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1、煤矿特殊开采方法煤矿特殊开采方法电子教案电子教案采矿系采矿系20032003年年1111月月煤矿特殊开采方法特殊开采方法目录特殊开采方法目录序论序论第一章第一章开采引起的岩层与地表移动开采引起的岩层与地表移动第二章第二章建筑物下采煤建筑物下采煤第三章第三章铁路下采煤铁路下采煤第四章第四章水体下采煤水体下采煤第五第五章章承压含水层上采煤承压含水层上采煤第六章第六章上行式开采顺序采煤上行式开采顺序采煤第七章第七章难采煤层开采难采煤层开采煤矿特殊开采方法特殊开采方法目录特殊开采方法目录第八章第八章深矿井开采深矿井开采第九章第九章水力采煤水力采煤第十章第十章煤与煤层气共采煤与煤层气共采煤矿特殊开采方法
2、特殊开采方法序论特殊开采方法序论为为采采矿矿系系地地下下采采煤煤专专业业高高年年级级学学生生开开设设的的一一门门专业课。专业课。一、开设特殊开采方法目的：一、开设特殊开采方法目的：为采矿工程毕业设计做为采矿工程毕业设计做准备准备让学生开阔煤矿开采的让学生开阔煤矿开采的视野视野培养学生适应不同条件下的采矿工作培养学生适应不同条件下的采矿工作能力能力煤矿特殊开采方法采矿工程毕业设计采矿工程毕业设计一般部分：煤矿新井初步设计一般部分：煤矿新井初步设计专题部分：论文专题部分：论文工业场地煤柱留设、开采上限工业场地煤柱留设、开采上限煤矿特殊开采方法煤矿开采的三性煤矿开采的三性认识煤矿开采的的特殊性、艰巨
3、性和困难认识煤矿开采的的特殊性、艰巨性和困难性；性；煤矿特殊开采方法二、特殊开采方法内涵：二、特殊开采方法内涵：q特殊困难条件下开采；特殊困难条件下开采；q采用特殊工艺方式开采采用特殊工艺方式开采集合集合SSAAA长壁长壁+垮落垮落+下行下行+综采综采普采普采炮采炮采AAAA煤矿特殊开采方法A 特殊困难条件下的开采特殊困难条件下的开采v三下一上（三下一上（建筑物下、铁路下、水体下建筑物下、铁路下、水体下和承压水上）和承压水上）v有冲击地压危险的煤层有冲击地压危险的煤层v有煤与瓦斯突出危险的煤层有煤与瓦斯突出危险的煤层v三软煤层三软煤层v深部深部v边角煤边角煤v极薄煤层极薄煤层煤矿特殊开采方法A
4、采用特殊开采工艺方式采用特殊开采工艺方式短壁短壁开采开采充填充填采煤采煤上行上行开采开采水力水力采煤采煤煤与煤层气共采煤与煤层气共采煤的地下气化煤的地下气化煤矿特殊开采方法房柱式采煤房柱式采煤煤矿特殊开采方法充填采煤充填采煤煤矿特殊开采方法上行开采上行开采煤矿特殊开采方法水水力力采采煤煤煤矿特殊开采方法特殊开采方法主要研究的内容特殊开采方法主要研究的内容A A特殊和困难条件下对开采造成的影响特殊和困难条件下对开采造成的影响保证安全生产和合理生产应采取的措施保证安全生产和合理生产应采取的措施特殊工艺方式的特点和特色。特殊工艺方式的特点和特色。煤矿特殊开采方法三、我国三下一上压煤的基本三、我国三下
5、一上压煤的基本情况和例子情况和例子三下一上压煤量（亿三下一上压煤量（亿t）（%）建筑物下建筑物下87.663.6水体下水体下2014.5铁路下铁路下1913.8承压水上承压水上118.1137.6煤矿特殊开采方法村村庄庄压压下下压压煤煤量量占占建建筑筑物物下下压压煤煤量的量的55%，占矿井储量的，占矿井储量的10 30%，解解放放一一半半可可供供66个个年年产产100万万t的的大型矿井开采大型矿井开采100年；年；我我国国已已从从三三下下采采出出7亿亿t左左右右，约约占压煤的占压煤的5%；从从1978年年以以来来，每每年年从从三三下下采采出出3000万万t煤矿特殊开采方法例子例子1徐州地方煤炭
