浅议地下煤层开采技术

1、浅议地下煤层开采技术    关键词:地下煤层;开采技术;主采煤层;采区巷道;回采工艺;开拓方式一般来讲,不论是整个井田,还是阶段内、采空区内,对同一煤层,都应首先考虑使用下行开采顺序。井下采煤的顺序,对于倾角10°以上的煤层一般分水平开采,每一水平又分为若干采区,先在第一水平依次开采各采区煤层,采完后再转移至下一水平。如有两层或两层以上煤层,先采第一水平最上面煤层,再自上而下采另外煤层,采完后向第二水平转移。 一、影响煤层稳定性的因素 (一)顶板的分层层数 当顶板悬空时,沿层面易出现离层,进而发生顶板冒落。岩层层数越多,其顶板的整体性就越差,因

2、此容易发生冒落。煤层顶板稳定性主要取决于靠近煤层之上3m以内顶板岩层的稳定性,而不是整个顶板岩层。 (二)直接顶的厚度 生产实践表明,砂岩顶板比粉砂岩顶板稳定,粉砂岩顶板比泥质岩顶板稳定。同一岩性的顶板厚度越大,稳定性越好。顶板的厚度还影响着小断层的发育程度,而小断层的发育在很大程度上影响着顶板的坚固性和整体性。 (三)页板岩层中砂岩的含量 煤层顶板的岩石类型基本分为两种:一种是软质岩石,包括泥岩、砂质泥岩和粉砂岩;另一种是硬质岩石,包括各类砂岩。顶板岩石的采动和稳定性能与这两种岩石的组合和相对比率有很大的关系。砂岩比率相对较高的顶板组合,其稳定性能相对较好;反之,稳定性就较差。 (四)主采煤

3、层与薄煤层的间距 主采煤层之上的薄煤层或煤线往往是顶板的软弱面。据分析,当薄煤层与主采煤层相距1.83m时,由于顶板锚杠不能穿透其上薄煤层,锚杠起不到固定顶板的作用,薄煤层以上的岩层呈悬空状态,这时极易发生冒顶事故。当主采煤层开采后,其上的薄煤层(或煤层)构成直接顶与老顶间的软弱而,连接力极差,造成薄煤层以下的岩体塌落,酿成冒顶事故。因此主采煤层和薄煤层的间距与煤层顶板稳定性成反比。 二、煤层开采技术 在发展现代采煤工艺的同时,继续发展多层次、多样化的采煤工艺,建立具有中国特色的采煤工艺理论。 (一)开拓方式 对于倾斜、急倾斜煤层,且分布在山峦起伏的山区,地表坡降大,沟谷发育,可利用作矿井地面

4、工业广场的地表空间较为有限。因此,其矿井的开拓应选用以下方式较为适宜: 1.平峒。 2.平峒-暗斜井。 3.斜井。 在选择开拓方式时,应首先考虑其井田所在范围内可利用矿井地面工业广场的地表空间。在其条件许可下,优先选择平峒开拓方式。根据开采水平的划分,分别布置平峒。平峒位置应选择使平峒尽可能短揭露煤层的位置。在可利用作矿井地面工业广场的地表空间条件受到限制时,则考虑采用平峒暗斜井或斜井的开拓方式。这两种开拓方式的选择,主要参照因素是井田范围内煤层地质条件的复杂程度。煤层地质条件复杂程度较高的,可考虑采用平峒-暗斜井的开拓方式。此开拓方式即可实现初期投资少,投产高,见效快,又可充分利用平峒揭露煤

5、层地质情况,掌握更加丰富的井田范围内的煤层地质资料,有利于下水平暗斜井延深选择正确的位置。煤层地质条件复杂程度较低,含煤地层相对较稳定的,则可采用斜井开拓方式。该开拓方式虽然初期投资较多,但总投资少,且有利于集中生产。 (二)回采工艺 由于不稳定煤层具有地质构造多、煤层厚度变化大的特征,造成回采工作面空间条件变化频繁,难以满足采煤机的运行,而炮采对回采工作面的空间条件要求不苛刻,且机动灵活性高,因此,选择炮采工艺是比较合理的。 根据不同的煤层赋存情况,可以选择以下炮采工作面的布置方法: 1.短壁法:在煤厚相对较稳定,地质构造较少的煤层中,可采用短壁式布置回采工作面,壁长以60m左右为宜,在工作

