“三下一上”采煤理论技术.doc

1、1“三 下 一 上 ”采 煤 理 论 技 术 “三 下 一 上 ”采 煤 技 术 现 状建 筑 物 下 、 铁 路 下 、 水 体 下 、 承 压 水 体 上 开 采 ， 简 称 “三 下 一上 ”开 采 。据 目 前 不 完 全 统 计 ， 我 国 国 有 骨 干 大 中 型 矿 井 “三 下 ”压 煤 量达 到 140 亿 吨 以 上 ， 其 中 建 筑 物 下 压 煤 占 整 个 “三 下 ”压 煤 量 的60%以 上 ， 水 体 下 （ 包 括 承 压 废 岩 水 上 ） 压 煤 占 28%左 右 ， 铁 路 下 压煤 占 12%左 右 ， 然 而 ， 到 目 前 为 止 ， 我 国

2、仅 从 “三 下 ”采 出 的 煤 炭约 有 10 亿 吨 ， 只 占 整 个 “三 个 ”压 煤 量 的 7%左 右 。随 着 一 些 大 中 型 煤 矿 开 采 时 间 的 增 长 及 其 地 表 乡 镇 企 业 和 农 村 住 宅的 建 设 和 扩 展 ， 目 前 ， 已 有 很 大 一 部 分 矿 井 已 无 较 为 正 规 完 整 的 采 区 可供 开 采 ， 造 成 很 多 矿 井 有 储 量 而 无 法 大 规 模 开 采 的 局 面 。 而 有 些 矿 井 强行 开 采 （ 不 管 对 地 表 的 影 响 ） ， 有 些 矿 井 因 采 掘 接 替 协 调 顺 序 不 对 进行

3、 开 采 ， 引 起 对 地 表 设 施 的 大 量 或 不 该 有 的 损 坏 ， 造 成 巨 大 的 经 济 损 失和 紧 张 的 工 农 关 系 ， 严 重 影 响 了 煤 矿 企 业 的 生 产 和 经 济 效 益 。从 目 前 调 查 的 结 果 得 出 ， 几 乎 所 有 的 井 下 开 采 的 煤 炭 大 中 型 企 业 ，都 面 临 着 大 量 的 “三 下 ”压 煤 问 题 ， 这 些 “三 下 ”压 煤 量 占 目 前 矿井 储 量 的 1015%， 个 别 的 甚 至 更 多 。 因 此 ， 如 何 逐 步 开 采 “三 下 ”压 煤 ， 或 如 何 规 划 矿 井 的

4、采 掘 接 替 顺 序 ， 把 对 地 表 的 影 响 控 制 在 最 低 限度 ； 或 者 如 何 搭 配 开 采 “三 下 ”压 煤 ， 有 计 划 地 控 制 逐 年 的 采 动 损 害赔 偿 ； 或 者 以 经 济 效 益 为 第 一 要 素 采 用 一 些 特 殊 的 开 采 方 法 ,在 不影 响 地 表 建 （ 构 ） 筑 物 的 前 提 下 部 分 开 采 出 一 些 “三 下 ”压 煤 量 。 这 些 都 是 目 前 煤 炭 企 业 已 经 面 临 而 必 须 研 究 解 决 的 问 题 。建 筑 物 下 采 煤 建 筑 物 下 开 采 是 指 那 些 不 适 合 搬 迁 的

5、 城 镇 、 工 厂 、居 民 区 、 村 庄 等 所 压 矿 层 的 开 采 ， 其 中 包 括 井 筒 矿 柱 的 回 收 。 做 到 即 采出 资 源 ， 又 要 保 护 地 面 建 筑 物 。 采 取 的 措 施 主 要 是 在 井 下 开 采 时 采 取 一些 不 同 于 普 通 的 开 采 方 法 ， 以 减 少 地 面 移 动 与 变 形 ， 另 外 对 地 面 的 建 筑物 或 构 筑 物 采 取 加 固 与 维 修 的 方 法 ， 使 其 所 受 的 采 动 影 响 和 破 坏 程 度 在其 本 身 允 许 的 范 围 之 内 。 这 在 国 内 外 都 取 得 了 诸 多