6、公司（天龙集团）沛城煤徐州地方煤炭公司（天龙集团）沛城煤徐州西北徐州西北62km1972年建矿，年建矿，1981年投产；年投产；1980年统计年统计可采储量可采储量1520万万t城下压煤城下压煤700万万t影响地面建筑面积，影响地面建筑面积，49万平方米；万平方米；1981年江苏省人民政府决定沛城搬迁，年江苏省人民政府决定沛城搬迁，征征地地1500亩亩，预预计计搬搬迁迁时时间间20年年，搬搬迁迁费费用用2亿元亿元。煤矿特殊开采方法例子例子2徐州矿业集团公司徐州矿业集团公司1995年统计：年统计：工业储量工业储量13.37亿亿t；三下压煤三下压煤5.11亿亿t；储量的特点：两多、储量的特点：两多
7、、两少、两少、一快。一快。薄煤层多，薄煤层多，三下压煤多三下压煤多后备资源少后备资源少，生产水平储量少生产水平储量少，2.48亿亿t（分布在深部），分布在深部），2.44亿亿t动用储量快，动用储量快，每年动用储量每年动用储量2000万万t以上以上煤矿特殊开采方法四、地下开采与地表塌陷四、地下开采与地表塌陷垮垮落落法法管管理理顶顶板板地地表表形形成成大大面面积积塌塌陷陷区区地地表表塌塌陷陷面面积积：煤煤层层开开采采面面积积的的1.2倍倍左左右。右。至至1996年，全国有年，全国有40万公顷万公顷土地塌陷；土地塌陷；每采每采1万吨煤要塌陷万吨煤要塌陷0.2公顷公顷土地土地塌陷面积平均塌陷面积平均每
8、年增加每年增加2万公顷万公顷复垦率为复垦率为22%煤矿特殊开采方法五、主要参考书五、主要参考书徐徐永永圻圻等等中中国国采采煤煤方方法法图图集集，煤煤炭炭工业出版社工业出版社王王全全庄庄译译矿矿山山岩岩层层与与地地表表移移动动，煤煤炭工业出版社炭工业出版社采采煤煤学学下下册册，中中国国矿矿业业学学院院等等院院校校煤炭工业出版社煤炭工业出版社煤矿特殊开采方法主要参考书主要参考书国家煤炭工业局制定建筑物、水体、国家煤炭工业局制定建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程北京：煤炭工业出版社，程北京：煤炭工业出版社，20006朱银昌陈庆禄张铁岗难采复杂煤朱银昌
9、陈庆禄张铁岗难采复杂煤层的开采北京等：世界图书出版社，层的开采北京等：世界图书出版社，1998何国清杨伦凌娣等矿山开采沉陷何国清杨伦凌娣等矿山开采沉陷学徐州：中国矿业大学出版社，学徐州：中国矿业大学出版社，19914煤矿特殊开采方法六、学习中注意问题六、学习中注意问题上课注意听讲，把讲得内容弄懂；上课注意听讲，把讲得内容弄懂；难难学学，一一些些数数据据不不要要求求记记，方方法法要要知知道道，原理要清楚；原理要清楚；科技含量较高科技含量较高,尽量不要缺课。尽量不要缺课。煤矿特殊开采方法第一章第一章开采引起的岩层与地表移动开采引起的岩层与地表移动第一节第一节开采引起的岩层移动开采引起的岩层移动第二
10、节第二节开采引起的地表移动开采引起的地表移动第三节第三节地表移动与变形预计地表移动与变形预计第四节第四节地表移动与变形参数分析地表移动与变形参数分析煤矿特殊开采方法第一节第一节开采引起的岩层移动开采引起的岩层移动一、充分采动区、岩石压缩区、最大弯曲区一、充分采动区、岩石压缩区、最大弯曲区和底板隆起区和底板隆起区1、围岩根据变形、围岩根据变形分区分区：应力状态和变形应力状态和变形煤矿特殊开采方法图图1-1煤矿特殊开采方法岩层移动和变形分区岩层移动和变形分区充分采动区充分采动区最大弯曲区：最大弯曲区：岩层向下弯曲的程度最大岩层向下弯曲的程度最大顶板压缩区顶板压缩区底板压缩区底板压缩区支承压力引起沿
11、垂直方向压缩支承压力引起沿垂直方向压缩工作面区域以外地层下沉工作面区域以外地层下沉不均匀隆起区不均匀隆起区底鼓底鼓应力降低应力降低均匀隆起区均匀隆起区水平挤压水平挤压煤矿特殊开采方法煤体下方煤体下方采空区下方采空区下方（高应力压缩）（高应力压缩）低应力低应力 h侧向水平应力侧向水平应力 h hK H H h h底板底板煤矿特殊开采方法二、垮落带、断裂带和弯曲带二、垮落带、断裂带和弯曲带1、三带的形成、三带的形成煤矿特殊开采方法（1）垮落带垮落带垮落带垮落带 不规则不规则垮落带，呈杂乱堆积。垮落带，呈杂乱堆积。规则规则垮落带，岩块堆积排列较整齐垮落带，岩块堆积排列较整齐碎胀性：碎胀性：1.3 1
