建筑物及水體下的采煤技術(shù)現(xiàn)狀分析

摘要：隨著改革開放的不斷深入及加快，煤炭開采技術(shù)也在不斷地飛速發(fā)展。對于建筑物及水體下煤炭資源進(jìn)行開采具有十分重要的作用，能夠極大地豐富我國煤炭資源儲備量及開采量。從20世紀(jì)60年代開始我國就已經(jīng)開始了對建筑物下采煤的研究。研究分析建筑物、水體下采煤技術(shù)的現(xiàn)狀具有非常重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：建筑物下采煤；水體下采煤；煤柱

中圖分類號：TD823文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1673-9671-(2012)042-0122-02

通過對保護(hù)井上建筑物的措施，離層注漿、協(xié)調(diào)開采、三步法、條帶開采以及充填開采等主要建筑物下采煤方法進(jìn)行總結(jié)，分析建筑物、水體下采煤技術(shù)的現(xiàn)狀并對該項技術(shù)的發(fā)展趨勢做出展望，以期在生產(chǎn)實踐中發(fā)揮更為重要的作用。

1建筑物下采煤技術(shù)現(xiàn)狀

對建筑物下采煤技術(shù)的試驗研究在我國早在20世紀(jì)60年代就開始了，不間斷的實踐和研究使得建筑物下采煤技術(shù)在這50余年的時間里得到了飛速的發(fā)展。建筑物下壓煤的情況在我國最大的存貯量為村莊下壓煤，且具有較突出的問題存在，工業(yè)廣場壓煤其次，民用建筑物下和其他工業(yè)壓煤最次。

1.1搬遷建筑物采煤

指將開采影響區(qū)內(nèi)的建筑物全部遷出，之后正常開采才開始進(jìn)行，作為最常用的方法之一，搬遷建筑物采煤法一般用來解決建筑物下采煤的相關(guān)問題。但由于在大部分礦區(qū)內(nèi)，將來不受開采影響或即刻開采并不會產(chǎn)生影響的土地少之又少，加之傳統(tǒng)觀念對于群眾搬遷態(tài)度的影響，難以選定村莊的搬遷新址。尤其是目前日益緊張的土地資源，大幅地增加了建筑物搬遷的費用，從而間接增加了建筑物搬遷的難度。

1.2不搬遷村莊全部開采技術(shù)

井下措施主要有多工作面包括間歇開采、分層開采以及聯(lián)合開采等。對峰峰礦區(qū)辛寺莊進(jìn)行建筑物下采煤時，聯(lián)合開采的規(guī)模達(dá)到了七個工作面。工作面聯(lián)合推進(jìn)開采的方法可以僅僅使動態(tài)變形的微弱影響作用到村莊，效果使各方都極為滿意。對于中及薄煤層的開采比較適用該方法，對采區(qū)進(jìn)行合理布置，使地表動態(tài)變形的影響，主要作用在位于采空區(qū)中央的建筑物上。

1.3不遷村就地重建抗變形新村

具有中國特色的建筑物下采煤技術(shù)即是這種不遷村就地重建。當(dāng)較大強(qiáng)度的開采工程在質(zhì)量較差的煤層及村莊建筑物上進(jìn)行時，開采過后將會嚴(yán)重破壞大部分的建筑物，在經(jīng)濟(jì)上極為不劃算的補(bǔ)償辦法是進(jìn)行條帶開采或是采取維修加固措施，因此，對建筑物進(jìn)行原地重建抗變形的處理。這種處理辦法在湖南婁底地區(qū)資江煤礦和平頂山大莊煤礦以及陽泉礦區(qū)等多地實際應(yīng)用，效果較好，樹立了幾個典型的實例，為不遷村就地重建法在我國實際應(yīng)用樹立了良好的借鑒榜樣。

1.4離層注漿減沉技術(shù)