6、成 功 的 经 验 。波 兰 ， 从 1950 年 起 开 始 进 行 建 筑 物 下 采 煤 试 验 ， 到 1980 年 ，已 从 各 种 煤 柱 中 采 出 近 7000 万 t 左 右 ， 占 产 量 的 40 一 42 。前 苏 联 目 前 在 建 筑 物 下 采 煤 的 产 量 每 年 达 5000 万 t 以 上 ， 取 得了 丰 富 经 验 、 编 制 了 30 多 个 煤 矿 和 金 属 矿 保 护 建 筑 物 免 受 采 矿 有 害影 响 的 保 护 规 程 及 指 南 。英 国 在 建 筑 物 下 开 采 只 对 井 筒 和 绞 车 房 留 保 安 煤 柱 ， 其 它 一

7、 律 不 留2保 安 煤 柱 进 行 开 采 。德 国 对 城 市 和 建 筑 物 下 采 煤 研 究 最 早 ， 从 1902 年 就 开 始 用 水 沙充 填 法 回 采 重 要 建 筑 物 下 的 保 安 煤 柱 。 例 如 埃 森 采 了 九 个 煤 层 总 厚 达10.2m。法 国 和 保 加 利 亚 分 别 用 水 沙 充 填 和 风 力 充 填 在 建 筑 物 下 进 行 开 采 。日 本 用 房 柱 式 进 行 建 筑 物 下 及 大 型 公 路 桥 厂 的 开 采 。我 国 建 筑 物 压 煤 的 问 题 比 较 普 通 。 如 山 东 的 肥 城 、 河 北 的 唐 山 、

8、 河南 的 密 县 、 安 徽 的 随 溪 、 东 北 的 本 溪 、 徐 州 的 贾 汪 ， 湖 南 的 韶 山 等 都 压着 大 量 的 煤 炭 资 源 c 目 前 全 田 已 有 近 百 个 矿 井 ， 数 百 个 工 作 面 进 行 了建 筑 物 下 的 开 采 。 鹤 壁 、 本 溪 、 抚 顺 、 枣 庄 、 东 庞 、 冷 水 江 、 利 民 、 里兰 、 东 罗 、 红 茂 等 局 矿 部 在 各 种 建 筑 物 下 进 行 了 成 功 的 开 采 。 如 抚 顺 胜利 矿 用 充 填 条 带 法 在 石 油 一 厂 下 开 采 厂 厚 达 16 6m 的 煤 层 ， 东 北

9、欧河 矿 用 陷 落 条 带 法 在 城 镇 下 开 采 ， 资 江 在 一 俱 乐 部 下 开 采 、 利 民 矿 在 村庄 下 、 里 兰 在 合 山 市 下 开 采 等 。铁 路 下 采 煤 铁 路 下 开 采 系 指 铁 路 干 线 与 支 线 下 所 压 煤 层 的 开 采 ，矿 区 专 用 线 下 开 采 已 不 存 在 问 题 ， 故 不 包 括 在 内 。 过 去 对 铁 路 的 保 护 也是 采 用 留 设 矿 柱 的 方 法 ， 目 前 对 铁 路 矿 柱 的 开 采 已 取 得 了 足 够 的 经 验 。如 波 兰 在 卡 托 维 茨 通 往 沃 波 雷 省 的 干 线

10、和 具 托 姆 车 站 下 进 行 了 开 采 、 采厚 达 20m， 车 站 普 遍 下 沉 了 3m， 最 多 达 3.7m； 前 苏 联 的 顿 巴 斯 煤 团内 就 有 5 条 铁 路 ， 压 煤 达 368 亿 t， 从 l 9611964 年 间 已 采 铁 路煤 柱 1320 万 t； 德 国 的 鲁 尔 煤 田 有 一 半 以 上 的 铁 路 线 受 开 采 影 响 ， 鲁尔 煤 田 在 铁 路 下 开 采 已 有 几 十 年 的 历 史 ； 印 度 苏 丹 迪 矿 用 水 砂 充 填 方 法于 1971 一 l 975 午 12 月 首 次 升 采 ADRAGOMOH 铁 路

