煤矿特殊开采方法

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1、岩层移动：因采矿引起采空区附近及 上履岩石的移动、变形和破坏的现象 其特征取决于地质因素和采矿因素， 其中最主要的是：岩石的结构、力学 性质及含水性；煤层倾角、厚度与煤 深；采煤方法及开采范围大小因素。 煤壁片帮受支撑压力的影响，煤壁附 近的煤体被压碎后脱离煤壁的现象 从煤层直接顶板开始，由下向上依次 垮落、断裂、离层、弯曲，对移动期 间和移动稳定后的上履岩层按其破 坏程度不同，大致划分为垮落带、断 裂带、弯曲带。垮落带：由采矿引起的上履岩层破坏 并向采空区垮落的岩层。 垮落带特点：1）长壁工作面回柱放 顶或移架后，与煤层毗邻的直接顶失 去支撑力破碎成大小不一和形状各 异的岩块，逐层垮落堆积在

2、底板上， 俞是靠近煤层的直接顶岩层，其垮落 后俞是破碎和紊乱。分不规则垮落带 和规则垮落带两部分。2）岩石的碎 胀性使垮落带岩石的体积明显增大， 生产期间，垮落后的直接顶岩层的碎 胀系数一般可达 1.3-1.5。3）垮落带 高度取决于采出厚度、上履岩层的岩 性、碎胀系数和煤层倾角。H=M/（k-l）cosa叱垮落高度，M-煤层采高，k-岩石碎胀系数。a-煤 层倾角。断裂带：垮落带上方的岩层产生断裂 或裂缝，但仍保持其原有层状的岩石 带。曾称为裂隙带。断裂带岩层破坏的特点：1）垮落带 之上的各分层岩层在弯曲下沉过程 中，若承受的拉应力大于其抗拉强 度，厠岩层层面上将出现垂直于层面 的拉伸裂隙 2

3、）各岩层之间产生平行 于层面的离层，离层裂隙的宽度靠下 部分较大，靠上部分较小 3）断裂带 中的岩层分布着大致平行于层面和 垂直与层面的裂陷，这些裂隙相互沟 通，明显地降低了岩体的隔水性能 4） 断裂带随开采空间向上发展，当开采 空间扩展到一定范围后，断裂带高度 达到最大，开采范围继续扩大，断裂 带高度不再发展，并随时间推移，岩 层趋于稳定，断裂带上部裂隙逐步闭 合，其高度也随之降低 5）厚煤层第 一分层以后的开采时断裂带高度上 升，但上升的幅度较初次采动大为减 小。弯曲带：断裂带上界至地表的岩层称 为弯曲带，曾称弯曲下沉带或整体移 动带。弯曲带的特点： 1）带内岩层的自重 作用下产生沿层面法

4、向方向的弯曲， 在水平方向处于双向受压状态，因而 压缩程度较好，一般情况下具有隔水 性，当岩性较好时隔水性能好 2）该 带内的岩层移动过程是连续和有规 律的，并保持整体性和层状结构，不 存在或极少存在离层裂隙 3）该带的 高度主要受采深影响，当采深较大 时，弯曲带的高度可能大大超过垮落 带的高度之和 4）弯曲带上方地表一 般要形成地表下沉盆地，盆地边缘往 往会出现张裂隙约3-5 米，一般小于 10 米。三带的轮廓形状主要与被开采煤层 的倾角有关。影响垮落带与断裂带高度的主要因 素：顶板岩性、煤层倾角、采高及厚 煤层分层次数、采空区范围的大小、 采空区处理方法。 抽冒：指的是在浅部厚煤层、急倾斜

5、 煤层及断层破碎带和基岩分化带附 近采煤或掘巷时，顶板岩层或煤层本 身在较小范围内垮落超过正常高度 的现象。 切冒：指的是当厚煤层极硬岩层下方 采空区达到一定面积后发生直达地 表的岩层一次性突然垮落和地表塌 陷的现象。 地标移动和破坏的主要形式：地表移 动盆地、裂缝、塌陷坑。 充分采动角：在充分采动（或超充分 采动）的条件下，根据移动盆地主断 面上实测下沉曲线，取盆地中心（或 盆地平底边缘）点至采空区边界连线 与煤层在采空区一侧的夹角。边界角：在充分或接近充分采动条件 下，移动盆地主断面上的边界点和采 空区边界点的连线与水平线在煤壁 一侧的夹角。松散层：第四纪、第三纪未成岩的冲 击层、洪积层和

