“三下”采煤安全技术措施

（收稿日期：2009- 4- 3）
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（1）定水采煤，在水体与煤层之间保留一定厚度或垂高的 安全煤岩柱，直接在水体下采煤。
（2）疏水采煤利用排水系统开掘疏水巷道疏降上部水体， 再在水体下从事采煤工作。
（3）顶疏结合采煤。在多层含水层威胁的条件下采用此种 方式的安全系数较高。
（4）堵截水源与疏水采煤。采用水泥等粘结性材料注入含 水层的孔洞中形成挡水墙，切断地下水的补给通道，在进行疏 水采煤。 3.3 水体下采煤的安全技术措施
（3）全部充填法开采、部分开采和分层间歇开采。此种方 法可降低覆岩破坏高度，充填开采使覆岩不出现跨落带，部分 开采可减少导水断裂带高度而分层间歇开采使跨落带和裂隙 带高度比一次采全高要小。
（4）正确设计防水隔离煤柱、坚持先探后采原则，确切掌 握水源的位置和水量，在接近含水断层溶洞时必须探水前进。
此外，地面采用河流改道，修拦洪沟，填渗水裂缝以及排 除内涝等措施切断和改变地面补给水源也可以大幅度的提高 水体下采煤的安全性。
和水平方向的横向和纵向移动，进而使得路线方向，钢轨高 差，轨距和轨缝发生变化，影响铁路的工作状态。 2.2 铁路下采煤的安全技术措施
（1）防止地表的突然下沉。在浅部的煤层、顶板坚硬煤层
露头附近的急倾斜煤层以及浅部有采空区积水或冲水的裂隙 带空间都可能发生地表突然下称的情况。为避免此类情况的
发生在开采浅部煤层时应采用分层采煤法减少第一和第二分 层开采厚度。对与顶板坚硬的煤层应采用定期人工放顶的方
煤矿现代化
2009 年第 5 期
总第 92 期
三下采煤安全技术措施
中国矿业大学 矿业工程学院 赵 杰 张亦弛 刘 妍
摘 要 近几年来，随着国民经济的高速发展，国家对能源的需求量逐渐增大，占我国资源总量的 70% 以上的煤炭资源作为我国的主要能源，它担任着无可替代的作用，但是随着近几年的超速开采，煤炭存储量 也在下降，为了不浪费大量的煤炭资源，我们必须提出新的开采措施把建筑下、水体下和赋存在铁路下的煤 炭开采出来，以供使用。三下采煤技术对提高我国煤炭产量，保护国家重要基础设施有极其重要的意义。
（2）地表变形的影响。地表的曲率使地表由平面变为曲 面，是建筑物基础与地表之间力的平衡状态遭到破坏在正曲 率的情况下建筑物基础两端处于悬空状态，在负曲率的情况 下建筑物成为简支梁，两种情况都容易破坏。地表水平变形对 建筑物的破坏很大，尤其是拉伸变形的影响，建筑物抗拉能力 较小当水平拉伸变形大于 1mm/m 时建筑物墙面就会出现裂 隙。建筑物抵抗压缩变形的能力较大，在较小的地表压缩变形 下不会出现破坏现象。 1.2 建筑物下采煤的开采技术措施
表 1 长壁跨落法开采铁路压煤时采深与采厚比的规定
进行开采（H/M）
进行试采（H/M）
铁路等级
薄及中厚煤层 厚煤层或煤层群 薄及中厚煤层 厚煤层或煤层群
一级
≥150
≥200
二级
≥100
≥150
三级 工矿企业
专用线
≥60 ≥40
≥80 ≥60
≥40，<60 ≥20，<40
≥60，<80 ≥40，<60
3 水体下采煤
煤层上方的水体分为地表水和地下水，在开采煤层时引 起的岩层移动与变形可能改变水体和开采空间之间的水力联 系的程度，当有较强的水力联系发生时可能使得开采范围内
