1、.PAGE ：.；PAGE 4煤礦開采沉陷有效控制新途徑的討論 戈海賓 李德海 趙洪寶 河南理工大學(xué)資源與資料工程學(xué)院 河南焦作 454003摘要 開采沉陷是呵斥礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)災(zāi)禍的直接根源，有效控制和減輕地面沉陷程度是減輕或防止開采沉陷環(huán)境災(zāi)禍的根本之路。針對這一問題，分析了充填開采，條帶開采，覆巖離層注漿巖層控制技術(shù)和“采注采三步法開采的優(yōu)缺陷，在此根底上提出了“條帶開采注漿充填固結(jié)采空區(qū)跳采剩余條帶的新三步法開采沉陷控制的新思緒，并比較其優(yōu)缺陷。初步分析闡明，采用新三步法可以更好實(shí)現(xiàn)對巖層挪動和地表沉陷的有效控制，地表下沉系數(shù)可控制在0.20以內(nèi)，煤炭采出率可到達(dá)7080，可大幅度減輕對環(huán)

2、境的破壞。關(guān)鍵詞 開采沉陷 沉陷控制 地表挪動Research of A New Method for Ground Subsidence Control in Coal Mining GE Hai-bin, LI De-hai ( Institute of Resource and Material, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454003, China)Abstract Mining subsidence is a direct source of environmental geological disaster in coal mine

3、To control or lighten the degree of mining subsidence is the basic way of reducing or avoiding the environmental disaster caused by underground miningAdvantages and disadvantages of mining with stowing, grouting in bed-separation of overburden ,mining in strips for ground subsidence control and “min

4、ing-stowing-mining are analyzedA new method for ground subsidence control of new 3-step mining, stripping mining-goaf grouting, and filling-strip pillar discontinuously mining is advancedThe feasibility studies of the method were carried outThe result shows that the mining subsidence can be controll

5、ed effectively using the new 3-step miningThe final ground subsidence factor can be controlled in 0.25The coal recovery will be 70%80%It can greatly decrease the destruction to the environmentKey words mining subsidence；subsidence control；ground movement開采沉陷對環(huán)境的危害資源的大規(guī)模開發(fā)和利用，帶來宏大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的同時也給礦山周圍環(huán)

6、境帶來了嚴(yán)重的破壞，制約了礦區(qū)經(jīng)濟(jì)的開展。開采沉陷對環(huán)境的影響突出地表如今：地表耕地遭到破壞；平原地域大片地表挪動盆地積水；干旱山區(qū)地表水系遭到破壞；受采動的山地產(chǎn)生滑坡，危及工業(yè)及民用建筑物和生活消費(fèi)設(shè)備的平安1；道路塌陷、裂痕、房屋變形破壞等。據(jù)調(diào)查測算，井下開采每萬噸原煤呵斥的土地塌陷在0.58畝之間，平均為23畝。按我國原煤產(chǎn)量推算，每年僅采煤行業(yè)導(dǎo)致的土地塌陷即達(dá)40萬畝。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國因采礦業(yè)呵斥的地面塌陷面積已達(dá)500600萬畝，其中耕地為130萬畝，這對于土地資源本來就非常緊缺的我國無異于雪上加霜2。 有效的控制地表沉陷是處理開采沉陷對環(huán)境破壞的根本之路。地表沉陷控制途徑及

7、存在的問題 目前控制地表沉陷的途徑有充填開采、條帶開采、覆巖離層注漿充填、“采注采三步法開采等。 充填開采是煤層開采后用水砂或風(fēng)力充填任務(wù)面后方采空區(qū)，其地表沉陷控制效果取決于采空區(qū)的充填程度，地表下沉系數(shù)普通為0.020.6；但由于充填本錢高，限制其在煤礦開采中的運(yùn)用。 條帶開采是將被開采的煤層劃分成比較正規(guī)的條帶外形，采一條，留一條，使留下的條帶煤柱足以支撐上覆巖層的分量，而地表只產(chǎn)生較小的挪動和變形。由于我國礦區(qū)村莊密集，搬遷費(fèi)用大，為處理村莊下壓煤，條帶開采作為一種減少地表沉降的特殊采煤法，近幾年來在建筑物下、鐵路下壓煤開采中得到了廣泛運(yùn)用。正規(guī)條帶開采引起的地表挪動與變形值是很小的。