11、 干 线 煤 柱 ， 煤厚 为 7.5m； 日 本 于 19661967 年 在 北 海 道 地 区 清 水 泽 煤 矿 的 铁 路 干线 和 铁 路 桥 下 采 煤 ， 煤 厚 2.4m、 采 后 地 表 最 大 下 沉 速 度 达 8mm月 用 限 速 方 法 获 得 成 功 。我 国 矿 区 专 用 线 下 开 采 ， 在 技 术 上 已 完 全 过 关 ， 所 以 铁 路 下 开 采 不包 括 专 用 线 下 开 采 ； 支 线 下 开 采 效 果 良 好 ， 如 焦 李 、 三 万 、 薛 枣 、 娄 邓等 ； 干 线 下 开 采 的 不 多 。 在 鸡 西 麻 山 、 滴 道 两

12、矿 的 林 口 密 山 干线 下 开 采 获 得 成 功 、 本 溪 局 在 沈 阳 丹 东 的 干 线 下 试 采 。 还 有 枣庄 局 在 邹 坞 车 站 下 ， 阜 新 局 在 露 天 剥 离 站 下 。 开 滦 及 平 顶 山 、 涟 邵 在 铁路 桥 下 ， 南 桐 局 在 二 万 线 的 板 塘 隧 道 下 开 采 都 取 得 成 功 。水 体 下 采 煤 水 体 下 开 采 包 括 地 面 水 体 下 和 地 下 水 体 下 的 开 采 。 地面 水 体 包 括 江 河 湖 海 、 水 库 池 塘 、 沼 泽 洪 区 、 灌 区 水 田 、 山 沟 小 溪 以 及地 表 沉 降

13、区 积 水 等 。 地 下 水 体 包 括 表 土 层 的 砂 层 水 、 顶 板 灰 岩 中 的 岩 溶水 、 砂 岩 含 水 层 及 老 窟 水 等 。3水 体 下 开 采 的 实 质 是 如 何 确 定 防 水 和 防 砂 矿 柱 的 高 度 ， 此 上 限 到 地面 的 垂 高 ， 就 是 安 全 开 采 深 度 。水 体 下 开 采 主 要 是 防 止 覆 水 和 泥 砂 溃 人 井 下 ， 有 时 还 要 保 护 地 面 水体 ， 如 水 库 、 堤 坝 等 。 水 体 下 开 采 通 常 用 疏 干 、 排 放 、 隔 离 等 措 施 ， 使资 源 尽 量 采 出 ， 还 要 减

14、 少 排 水 费 用 。前 苏 联 已 在 一 些 较 大 河 流 下 来 出 了 干 百 万 吨 的 煤 炭 ； 日 本 、 英 国 、加 拿 大 和 智 利 等 国 家 海 下 开 采 经 验 丰 富 。我 国 在 淮 河 下 、 微 山 湖 下 、 资 江 河 漫 滩 下 来 煤 也 取 得 了 不 少 的 经 验 。承 压 水 体 上 采 煤 承 压 水 体 上 开 采 指 可 采 矿 层 以 下 的 承 压 水 体 上 的矿 层 开 采 ， 即 受 基 盘 岩 溶 水 威 胁 矿 层 的 安 全 开 采 。我 国 华 北 太 行 山 以 东 石 炭 二 迭 系 地 层 的 基 盘 ，

15、 就 是 含 有 丰 富 岩 溶 水的 奥 陶 系 石 灰 岩 。 如 山 东 的 淄 博 、 肥 城 、 河 北 的 井 烃 、 湖 南 的 恩 口 、 斗笠 山 、 广 西 合 山 等 矿 都 存 在 受 基 盘 岩 溶 水 威 胁 的 煤 层 开 发 问 题 。 底 板 突水 是 承 压 水 体 上 矿 层 升 采 的 主 要 威 胁 。 如 何 解 决 底 板 突 水 与 井 下 开 采 的安 全 问 题 是 承 压 水 体 上 开 采 的 主 要 任 务 。 我 国 在 井 陉 、 峰 峰 、 王 凤 等 局矿 成 功 地 进 行 了 承 压 水 体 上 的 开 采 ； 匈 牙 利

16、受 底 板 承 压 水 的 威 胁 也 很 严重 因 此 积 累 的 经 验 较 多 。“三 下 一 上 ”采 煤 的 特 点 与 一 般 开 采 方 法 的 区 别 具 有 特 殊 的 技 术要 求“三 下 一 上 ”开 采 即 要 采 出 资 源 ， 又 要 保 护 地 面 建 筑 物 和 构 筑 物 (如水 坝 、 铁 路 等 )， 同 时 还 要 防 止 上 覆 水 体 和 下 伏 水 体 溃 入 ， 保 证 生 产 安全 ， 出 而 在 技 术 上 有 特 殊 的 要 求 。研 究 岩 层 范 围 大 即 研 究 上 覆 岩 层 受 采 动 影 响 后 的 移 动 变 形 特 性 ，