在近幾年所提出來的一種新方法即是離層注漿減沉技術(shù)。該方法在我國部分礦區(qū)進(jìn)行的試驗非常成功，地表下沉量在采用該方法以后僅為原下沉量的40%~70%。當(dāng)離層注漿方案以大范圍巖層控制為目的時，如下幾個問題需要進(jìn)行研究：對地址采礦的條件進(jìn)行分析，對產(chǎn)生離層的發(fā)展動態(tài)和可能性進(jìn)行判斷；設(shè)計注漿時，內(nèi)容包括充填體強(qiáng)度、充填時間、材料選擇、設(shè)備類型選擇以及設(shè)計注漿孔等；同時需要保證選用穩(wěn)定長期性能較好的充填體；分析下沉的效果，觀測下沉情況。離層注漿充填首先能夠?qū)ο挛粠r層進(jìn)行擠壓，形成較為密實的下位巖層，同時離層下覆巖層會受到來自地面高壓注漿所產(chǎn)生的壓力，壓密下部的孔隙和離層；其次，巖石會因為離層注漿充填時漿液中的水而引起膨脹，使有效空間得以減少，當(dāng)膨脹巖作為堅硬巖層的下部時，巖石體積會因漿液中的水而發(fā)生增大的改變；再次，離層注漿充填可以對上覆巖體形成支撐，使機(jī)構(gòu)穩(wěn)定，當(dāng)強(qiáng)度足夠時，充填體即成為了支撐體用以支撐上覆巖層；最后，覆巖的位移量會因為離層空間被直接充填而減少。作為一種全新的方法，在我國的大部分礦區(qū)尚未廣泛應(yīng)用離層注漿減沉技術(shù)，還有很多關(guān)于實踐方法和指導(dǎo)理論的問題需要解決。但不可否認(rèn)的是，不斷完善和提高的離層注漿減沉技術(shù)會逐漸得到更大范圍內(nèi)的推廣及應(yīng)用。

1.5國外建筑物下采煤技術(shù)現(xiàn)狀

波蘭是開展“三下”采煤國家中，開采時間較長、經(jīng)驗較為豐富和技術(shù)手段較為多樣和實用的國家。水砂充填條帶式曾是保安煤柱主要采用的開采法之一，只有不超過60%的資源回收率。20世紀(jì)70年代以后，大面積協(xié)調(diào)開采法得到了大力推廣，水砂充填法被部分取代。當(dāng)數(shù)個煤層在礦區(qū)相鄰時，工作面的布置計劃要協(xié)調(diào)統(tǒng)一，開采要在大面積上連續(xù)、同時進(jìn)行，從而相互抵開采對地表產(chǎn)生的壓縮變形和拉伸變形。其目的是使地表不會因被破壞而產(chǎn)生均勻下沉。當(dāng)出現(xiàn)斷層時，要保持垂直銜接斷層兩側(cè)，開采必須適量，禁止少采或多采。波蘭主要采取以下的建筑物保護(hù)措施：設(shè)置變形縫，每12 m~15 m在建筑物上設(shè)置一道變形縫，可將地表水平變形和不均勻沉降造成的影響減輕；設(shè)鋼筋混凝土上錨固板，使整體基礎(chǔ)強(qiáng)度較高，當(dāng)?shù)乇硭阶冃芜_(dá)到