6、残积层的统称。 水体下采煤：在开采煤层上方的地表 水体下或地下水体下采煤称为水体 下采煤。地表水：积聚在江、海、河、湖、水 库、水渠、坑、塘和塌陷区中的水。 隔水层：通常把导水性能很弱的岩层 称为隔水层。煤岩的隔水性能视岩 性、成岩情况和矿物成分而异。 地下水：贮存在地球岩石圈中，积聚 在岩石和松散层空隙中的水统称地 下水。移动角：在充分或接近充分采动条件 下，在移动盆地的主断面上，地表最 外的临界变形点和采空区边界点连 线与水平线在煤壁一侧的夹角。 裂隙角：在充分或接近充分采动条件 下，在移动盆地的主断面上，地表最 外侧的一条裂缝和采空区边界点与 水平线在煤壁一侧的夹角。最大下沉角：非充分和

7、充分采动条件 下，在移动盆地倾向主断面上，采空 区中点和地表最大下沉点在地表水 平线上投影点的连线与水平线在下 山方向的夹角。疏水采煤：疏水采煤的特点是：利用 矿井排水系统，开掘疏水巷道和钻 孔，疏降上部水体，再在水体下方从 事采煤作业。突水系数：底板隔水层承受的水压与 底板隔水层厚度之比，称为突水系 数，单位 Mpa/m.难采煤层：由于特殊赋存条件，若不 采取相应的专门措施，而直接采用常 规开采方法，将难以有效地开采的煤 层。地表移动盆地：开采影响波及到地表 后，受开采影响的地表开始沉降，在 采空区上方地表形成一个比采空区 面积大的沉陷区域，该沉陷区域称为 地表移动盆地，又称地表下沉盆地。

8、开采影响传播角：在移动盆地倾向主 断面上，按拐点偏移距求得的计算开 采边界和地表下沉曲线拐点在地表 水平线上的投影点的连线与水平线 在下山方向的夹角。顶疏结合采煤：在受多种水体或多层 含水层水体威胁的条件下采煤时，对 于远离煤层较近，其间距大于导水断 裂带高度的水体，采用顶水采煤；对 于位于煤层直接顶之上或离煤层距 离较近，其间距在垮落带和导水断裂 带范围内的水体，则采用疏水采煤。 拐点偏移距：过地表下沉曲线拐点在 地表水平线上的投影点，按开采影响 传播角作直线与煤层相交，该交点与 采空区边界沿煤层方向的距离即为 拐点偏移距。对于水平煤层或沿煤层 走向方向剖面，则为水平距离。 概率积分法：整个

9、开采范围对地表的 影响相当于无穷多个单元开采对地 表造成的影响之和。无穷多个单元盆 地的叠加构成总的地表移动盆地，这 个过程的叠加与计算，可以用概率分 布密度函数曲线的积分来完成。 三量：顶地板移近量、活柱下缩量、 支柱载荷 冲击矿压是在高应力状态下发生的， 该状态下积聚有大量弹性能的煤岩 体突然发出破坏、冒落或抛出，是能 量突然释放，并伴有声响、震动和冲 击波也称作煤爆、岩爆或冲击矿压。 冲击地压：井巷或工作面周围煤岩 体，由于弹性变形能的瞬时释放而产 生突然剧烈破坏的动力现象。 冲击地压显现特征：突发性、多样性、 破坏性、复杂性 冲击地压发生的机理和判别准则：强 度理论、能量理论、冲击倾向

10、理论、 组合理论、失稳理论上行式开采顺序：煤层间、厚煤层分 层间及煤组间先采标高低的煤层、分 组或煤组，后采标告高的煤层、分层 或煤组称为上行式开采顺序。反之称 下行式开采顺序。按先采的分层、煤 层或煤组相对于未采的对应部分分： 煤层间上行式开采、分层间上行式开 采和煤组间上行式开采。根据煤层开 采后采空区处理方式分：厚煤层分层 充填上行开采、厚煤层分层恒底式上 行开采和煤层间垮落上行开采。 “三带”判别法：1）基本观点当上 位煤层位于下位煤层开采引起的垮 落带之内时，上位煤层的结构遭到破 坏，下位煤层先采后上位煤层无法开 采；当上位煤层位于下位煤层开采引 起的断裂带之内时，上位煤层的结构 只

11、发生中等程度破坏，下位煤层开采 后，采取一定技术和措施后，上位煤 层可以开采；当上位煤层位于下位煤 层开采引起的断裂带之外时，上位煤 层只产生整体移动，结构不受破坏， 下位煤层开采后，上位煤层可以正常 开采 2）垮落带和断裂带高度的计算。 现场预测冲击地压的方法有三种：钻 屑法为主的岩石力学法、以地音和微 震监测为主的地球物理方法、经验类 比法。 地表移动盆地内移动和变形的主要 指标：下沉、倾斜、曲率、水平移动、 水平变形、扭曲和剪切变形（详见 P19 页） 曲率：地表单位长度内倾斜的变化， 用 K 表示，单位 mm/m2 或 10-3/m 地表移动和变形的预计涉及以下层 次的内容：1）开采影