17、又 要 研 究 下 伏 岩 层 的 移 动 变 形 规 律 。 上 覆 岩 层 可 以 直 达 地 表 ， 下 伏 岩 层在 采 动 后 所 波 及 的 范 围 即 可 达 80m 以 远 的 距 离 。综 合 性 边 缘 学 科 矿 床 “三 下 一 上 ”开 采 是 一 门 综 合 性 的 边 缘 学科 ， 发 展 很 快 ， 它 综 合 了 水 文 地 质 、 构 造 地 质 、 矿 山 测 量 、 矿 山 压 力 、岩 体 力 学 、 土 木 建 筑 、 开 采 方 法 以 及 岩 体 探 测 技 术 等 学 科 的 内 容 ， 形 成自 身 的 一 套 理 论 体 系 。“三 下 一

18、 上 ”采 煤 理 论 技 术 的 研 究 过 程 上 世 纪 30 年 代 ， 在 一些 采 矿 业 较 先 进 的 国 家 已 把 岩 层 与 地 表 移 动 作 为 一 项 科 学 研 究 工 作 。 从本 世 纪 50 年 代 起 ， 岩 层 与 地 表 移 动 的 研 究 工 作 获 得 了 蓬 勃 的 发 展 。 如前 西 德 的 勃 劳 聂 尔 、 克 拉 茨 、 聂 姆 茨 克 、 克 因 赫 尔 斯 特 ， 前 苏 联 的4阿 维 尔 申 、 卡 札 柯 夫 斯 基 、 阿 基 莫 夫 、 柯 尔 宾 阔 夫 、 波 兰 的 布 得 雷 克 、克 诺 特 、 李 特 维 尼

19、申 、 柯 赫 曼 斯 基 、 沙 乌 斯 托 维 奇 、 科 瓦 尔 契 克 、 什 佩特 科 夫 斯 基 、 胡 戴 克 、 杨 齐 赫 等 学 者 经 过 各 自 的 研 究 ， 先 后 建 立 了一 系 列 描 述 岩 层 与 地 表 移 动 的 理 论 模 型 和 公 式 ， 并 提 出 了 一 系 列 计 算 岩层 与 地 表 移 动 的 方 法 。 有 了 岩 层 与 地 表 移 动 预 计 方 法 ， 就 可 以 预 计 一定 条 件 下 开 采 引 起 的 岩 层 与 地 表 的变 形 值 ， 因 而 就 可 能 估 计 出 房 屋 、 铁 路 、 水 体 等 由 于 地 下

20、 开 采 而 受 损害 的程 度 。 为 此 ， 人 们 可 以 事 先 采 取 防 护 措 施 ， 避 免 灾 难 性 的 破 坏 。我 国 岩 层 移 动 研 究 工 作 是 新 中 国 成 立 后 开 始 的 。 淮 南 和 开 滦 矿 区 在50 年 代 初 期 建 立 了 地 表 移 动 观 测 站 ， 开 始 了 我 国 岩 层 移 动 科 学 研 究 的观 测 。 50 年 代 后 期 ， 我 国 各 主 要 矿 区 ， 开 滦 、 抚 顺 、 阜 新 、 峰 峰 、 淮南 、 大 同 、 鹤 岗 、 新 汶 、 阳 泉 、 本 溪 等 先 后 制 定 了 开 展 地 表 移 动

21、 观 测 的规 划 ， 并 建 立 了 一 批 观 测 站 。 经 过 多 年 的 现 场 观 测 和 理 论 研 究 ， 完善 和 发 展 了 岩 移 理 论 和 计 算 方 法 ， 提 出 了 适 合 我 国 岩 层 与 地 表 移 动 的 计算 方 法 和 公 式 。 著 名 学 者 刘 天 泉 、 刘 宝 琛 、 廖 国 华 、 周 国 铨 等 ， 对 我 国的 岩 层 与 地 表 移 动 理 论 研 究 及 其 在 生 产 实 践 中 的 应 用 做 出 了 巨 大 的 贡 献 。岩 层 与 地 表 移 动 最 初 的 研 究 工 作 是 从 现 场 实 地 观 测 开 始 的 。

