减少厚煤层采后地表破损及矿井深部开采技术

柴建平

摘要：厚煤层开采在我国已经有了很悠久的历史，因受科学技术与经济等等条件的限制，厚煤层的在开采后会造成一定的地表破损，影响煤层地质。本文就矿井深部的煤矿开采为基础，通过一些现场经验，提出如何减少厚煤层开采后产生的地表沉降与地面积水疏排，有效解决厚煤层开采问题与矿井深部开采技术问题，为后期其他煤矿开采提供建议。

关键词：厚煤层；地表破损；声部矿井开采技术；地表沉降

近几年，我国在煤矿资源开采的技术上也有了一定的提升，通常煤炭资源都是从浅层开始开采，而随着煤矿资源的采出，开采煤层逐渐转向煤层深度较大的煤层。因此，随着开采规模的增大，机械水平与开采技术也需要不断发生改变与提升。就全球的煤矿生产来看，深部开采仍然是现在面临的主要难题。我国东部地区因经济发达，对煤矿资源的需求量较大，因此，矿井延伸的深度就越强，很多煤矿企业的开采已经转向了矿井的深部开采了，最深的矿井已经达到了千米单位的深度，且这些矿井还以每年5-10m的速度在增长。就当前的形式来看，解决深部煤层开采造成的矿压控制问题与冲击矿压等问题，已经成为当前矿业的主要研究方向。

一、针对高潜水位的不迁村厚煤层采煤

对于高潜水位的煤层开采，想要实现不用迁移村庄、减少良田毁坏的目标，关键就是要在开采后达到地表沉降小的目的，一般通过走向长壁全部垮落开采的下沉系数为0.8-0.6范围内，如果开采深度为7m的煤层，一般造成的地表最大沉降为5m。伴随着矿井深部开采技术的提高，对于减小地表沉降可以采用较少煤炭回收条带式开采的方式，使得煤炭资源大量丢失，或者通过充填采空区等方式来减少的沉降至少可以降低到0.3以下。但就这两种方式来说你，煤炭成本加大，且回填物需要更多，因此实施起来效率不高。

一般，煤层上覆岩都是有岩性软硬不同的岩石组成的，为减缓地面沉降的速度，可以采用对离层空间进行连续注浆的方式，使得含有较大压力的注浆液支托上层岩体缓慢下沉，达到减缓沉降的目的。其次，由于注浆之后，地表下沉量会减少，特别容易形成积水，所以应适当进行地表积水疏排工作，通过在最低点建立排水站的方式，以便雨季排水，既解放了土地，又保证村庄的利益。上述的方法，已经能够有效达到减少地表损坏，降低房屋破损，不需要迁移村庄的目的。对于一般建筑物来说，主要会受到拉伸以及压缩两种变形带来的受力，当村庄在煤矿开采区域中，且首先开始开采村庄周围区域时，村庄首先受到的是拉伸力的影响，很可能造成较大的破坏，产生的裂隙也比较大，而继续开采剩下的区域，村庄区域内则会受到压缩的影响，导致裂缝又有一定程度的缩小。因此，可以通过先开采村庄下的区域，由此形成一个压缩区域，再开采周围区域的方式，有效减少二次拉伸破坏，大大降低村庄损坏。

二、当前矿井深部开采存在的难点与解决措施

1、防治开采中产生的冲击矿压。

1.1 造成冲击矿压的原因。

前面提到，煤层本身与顶底板岩石都具有严重的冲击性，这就是产生冲击矿压的主要内部因素。当深度煤层开采深度在650m以下时，原岩层的应力比较大，很容易造成煤层失稳的情况，尤其在应力比较集中的地方，煤层更容易受到破坏，造成冲击矿压。通常冲击矿压的突发点是高应力区域以及压力低层区，比如断层、向斜轴附近以及煤柱边沿附近等等，对于水力采煤与条带式开采过程中所留煤柱而形成的高应力区域，开采面留有护巷煤柱与丢失的煤柱等区域都是很容易造成冲击矿压的区域。其次，对于煤层老顶或者是直接顶是比较坚硬的岩石、砂石的，由于工作面的矿压显现较为明显，当顶板初次来压或者周期来压、亦或者遇到采掘工作面的集中放炮时，势必会造成冲击矿压发生。

1.2 冲击矿压的防治措施。

对于具有冲击性的煤层开采时，通常采用的防治措施包括开采解放层，合理的布置巷道、煤层以及顶板注水等方式。一旦发现危险区域，可以通过解危措施，进行煤层松动爆破、卸载注水、钻孔或者卸载巷道等方式来解决。要达到消除高应力区域的形成，首先就应该通过地应力的测定与地质动力区划，判断异常区域的高应力集中于冲击矿压走向。其次，为环节冲击矿压的强度，可以采用顶板注水的方式来做好有效的防治措施。有一些实践经验得出，一方面，顶板注水不仅可以减小岩层的弯曲度，更能降低弯曲能量指数，从而达到降低冲击程度的目的。另一方面，顶板注水方式可以将中等冲击转化为无冲击的倾向，在顶板注水后，顶板压裂分层因此很容易冒落，造成工作面前方的支撑压力变小，从而达到减轻煤壁向外的冲击压力。

2、对于井巷的保护措施。

对于矿井深部的开采技术进行研究，可以观测到一般煤层巷道与软岩的闭合速度在0.7-1.2mm/d范围内，而闭合量在600-900mm左右。当矿井深度达到800m时，原岩应力大概在25MPa左右，就会出现软岩与煤层失稳的情况，巷道布置也会出现严重的变形，而在坚硬的岩石中的巷道布置，状态仍然维持得较好。针对这样的状态而言，从经济方面来讲，要实现少丢煤柱，提高回收率，且要保持良好的巷道环境满足生产要求的目的，可以通过两种方式解决。第一，对于矿井的深部开采主要的井巷应布置在坚硬岩石中，采取锚网喷支护的方式可以达到良好的效果。第二，如果缺乏坚硬岩层设置井巷条件的，可以通过在巷道上方煤层中布置工作面，首先进行开采施工的方式，使得巷道处在一个降压环境内，再对周围的煤层进行开采，这样一来，巷道只是在初期受到了较小的影响，受破坏量也就大大减小，使得巷道能较好的保持稳定状态。

结语：综上所述，对于矿井深部的煤矿开采而言，除开需要解决严重的支护与地表损坏问题外，还需要不断探索全新的方式，实现最大限度的利用煤矿资源，减少生态影响，保护环境的目标，真正实现经济性。

参考文献：

[1]李嗣钧. 减少厚煤层采后地表破损及矿井深部开采技术[J]. 煤矿开采，2001，02：25-28.

[2]张农，李希勇，郑西贵，薛飞. 深部煤炭资源开采现状与技术挑战[A]. 中国煤炭工业协会.全国煤矿千米深井开采技术[C].中国煤炭工业协会：，2013：22.

[3]张和生. 山区地下开采引起地表变形对长输气管线的影响研究[D].太原理工大学，2013.

[4]陈勇. 开滦矿区深部开采地表移动规律的研究[D].河南理工大学，2010.endprint