的地表水或地下水及泥浆突然涌入井下造成严重的矿井事 故。 3.1 隔水层理论
在水体底面和煤层之间有相应厚度的隔水层，地下开采 引起岩层移动和变形使得隔水层受到影响，当隔水层位于跨 落带时，隔水性能完全破坏，当隔水层位于裂隙带时隔水性能 也有一定程度的破坏，破坏程度由裂隙带的下部向上逐渐减 弱。而当隔水层位于弯曲下沉带时隔水性能受到微小影响，当 位于弯曲下沉带的中部或上部时隔水性能不受开采影响。 3.2 水体下采煤方式
（1）地表移动的影响一般来讲，当建筑物所处的地表出现 均匀沉降时建筑物先要承受水平拉伸变形，后承受水平压缩 变形，只要建筑物能承受住开采过程中这种地表变形的作用， 则建筑物本身危害不大。当地表发生倾斜时，建筑物也随之倾 斜，倾斜对底面积小而高度大的建筑物特别明显。因为底面积 愈大，高度愈大相同倾斜所产生的附加应力愈大。对于一般低 层民用建筑物倾斜所产生的危害较小。
层分层开采中多个分层或同一煤层的不同部分同时开采引起 的地表变形。在这方面开采技术措施有：①分层间歇开采；先 开采一个分层，待其所引起的地表变形稳定后在开采相邻的 分层。②采用无煤柱开采技术；在开采过程中如果煤柱尺寸不 合理就使得煤柱上方的地表变形有可能增加，对地表的影响 极为不利。因此采用长壁工作面采煤时采用全部垮落法处理 采空区，当开采区域达到充分采动时应尽量采用无煤柱护巷 技术，当然当开采区域达不到充分采动时保留适当大小均匀 分布的煤柱有利于减少地表下沉。③布置较长工作面，使建筑 物位于移动盆地平地部分，使建筑物承受动态变形后，仅承受 最小静态变形。④协调开采；在上下煤层或是同一煤层的相邻 工作面协调开采使得不同工作面采动产生的变形相互抵消， 有利于减少地表变形，保护建筑物。采用这种措施可使地表变 形最大水平变形值减少 30%~40%。
建筑物下采煤必须从技术上可行济上合理和安全上可靠 进行综合考虑，在村庄下采煤时还应该照顾到农民的利益。
在开采建筑物下的煤层时应该尽量减少地表下沉、塌陷 等。
在缓倾斜和倾斜厚煤层浅部开采时尽量采用倾斜分层采 煤法并减少第一和第二分层的开采厚度。开采急倾斜煤层时， 采用分层间歇式采煤法，在煤层露头处应保留足够高度的煤 柱。若煤层露头附近有浅部煤层或煤层上方覆岩为石灰岩地 层则需查明建筑物下方是否有岩溶和废巷如果这些空硐没被 充实，则应该井下采煤疏干老采区积水及疏降岩溶含水层位 而造成地表突然塌陷。
法，并留有足够尺寸的煤柱防止采空区上部煤柱抽冒。或直接 采用条带采煤法或充填法可以有效的减少地表下沉。
（2）消除地表变形叠加影响。采用无煤柱开采、顺序开采、 协调开采等方法可以减少地表变形叠加，减少地表变形对铁
路的影响。 （3）留设铁路保护煤柱。一二级铁路线上的一二级铁路
站、有严重滑坡危险难以处理的铁路沿线、在目前条件下采用 改道或不留设煤柱方法处理技术上不可行，经济上不合理的 铁路线、铁路隧道以及全长大于 20m 的铁路桥都需要留设合 理的保护煤柱，另外对于采用长壁垮落法开采时采深与采厚 比不满足表 1 的铁路线也要留设煤柱。
关键词 保护煤柱 采空区 隔水层 限厚开采
1 建筑物下采煤
我国各矿区都程度不同的在建筑物下压有煤炭，据有关 资料显示，建筑物所压煤量中，村庄是最多的，其次是工业场 地、其他工业与民用建筑。