22、通 过 大量 的 现 场 仪 器 观 测 ， 寻 求 岩 层 与 地 表 移 动 各 主 要 参 数 与 地 质 采 矿 因 素 的关 系 ， 从 而 可 以 建 立 各 种 类 型 的 地 表 移 动 盆 地 剖 面 数 学 表 达 式 ， 根 据 这些 数 学 表 达 式 ， 创 立 多 种 地 表 移 动 与 变 形 预 计 方 法 。随 着 科 学 技 术 的 发 展 ， 野 外 仪 器 观 测 手 段 发 展 也 较 快 。 目 前 激 光 技术 应 用 于 野 外 测 量 ， 提 高 了 精 度 和 工 效 ， 提 高 了 反 映 地 表 变 形 的 真 实 性 。自 动 记 录

23、仪 器 的 出 现 ， 使 测 量 地 表 移 动 的 全 过 程 和 预 报 工 作 成 为 可 能 。现 场 观 测 为 认 识 岩 层 与 地 表 移 动 规 律 提 供 了 大 量 的 数 据 。 许 多 科 学 结 论都 是 在 分 析 大 量 现 场 实 测 资 料 基 础 上 得 出 来 的 。在 认 识 和 探 索 岩 层 与 地 表 移 动 规 律 时 ， 往 往 需 要 多 次 反 复 试 验 单 个因 素 的 影 响 ， 这 在 现 场 条 件 下 是 难 以 实 现 的 。 于 是 ， 室 内 实 验 被 提 到 日程 上 来 。 19371939 年 前 苏 联 巴

24、塔 诺 夫 、 库 兹 聂 佐 夫 进 行 了 相 似 材 料模 型 试 验 ， 为 发 展 相 似 模 拟 试 验 方 法 打 下 了 基 础 。 利 用 这 一 研 究 方 法 可以 从 定 性 方 向 得 到 与 实 际 符 合 的 结 果 。 目 前 ， 、 俄 罗 斯 、 波 兰 、 德 国 、中 国 、 英 国 、 印 度 等 国 都 在 应 用 相 似 模 型 试 验 方 法 来 研 究 岩 层 与 地 表 移动 的 问 题 。采 用 现 场 实 地 观 测 研 究 岩 移 问 题 ， 是 目 前 较 为 广 泛 采 用 的 方 法 。 该方 法 比 较 真 实 可 靠 ， 但

25、研 究 周 期 长 ， 研 究 费 用 高 。 实 验 室 研 究 周 期 短 ，但 该 方 法 仅 对 研 究 宏 观 的 和 定 性 的 岩 移 问 题 或 单 因 素 对 岩 移 的 影 响 较 为5可 靠 。 由 此 ， 岩 层 与 地 表 移 动 的 理 论 研 究 得 到 了 迅 速 发 展 。 理 论 研 究 的优 点 是 速 度 快 ， 比 较 严 密 ， 可 以 定 量 。 理 论 研 究 基 本 上 是 从 两 个 途 径 连 续 介 质 力 学 和 随 机 介 质 理 论 开 展 的 。前 苏 联 的 阿 维 尔 申 、 波 兰 的 沙 乌 斯 托 维 奇 、 胡 戴 克

26、 、 印 度 的 库 玛 尔等 人 把 上 覆 岩 层 看 作 连 续 介 质 ， 应 用 弹 塑 性 理 论 认 为 下 沉 盆 地 剖 面 类 似于 梁 或 板 的 弯 曲 。 这 种 理 论 能 够 解 释 岩 层 移 动 的 力 学 现 象 ， 但 由 于 受 采动 岩 体 的 力 学 参 数 难 以 精 确 确 定 ， 故 向 定 量 的 实 用 阶 段 发 展 仍 然 缓 慢 。近 年 来 ， 随 着 有 限 元 边 界 元 等 数 值 计 算 方 法 的 广 泛 应 用 和 计 算 机 运 算 能力 的 提 高 ， 使 弹 塑 性 理 论 用 于 计 算 岩 层 与 地 表 移