12、.3 1.5, 1.5,体积增大体积增大导水：水、水砂和泥浆容易通过导水：水、水砂和泥浆容易通过高度高度 : :煤矿特殊开采方法（2）断裂带）断裂带曾称做裂隙带。曾称做裂隙带。裂隙带（裂隙带（左右断裂，左右断裂，上下上下离层）离层）弯弯曲曲，整整体体断断裂裂，大大致致垂垂直直于于层面的裂隙，层面的裂隙，离层离层一般导水，一般导水，又称导水断裂带又称导水断裂带厚厚煤煤层层第第一一分分层层以以后后的的分分层层开开采采时时，断断裂裂带带高高度度上上升，但上升的幅度较初次采动大为减小升，但上升的幅度较初次采动大为减小煤矿特殊开采方法（3）弯曲带）弯曲带断裂带之上至地表断裂带之上至地表又称弯曲下沉带或整
13、体移动带又称弯曲下沉带或整体移动带保持整体性和层状结构，不存保持整体性和层状结构，不存在或极少存在离层裂隙。在或极少存在离层裂隙。隔水，岩性较软时，隔水性能隔水，岩性较软时，隔水性能更好。更好。采深较大，弯曲带的高度可能大大超过垮落带和断采深较大，弯曲带的高度可能大大超过垮落带和断裂带高度之和裂带高度之和弯曲带上方地表一般要形成地表下沉盆地，盆地边弯曲带上方地表一般要形成地表下沉盆地，盆地边缘往往要出现张裂隙，其深度约缘往往要出现张裂隙，其深度约3 5m，一定深度一定深度后闭合消失。后闭合消失。煤矿特殊开采方法不出现三带的可能性不出现三带的可能性浅部无弯曲下沉带浅部无弯曲下沉带充填开采无垮落带
14、充填开采无垮落带煤矿特殊开采方法2三带的空间轮廓形状三带的空间轮廓形状轮廓形与倾角轮廓形与倾角（1）0 35 垮落带垮落带开开采采期期间间，垮垮落落带带的的高高度度基本上是相同基本上是相同开开采采完完毕毕，中中间间较较低低，两两端较高的枕形轮廓端较高的枕形轮廓断裂带断裂带两端边界超出，呈马鞍形，两端边界超出，呈马鞍形，最高点位于采空区斜上方。最高点位于采空区斜上方。煤矿特殊开采方法（）（）36 54 垮落带垮落带上部岩块下滑或滚动上部岩块下滑或滚动上上部部继继续续离离层层、断断裂裂、破碎和垮落，破碎和垮落，下部垮落带高度较小。下部垮落带高度较小。断裂带断裂带上大下小，上部的轮廓大致呈抛物线，与
15、采空上大下小，上部的轮廓大致呈抛物线，与采空区边界齐或略偏外。区边界齐或略偏外。煤矿特殊开采方法（3） =5590 岩岩块块滚滚动动下下滑滑，迅迅速速充充填填下部，下部，上上部部，边边界界煤煤柱柱片片帮帮、碎碎裂、抽冒，裂、抽冒，垮垮落落带带和和断断裂裂带带上上边边缘缘急急剧剧向向上上发发展展，大大大大超超出出上边界上边界垮垮落落带带、断断裂裂带带呈呈耳耳形形或或上大下小的不对称拱形上大下小的不对称拱形煤矿特殊开采方法3、垮落带与断裂带的高度垮落带与断裂带的高度垮落带与断裂带的高度垮落带与断裂带的高度（1）主要影响因素）主要影响因素顶板顶板岩性岩性 煤层煤层倾角倾角 采高及厚煤层分层采高及厚煤
16、层分层次数次数采空区采空区范围范围采空区处理采空区处理方法方法煤矿特殊开采方法顶板岩性对两带的影响顶板岩性对两带的影响顶顶板板坚坚硬硬，两两带带高高度度较较大大，之之和和可可达达18 28倍采高倍采高顶板顶板松软破碎时，两带高度较低，采厚的松软破碎时，两带高度较低，采厚的9 12倍。倍。煤矿特殊开采方法煤层倾角对两带的影响煤层倾角对两带的影响倾倾角角小小于于35 时时，岩岩块块就就地地堆堆积积。垮垮落落带带和和断断裂裂带带上上边边界界离离煤煤层层的的高高度度基基本本上上是是相相等等倾角倾角35 54 时，垮落岩块下滑。时，垮落岩块下滑。倾角倾角大于大于54 时，岩块下滚，下部垮落的时，岩块下滚