8、普通而言，冒落條帶開采的下沉系數(shù)約0.10.2，大體上相當(dāng)于長壁冒采的1614。由于條帶開采引起的地表下沉值小，地表挪動和變形值也小。條帶開采控制地表沉陷最大的缺陷是煤炭永久損失率高，煤炭采出率低，在很大程度上制約了其在控制地表沉陷中的大規(guī)模運(yùn)用。 “采注采三步法開采，即“小條帶開采注漿充填采空區(qū)剩余條帶開采，是吸收條帶開采和充填開采巖層挪動和地表沉陷控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，充分利用覆巖構(gòu)造對巖層挪動的控制，布置條帶式任務(wù)面騰躍式開采，注漿充填和加固采空區(qū)破裂巖體恢復(fù)承載才干，運(yùn)用載荷置換原理，實(shí)現(xiàn)對上覆巖層的控制的開采新方法。 第一步，開采窄條帶任務(wù)面，留煤柱控制覆巖挪動。 第二步，注漿充填與固結(jié)窄

9、條帶采空區(qū)夸落、斷裂帶破裂巖體。 第三步，開采剩余的寬條帶煤柱。在寬條帶開采時，兩側(cè)各留寬5m左右的小條形煤柱，利用復(fù)合固結(jié)體巖體條帶支撐上覆巖層，構(gòu)成以小煤柱包裹的復(fù)合固結(jié)巖體條帶支撐、老頂砌體梁和上部完好巖層為主要構(gòu)造的覆巖挪動與穩(wěn)定體系。 此三步法初步估計(jì)最終的任務(wù)面面積采出率可到達(dá)8090，接近常規(guī)的大面積長壁任務(wù)面的采出率，和其它控制地表沉陷的開采方法相比，煤炭采出率大幅度提高。 首先分析“采注采三步法開采圍巖應(yīng)力的變化，第一個采出并充填窄條帶上應(yīng)力普遍較小，在充填窄條帶的兩側(cè)煤柱上應(yīng)力分布服從通常的支撐壓力分布；開采間隔窄條帶并充填，不僅引起相鄰煤柱上應(yīng)力增大，而且還會引起間隔充填

10、窄條帶上的應(yīng)力進(jìn)一步增大；先期采出并充填的窄條帶兩側(cè)分別采出并不充填的寬條帶，將會引起充填條帶上的應(yīng)力顯著增大，每采出一次，充填條帶上的應(yīng)力增大一次；在充填窄條帶和開采不充填寬條帶間留間隔小煤柱，將在小煤柱上方構(gòu)成很高的應(yīng)力集中。 由“采注采三步法開采圍巖應(yīng)力分析可以看出，此三步法在大幅度提高煤炭采出率的同時，利用小煤柱包裹的復(fù)合固結(jié)巖體條帶來支撐上覆巖層，在復(fù)合固結(jié)體上構(gòu)成很高的應(yīng)力集中，雖然目前充填工藝和充填資料曾經(jīng)逐漸成熟，但對于充填體在高應(yīng)力下的力學(xué)特性及其支撐才干的研討還不是很成熟，因此小煤柱包裹的復(fù)合固結(jié)巖體窄條帶在開采后的穩(wěn)定性及其承載才干有待進(jìn)一步研討?！安勺⑻扇椒ㄔ?“

11、采注跳采三步法是在“采注采三步法的根底上提出的，其根本內(nèi)涵是將開采區(qū)布置成類似于條帶式的寬、窄條帶相間的任務(wù)面。窄條帶任務(wù)面寬度控制在上覆基巖厚度的1/41/6左右，并控制面積采出率不超越35；寬條帶任務(wù)面寬度控制在基巖厚度的1/31/5左右。 第一步，開采窄條帶任務(wù)面，留煤柱控制覆巖挪動，采后覆巖破壞構(gòu)成自然平衡拱式平衡體系，地表沉陷與變形微乎其微。 第二步，注漿充填與固結(jié)窄條帶采空區(qū)夸落、斷裂帶破裂巖體。注漿資料可選用本錢較低的粉煤灰高水資料或砂高水資料復(fù)合漿液，將采空區(qū)及其上覆破裂巖體固結(jié)為一個整體構(gòu)成復(fù)合固結(jié)體，恢復(fù)承載才干。 第三步，間隔開采剩余寬條帶煤柱。為了更有效的控制地表沉陷，