12 mm/m~15 mm/m時設(shè)置；為使建筑物整體剛度提高，設(shè)置鋼筋混凝土錨固拉桿；通過挖掘變形補(bǔ)償溝，將地表壓縮變形吸

收掉。

2水體下采煤技術(shù)現(xiàn)狀

水體下采煤技術(shù)在國內(nèi)外已經(jīng)擁有了1個多世紀(jì)的發(fā)展歷史，各個國家的試驗開采工作在本國的采場下、充水巷道、人工修建的蓄水工業(yè)建筑物下、含稅巖層和松散層、湖泊下、河流下以及海下大量進(jìn)行，其中海下采煤技術(shù)的成功應(yīng)用在澳大利亞、智利、加拿大、日本以及英國都有著實際的范例，且上述國家各自以本國實際為根據(jù)，制定了相關(guān)規(guī)定與規(guī)程。早在1968年英國礦業(yè)局就頒布了海下采煤條例，對采煤方法、煤層采厚以及覆巖的厚度和組成等作出了具體規(guī)定；日本進(jìn)行海下采煤時多大11個礦井，采取嚴(yán)密的防治措施杜絕海下采煤的水患，禁止與允許開采的規(guī)定，以針對沖積層的賦存厚度和組成的安全規(guī)程為根據(jù)；在20世紀(jì)70年代，前蘇聯(lián)針對導(dǎo)水裂隙帶高度進(jìn)行確定的方法，出版了相關(guān)指南，水體下開采的規(guī)程在1981年頒布實施，安全采深的最終確定是以覆巖中黏土層重復(fù)采動、煤厚以及厚度等條件的變化為依據(jù)的。我國地大物博，豐富的煤炭資源不僅蘊(yùn)藏在山區(qū)、丘陵和平原等內(nèi)陸地區(qū)，同時壓煤量在水體下也頗具規(guī)模。河下、湖泊下以及其他水體下采煤技術(shù)已經(jīng)在我國得到了極其豐富的積累，在該項技術(shù)處于領(lǐng)先地位的國家中我國位居其中。20世紀(jì)60至80年代，為適應(yīng)水體下采煤技術(shù)的急迫需求，大量開展用專門的觀測孔，對開采帶水裂隙帶高度進(jìn)行研究，并根據(jù)觀測孔中水的漏失量和水位變化等方法，提出了區(qū)分無效和有效導(dǎo)水裂隙的方法。試驗性研究工作同時進(jìn)行，尤其加快發(fā)展了相似材料模擬技術(shù)。以裂縫高度試驗研究和現(xiàn)場觀測資料為基礎(chǔ)，我國許多礦區(qū)將巖體強(qiáng)度類型和煤層采出厚度相結(jié)合，總結(jié)出在不同覆巖類型條件下，裂高和煤層采出冒高與厚度相關(guān)關(guān)系式，使實際生產(chǎn)得到了理論和技術(shù)上的有效指導(dǎo)。自20世紀(jì)80年代以來，為適應(yīng)不斷增長的國民經(jīng)濟(jì)對能源的需求，相繼開始了開發(fā)和建設(shè)了許多水體下積壓煤炭資源工作。對于水體下采煤技術(shù)的專題性研究在我國取得了許多突破：1）是更先進(jìn)的理論，將計算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代測試技術(shù)、流變力學(xué)、彈塑性力學(xué)、斷裂力學(xué)、損傷力學(xué)以及現(xiàn)代統(tǒng)計數(shù)學(xué)等多項理論引入其中；2）更為廣泛的研究內(nèi)容，包括巖體結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)特征、底層巖性以及地質(zhì)構(gòu)造在內(nèi)的地質(zhì)條件作為研究重點的同時，對原巖應(yīng)力場與覆巖移動變形的關(guān)系也進(jìn)行了廣泛的研究，以時間效應(yīng)和巖體力學(xué)特性為研究基礎(chǔ)，動態(tài)分析裂隙帶的演變過程；3）是更為先進(jìn)的研究方法，將數(shù)值模擬和物理模擬方法引入研究引入到水體下采煤技術(shù)的研究中，覆巖的破壞和移動變形現(xiàn)象不再是影響研究深度的局限，同時對導(dǎo)水裂隙帶的形成機(jī)理的探討，改為從覆巖變形的影響因素以及破壞過程上入手，預(yù)測是以此為基礎(chǔ)的。1985年制定的關(guān)于對水體下煤炭資源開采的規(guī)程，進(jìn)一步推動了該項技術(shù)的發(fā)展和實際應(yīng)用。

3結(jié)束語

建筑物、水體下煤炭資源的開采，對我國的煤炭儲備量具有非常重要的意義和深遠(yuǎn)的影響，因此應(yīng)該不斷地研究和發(fā)展開采技術(shù)。對于建筑物下的采煤技術(shù)在我國已經(jīng)得到了飛速的發(fā)展，該項技術(shù)也比較成熟。同時水體下采煤技術(shù)也得到了高度重視，雖然經(jīng)驗并不豐富，但隨著不斷的投入和研究，相信水體下采煤技術(shù)會實現(xiàn)快速發(fā)展，為我國煤炭行業(yè)提供極為豐富的水體煤炭資源。

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