12、响范围 2）开采影响范围 内地表移动和变形的最大值和出现 的位置 3）主断面内地表移动和变形 值 4 ）开采影响范围内地表任意点的 移动和变形值 5）岩体内任意点的移 动和变形值 6）多煤层开采地表和岩 层内任意点的移动和变形值。我国常用的地表移动和变形预计方 法有：典型曲线法、概率积分法、剖 面函数法。剖面函数法：是用某些函数来表示各 种开采条件下地表下沉盆地主断面 内典型移动和分布情况，这些函数是 典型曲线的解析表示形式，是基于实 测资料凭经验确定的，与典型曲线法 相比，剖面函数便于数学处理和计算 机运算。设计的剖面函数应满足条件：1）函 数的特征值，如最大下沉、倾斜、曲 率、水平移动和水

13、平变形等值所在位 置与实测位置相符 2）在盆地边缘部 分不能收敛太快 3）因充分采动条件 下下沉盆地存在一个最大正曲率和 最小负曲率，剖面函数应有三级导 数，并能等于零。地表下沉速度指标分三阶段：开始阶 段-由移动开始至下沉速度达到 50mm/月；活跃阶段-下沉速度大于 50mm/月；衰退阶段-下沉速度小于 50mm/ 月。建筑物下采煤首要影响因素：地质条 件、开采技术条件。地下开采对地表的影响分两类：一类 移动，包括下沉和水平移动；另一类 是变形，包括倾斜、曲率、水平变形、 剪应变和扭曲。使建筑物产生变形和破坏的主要原 因是：曲率和水平变形 在矿井、水平、采区设计时应划定保 护煤柱的建筑物有

14、：1）矿井无可靠抗地表变形措施的工 业场地建筑物和构筑物，以及远离工 业场地的矿井主要通风机及其分道 等设施 2）国务院明令保护的文物、 纪念性建（构）筑物 3）目前条件下 采用不搬迁或就地重建等方式进行 采煤在技术上不可能或经济上不合 理，而搬迁又无法实现或在经济上严 重不合理的建筑物或构筑物 4）煤层 开采后，重要建筑物或构筑物所在地 表可能产生抽冒、切冒、滑坡等形式 的塌陷漏斗坑、突然下沉或滑动崩 塌，造成对重要建筑物地基严重破坏 的 5 ）建（构）筑物所在地表下面潜 水位较高，采后因地表下沉导致建筑 物及其附近积水，又不能自流排泄或 采用人工排泄方法经济上不合理 6） 重要河（湖、海）

15、堤、库（河）坝、 船闸、泄洪闸、泄水隧道和水电站等 大型水工建筑工程。7）高速公路、 机场跑道。 保护煤柱设计原理：围护带宽度和移 动角 增加围护带宽度的目的：抵消留设保 护煤柱时移动角的误差引起的煤柱 尺寸不足；抵消井上下位置关系确定 不准确而造成保护煤柱尺寸和位置 的误差。 垂直剖面设计保护煤柱法：是作图的 方法，作沿煤层走向和倾向的剖面， 在剖面图上由移动角确定煤柱宽度， 并投影到平面图上，得到保护煤柱边 界。作图前所需资料：松散层和基岩 移动角；煤层底板等高线图；井田地 质剖面图；井上下对照图。 垂直法设计保护煤柱：作保护面积边 界线所有角点处的垂线，并计算各垂 线的长度，过各垂线的端

16、点划直线， 由所划直线的交点确定保护煤柱边 界，这种计算每一条保护面积边界线 垂线长度的方法称垂线法。 规程规定：符合下列条件之一者，建 （构）筑物压煤允许开采：1）预计 的地表变形小于建（构）筑物允许地 表变形值 2）预计地表变形值超过建 （构）筑物允许地表变形值，但经就 地维修能够实现安全采煤 3）预计地 表变形值超过建（构）筑物允许地表 变形值，但经采取本矿区已有成功经 验的开采技术措施和建（构）筑物加 固保护措施后，能满足安全正常使用 要求。 协调开采：当数个煤层或厚煤层数个 分层同时开采时，控制各煤层或各分 层工作面之间错距，使地表拉伸变形 与压缩变形相互抵消，已达到减小地 表水平变形的目的。 试述在建筑物及村庄下采煤时应采 取的开采技术措施：1、减少地表最 大下沉值：充分开采；部分开采；分 层开采。2、消除和减少开采影响的 叠加：完全开采；顺序开采；合理地 布置各煤层或各分层的开采边界；正 确地安排工作面的推进方向。3、协 调开采：当数个煤层或厚煤层数个分 层