上方地势平缓,黄土复盖较薄(5～20m),因而对红旗渠、渡槽及其隧道未见有影响。留设该隧道煤柱时,我们认为属单翼方向开采,取围护带10m,不涉及黄土问题,走向移动角选75°。从观测情况看对该区域红旗渠隧道及渡槽没有影响。经计算实际移动角74°36′。同时对大井主平峒西段车场角煤柱也做了技术处理,因而使整个工作面走向开采长度增加了36m。3关于煤炭走廊的维护和经济影响3.1角煤柱的重新设计及对电厂建筑设施的影响边界角煤柱的重新留设设计:根据受护边界出现边角为直角或锐角时局部角煤柱过大的现象,在参照有关岩移观测资料及论证的基础上,将大井绞车房、主平峒南段车场等井巷建筑设施的角煤柱重新进行了设计,即建筑物边角均按岩移观测资料参数进行计算,消除了角煤柱过大的问题。电厂建筑设施煤柱留设问题:电厂建筑设施所处位置特殊,在回采后引起象山西坡山体地表沉陷和岩移移动,影响较大,由于该区域山体山势较陡并具有临空空间,电厂正好处在象山西端群山体临空脚下,在工作面上方岩体沉降下滑形成盆地的同时,盆地边缘的地层则处于受压状态而沿地层倾斜方向向山脚空间蠕滑(层间滑动),这是导致电厂滑坡问题的根源所在。其结果是煤柱留设未能考虑到层间滑动问题,显见煤柱尺寸不足,启示深刻。3.2增加煤柱数量,降低生产成本。据测算,直接利用其开采的煤炭通过煤柱留设与效果考察,