6、面上部布置回风巷,下部布置运输巷,工作面沿垂直运输巷方向推进。 2.中深孔爆破法:在煤层倾角较大,顶底板相对较为稳定,顶板为不易垮落、缓慢下沉,底板为较光滑的煤层或是“鸡窝”状的煤包中,采用中深孔爆破法。在设定的开采区段内,上部布置回风巷,下部布置运输巷,沿倾斜方向和伪倾斜方向在煤层中掘联络眼,将煤层分割成菱形。平行于倾向方向的两菱边间距以矿井拥有的技术能力所能达到中深孔爆破最佳效果的深度为宜,一般取20m左右,平行于倾向方向的菱边长宜取25m左右。开采顺序为从下至上将分割成菱形状的煤层逐个回采。整个工作面沿垂直于运输巷推进。 3.斜坡法:在急倾斜煤层中,在工作面上部布置回风巷,下部布置运输巷

7、,沿煤层边界向煤层走向反方向在煤层中伪斜掘主斜坡与上部回风巷沟通,在主斜坡上向煤层走向方向分别掘若干个分斜坡,分斜坡与前一个主斜坡沟通,将开采区段内的煤层分割成若干个块段,从上至下将分割的各个块段煤层逐个回采。整个工作面沿垂直于运输巷后退式推进。 上述几种回采方法的回采巷道(切眼、联络眼、主斜坡、W发斜坡)的布置应尽可能利用煤厚变化界限、地质构造边沿等煤层地质条件,将不连续可采的煤体分割成厚度、倾角相对稳定和比较连续的块段,然后针对具体条件选择相应的采煤方法。        由于煤层的不稳定性,因此,应根据煤层具体

8、的赋存条件选择其相适应的采煤方法。即使在同一个回采工作面也不要简单地选择某一采煤方法,而往往多种采煤方法的组合才是最佳的。 (三)采区巷道布置 根据煤层薄、层数多,且层间距小的特点,矿井的采区布置应选择多煤层联合布置较为适宜。在多煤层中,选择位于其最底部的煤层的底板布置采区上山。上山的位置应尽量布置在平行于煤层倾向向、背斜构造的轴部。开采水平垂深一般以10mm左右为宜,采区走向长度应尽量利用地层的倾向断层作为采区的边界,一般以单翼走向长度500m左右为宜,开采区段垂高以30m左右为为宜,开采区段的运输巷应尽量布置地层走向向、背斜构造的轴部。对于煤层层间距在10m左右的煤层,采区区段运输巷可采用

9、联合布置的方式,沿相对底层的煤层掘运输巷,然后利用掘反眼顺槽的方法沟通上一层煤层,采用上煤层超前下煤层20m的两煤层同时回采的方法进行回采。 除了采区区段运输巷采用沿煤层掘进外,其它采区巷道的位置尽可能选择在地质资料中提供的地段构造中,使得所掘的巷道即可服务采区生产,又可作为探巷,为摸清矿井的煤层地质情况提供更加丰富详实的原始资料,以便于更加科学合理地选择开采技术。 三、生产中遇到的工程地质问题及解决方法 (一)复合顶板的控制问题 复合顶板又称离层型顶板,由下软上硬岩层组成,下部软岩层易于上部硬岩层离层。潘集地区的13-1煤层多为复合顶板,夹有软岩薄层,因此,直接顶难以支托住,顶板容易冒落,严

10、重影响生产与煤质。通过多年的实践,对复合顶板的冒落规律及管理取得了许多经验,已能较好地控制复合顶板。 (二)顶板砂岩体相变问题 煤层顶板砂岩是网状、数枝状、掌状河流沉积环境,砂岩分布与厚度变化大,常常相变为砂质泥岩或泥岩。煤矿开采表明,顶板异常冒落往往发生在砂岩体相变的部位。近几年来研究应用三维地震反演技术,解释煤层顶板砂岩体的分布范围,研究岩相变化与开采矿压显示的关系,进行有效的顶板控制与管理已取得初步的成果。 参考文献 1陈贵先.中国采煤方法M.徐州:中国矿业大学出版社,1997. 2张先尘.中国采煤学M.北京:煤炭工业出版社,2003. 3钱鸣高,等.采煤工艺学M.徐州:中国矿大出版社,1998. 4韩复生,于海涛,高浩.煤层开采技术浅析J.今日科苑,200