12、開采剩余寬條帶煤柱時，采兩條寬條帶煤柱留一條寬條帶煤柱，并在已充填窄條帶的兩側(cè)各留5m左右的小煤柱，構(gòu)成以注漿固結(jié)窄條帶包裹寬煤柱的復(fù)合固結(jié)巖體條帶支撐、小煤柱包裹的復(fù)合固結(jié)巖體條帶支撐、老頂砌體梁和上部完好巖層為主要構(gòu)造的覆巖挪動與穩(wěn)定體系，地表將構(gòu)成類似于條帶開采的大面積平緩下沉形狀，到達(dá)降低地表沉陷量、減小地表變形值的目的。 初步估計(jì)采用這種方法控制地表沉陷，最終可將地表下沉率控制在25以內(nèi)，最終的任務(wù)面面積采出率可達(dá)7080。其開采和覆巖破壞、地表沉陷過程表示圖如圖1所示?！安勺⑻扇椒ǖ膬?yōu)越性條帶開采地表下沉系數(shù)及全采地表下沉系數(shù)之比與采深和采留比的關(guān)系為當(dāng)冒落條帶法開采，2ab且

13、b1/3H時：q條/q全式中：H開采深度，m；b分別為條帶開采時的留寬和采寬，m；q條，q全分別為冒落條采法和冒落全采法的下沉系數(shù)。 當(dāng)充填條帶法開采，2ab時： q條充/q全充式中：q條充，q全充分別為充填條采法和充填全采法的地表下沉系數(shù)。 為了更加直觀比較“采注跳采三步法開采與“采注采三步法開采，取q全0.8，q全充0.3，H=300m，窄條帶寬為1/5h，寬條帶寬為1/3h，h為上覆基巖厚度。其地表下沉系數(shù)和煤炭采出率如表1所示。表1 地表下沉系數(shù)與煤炭采出率比較開采方法下沉系數(shù)煤炭采出率開采窄條帶并充填0.0235左右“采注采三步法0.248090“采注跳采三步法0.067080分析表

14、1數(shù)據(jù)得出，“采注跳采三步法與“采注采三步法相比，在一定程度上降低了煤炭的采出率，但有其優(yōu)越性注漿固結(jié)窄條帶包裹寬煤柱的復(fù)合固結(jié)巖體條帶與小煤柱包裹的復(fù)合固結(jié)巖體條帶共同支撐上覆巖體，可以堅(jiān)持長期穩(wěn)定性，地表下沉系數(shù)明顯減小，有效的控制地表沉陷，對環(huán)境破壞很小，可以保證建筑物損害程度控制在級以內(nèi)，地面環(huán)境破壞的損失和塌陷治理費(fèi)用大大降低，具有很高的社會、環(huán)境效益。注漿固結(jié)窄條帶包裹寬煤柱的復(fù)合固結(jié)巖體條帶兩側(cè)無需留窄小煤柱，有時為了減輕注漿、冒矸對煤炭質(zhì)量的影響，可以留1-2m的煤柱。結(jié)論開采沉陷是呵斥礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)災(zāi)禍的直接根源，有效控制和減輕地面沉陷程度是防止開采沉陷環(huán)境災(zāi)禍的根本途徑。運(yùn)用荷載置換原理，在“采注采三步法開采的根底上提出了“采注跳采三步法開采巖層挪動和地表沉陷控制的新方法。初步分析闡明，新三步法開采地表最大下沉率可控制在20以內(nèi)，對地面建筑物的損害程度可控制在級以內(nèi)，煤炭采出率可達(dá)7080。該方法開采與“采注采三步法開采相比，控制地表沉陷的效果更好，減小環(huán)境破壞，具有很高的研討價值和運(yùn)用前景。參考文獻(xiàn)：1 陳祥恩，李德海，勾攀峰巨厚松散層下開采及地表挪動M中國礦業(yè)大學(xué),2001.92 何國清，楊倫，凌賡娣等 礦山開采沉陷學(xué)M徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，19913 楊倫礦山開采沉陷對環(huán)境的損害比地震嚴(yán)重J科技導(dǎo)報(bào)，2001，9：53554 謝文兵，史振凡，陳曉