由于地下开采所产生的地表移动使得建筑物拉伸、压缩 等力的作用产生变形，当变形超过建筑物允许变形时，建筑物 将产生不同程度的破坏。因为地表变形与采厚、采煤方法、上 覆岩层岩性及地质构造等因素有关，所以地质条件和开采技 术是建筑物下采煤的首要影响因素。 1.1 地表移动对建筑物的影响
（1）充填法处理采空区：用水砂充填是采煤法中减少地表 下沉效果最好的方法，其次是风力充填和矸石充填但此方法 需要设置专门的充填设备和设施还需要足够的充填材料增加
了吨煤的生产成本。如充填密实的地表最大下沉量为采厚的
8%~15%.。
（2）条带开采：将开采的煤层划分为若干条带，各条带相
间开采，由保留条带支撑上覆岩层重量减少地表下沉量达
（4）铁路地面维护技术措施。对于随着铁路下开采的过程 中路基与路线产生的移动需要定期给予维修。随着线路的下
沉和横向移动对路基进行阶段性的抬高与加宽。采用启道和 顺坡的方法消除下路下沉，采用拔道和改道的方法消除线路
横向水平移动。定期调整轨缝消除线路纵向移动。另外在开采 过程中应加强铁路线路巡查及时发现和排除事故。
参考文献 [1] 杜计平，汪理权.煤矿特殊开采方法[M].中国矿业大学出版 社，2003 [2] 沈光寒，李白英.矿井特殊开采的理论与实践 [M].煤炭工业 出版社，1991 [3] 钱鸣高,石平五.矿山压力与岩层控制 [M].中国矿业大学出 版社,2003.
作者简介 赵杰（1986 年），男，山西大同人，中国矿业大学本科生，， Tel：13270236036；E- mail：zhaojie19860503@。 张亦弛（1986 年），男，山西大同人，中国矿业大学本科生。 刘妍（1986 年），女，山西的长轴平行于工作面； （b）建筑物的长轴垂直于工作面 1- 建筑物；2- 工作面或开采边界；3- 下沉盆地边界 图 1 建筑物与工作面位置图 （6）合理确建筑物与开采区域的影响范围，矩形建筑物的
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长轴方向抗变形能力较短轴方向小，所以建筑物的长轴应平 行于地表下称等值线分布。当建筑物位于区段周边以外时建 筑物的长轴应垂直与长壁工作面布置，当建筑物位于区段周 边以内时建筑物的长轴应平行于长壁工作面布置。对于建筑 物群应以大多数建筑物的长轴方向为依据布置长壁工作面。
（4）限厚开采：因为地表最大下沉正比于一次采出厚度，
所以减少一次性采出厚度可以减少地表变形。
地面建筑物允许的水平变形为【ε】则最大允许的而开采
厚度为
m≤
[ε]Hcosα 1.25bηtanβ
若取【ε】=1.5mm/m
,α=10,
H=500m，b=
0.3, η=0.8 =2,则 m≤1012mm （5）在建筑物下采煤时应尽力减少多煤层开采或是厚煤
80%~90%但此法采煤率低巷道掘进多工作效率低。
（3）采空区离层带中高压注浆：煤层开采以后因为上下位
岩层的沉降速度不一样，在裂隙带岩层中形成离层空间，我们
在地面预先布置钻孔，通过钻孔向开采后正在离层的岩层缝
隙中进行高压注浆，浆液充填岩层裂隙便可以减少地表下沉。
在开采建筑物下的煤层时应该尽量减少地表变形：
（1）试探开采。通过先易后难试探性开采了解防水安全煤 柱的破坏情况，基本原则为：先采远离水体，后采邻近水体的 煤层；先采隔水层厚，后采隔水层薄的煤层；先采地质条件简 单，后采地质条件复杂的煤层；先采较深部，后采较浅部的煤 层。