17、，下部垮落的发展很小，上部发展很高发展很小，上部发展很高煤矿特殊开采方法采高及厚煤层分层次数采高及厚煤层分层次数对两带的影响对两带的影响一一次次采采全全高高或或分分层层初初次次开开采采时时，两两带带高高度度与与采高呈近似直线关系采高呈近似直线关系分层或近距离煤层群重复开采，两带高度随分层或近距离煤层群重复开采，两带高度随分层次数增加而递减分层次数增加而递减 煤矿特殊开采方法采空区范围对两带的影响采空区范围对两带的影响采采空空区区范范围围大大时时，两两带带充充分分发发展展，反反之之受受到限制到限制煤矿特殊开采方法采空区处理方法采空区处理方法对两带的影响对两带的影响全全部部垮垮落落法法：上上覆覆岩
18、岩层层破破坏坏发发展展最最充充分分，弯弯曲曲、离离层层、断断裂裂、垮垮落落，达达到到一一定定高高度度充充填填法法：无无垮垮落落带带，断断裂裂带带高高度度也也明明显显降降低低煤柱支撑法：两带高度介于之间煤柱支撑法：两带高度介于之间煤矿特殊开采方法垮落带高度的计算公式垮落带高度的计算公式（倾角为（倾角为035 及及3654 ）单一煤层的垮落带最大高度单一煤层的垮落带最大高度覆岩为极坚硬岩层公式覆岩为极坚硬岩层公式w垮落过程中顶板下沉值覆覆岩岩为为坚坚硬硬、中中硬硬、软软弱岩层或其互层公式弱岩层或其互层公式煤矿特殊开采方法垮落带高度公式垮落带高度公式（倾角为（倾角为035 及及3654 ，厚煤层分层
19、开采）厚煤层分层开采）覆岩岩性覆岩岩性（单向抗压强度及主要岩石名称）（单向抗压强度及主要岩石名称）计算公式(m)坚硬坚硬(40 80MPa，石英砂岩、石石英砂岩、石灰岩、砂质页岩、砾岩灰岩、砂质页岩、砾岩)中硬中硬(20 40MPa，砂岩、泥质灰砂岩、泥质灰岩、砂质页岩、页岩岩、砂质页岩、页岩)软弱软弱(10 20MPa、泥岩，泥质砂泥岩，泥质砂岩岩极软弱极软弱( 10MPa，铝土岩、风化铝土岩、风化泥岩，粘土，砂质粘土泥岩，粘土，砂质粘土)煤矿特殊开采方法导水断裂带高度导水断裂带高度计算公式计算公式（倾角为（倾角为035 及及3654 ）（单一薄及中厚煤层或厚煤层分层开采）单一薄及中厚煤层或
20、厚煤层分层开采）岩性岩性计算公式之一(m)计算公式之二(m)坚硬坚硬中硬中硬软弱软弱极软弱极软弱煤矿特殊开采方法急斜煤层急斜煤层h煤矿特殊开采方法垮落带及导水断裂带高度垮落带及导水断裂带高度(倾角为倾角为5590 )岩性垮落带高度计算（垮落带高度计算（m） 导水断裂带高度计算导水断裂带高度计算（m）坚硬Hk=(0.40.5)Hd中硬、软弱Hk=(0.40.5)Hd注：h区段或分段垂高，m；M煤层法线厚度，m。煤矿特殊开采方法近距离煤层垮落带和断裂带高度近距离煤层垮落带和断裂带高度层间距大于下煤层层间距大于下煤层开采形成的垮落带开采形成的垮落带高度高度 上下煤层的垮落带上下煤层的垮落带高度不重合
21、，而断高度不重合，而断裂带高度可能重合裂带高度可能重合上上下下煤煤层层的的断断裂裂带带最最大大高高度度可可按按近近距距离离上上下下煤煤层层的的厚厚度度分别计算，取其中标高值大者作为两层煤的断裂带高度；分别计算，取其中标高值大者作为两层煤的断裂带高度；上下煤层的垮落带高度则取上煤层的垮落带高度。上下煤层的垮落带高度则取上煤层的垮落带高度。煤矿特殊开采方法近距离煤层垮落带和断裂带高度近距离煤层垮落带和断裂带高度层间距小于下煤层层间距小于下煤层开采形成的垮落带开采形成的垮落带高度高度 上下煤层的垮落带上下煤层的垮落带高度重合高度重合上上煤煤层层的的断断裂裂带带高高度度按按该该层层的的厚厚度度计计算算，下下煤煤层层断断裂裂带带最最大大高高度度按按综综合合开开采采厚厚度度计计算算，取取其其中中标标高高最最大大值值作作为为两两层层煤煤的的断断裂裂带带最最大大高度。高度。Mz=M1+M2煤矿特殊开采方法