27、动 和 变 形 的 研 究 取 得 了突 破 性 进 展 ， 逐 步 进 入 定 量 的 实 用 阶 段 。随 机 介 质 理 论 是 波 兰 的 李 特 维 尼 申 教 授 1956 年 提 出 的 。 他 把 岩石 移 动 过 程 看 作 是 一 个 随 机 过 程 ， 并 用 概 率 理 论 证 明 岩 石 下 沉 场 可 用 随机 过 程 的 柯 尔 莫 哥 洛 夫 方 程 式 表 示 。 该 理 论 能 够 解 释 岩 层 与 地 表 移 动 的一 些 现 象 和 规 律 ， 所 以 很 快 地 应 用 于 生 产 实 践 。 我 国 的 刘 宝 琛 、 廖 国 华等 学 者 对 该

28、 理 论 做 出 了 大 量 的 研 究 工 作 ， 完 善 和 发 展 了 这 一 理 论 ， 并 提高 了 它 的 实 用 性 。由 于 矿 山 岩 体 结 构 十 分 复 杂 ， 矿 体 产 状 变 化 也 较 大 ， 所 以 目 前 还 没有 一 种 完 整 的 理 论 能 解 决 生 产 实 际 问 题 。 各 国 岩 移 研 究 工 作 者 和 现 场 工程 技 术 人 员 ， 在 岩 层 与 地 表 移 动 研 究 过 程 中 ， 将 现 场 实 测 、 实 验 室 实 验 、理 论 研 究 三 者 相 结 合 ， 使 得 岩 层 与 地 表 移 动 的 理 论 研 究 和 应

29、用 于 生 产 实践 都 取 得 了 巨 大 的 成 果 。随 着 岩 层 与 地 表 移 动 规 律 研 究 的 深 入 ， 岩 层 与 地 表 移 动 预 计 方 法 不断 完 善 ， 在 矿 山 生 产 实 践 中 岩 层 与 地 表 移 动 理 论 应 用 的 深 度 与 广 度 不 断扩 大 。 昔 日 用 留 设 保 护 矿 柱 的 方 法 保 护 地 面 建 筑 物 的 情 况 已 大 有 改 观 ，并 代 之 以 采 用 开 采 防 护 措 施 和 建 筑 结 构 措 施 来 开 采 建 筑 物 下 、 铁 路 下 、水 体 下 所 压 的 矿 体 。 波 兰 采 用 井 上

30、下 综 合 保 护 的 措 施 已 大 面 积 地 在 城 镇下 、 水 体 下 、 铁 路 站 线 下 等 进 行 了 成 功 地 开 采 。 目 前 波 兰 全 国 煤 炭 产 量的 42%是 从 “三 下 ”开 采 出 来 的 。我 国 幅 员 辽 阔 ， 煤 炭 埋 藏 量 丰 富 。 但 人 口 较 多 ， 村 庄 较 为 密 集 ，“三 下 ”压 煤 量 大 。 据 不 完 全 统 计 ， 我 国 生 产 矿 井 “三 下 ”压 煤 量总 计 达 140 亿 t 以 上 。 我 国 “三 下 ”采 煤 开 始 较 晚 ， 起 始 于 50 年代 后 期 。 但 其 发 展 迅 速

31、。 经 过 我 国 岩 移 研 究 工 作 者 和 广 大 的 现 场 技术 人 员 的 共 同 努 力 ， 我 国 各 主 要 矿 区 ， 如 开 滦 、 抚 顺 、 阜 新 、 峰 峰 、大 同 、 鹤 岗 、 新 汶 、 阳 泉 、 本 溪 、 焦 作 、 鹤 壁 、 平 顶 山 、 郑 州 、 刑 台 、新 峰 、 安 阳 、 梨 园 等 一 百 多 个 煤 矿 都 进 行 了 大 量 的 “三 下 一 上 ”采煤 （ 一 上 为 承 压 水 上 ） 工 作 ， 每 年 “三 下 一 上 ”采 煤 量 在 3000 万t 左 右 。 通 过 “三 下 一 上 ”采 煤 的 科 学 试

32、验 与 生 产 实 践 不 仅 解 放 了 大量 “三 下 一 上 ”压 煤 ， 而 且 丰 富 和 发 展 了 “三 下 一 上 ”采 煤 的 理 论和 技 术 。6岩 层 与 地 表 移 动 的 科 学 研 究 工 作 正 处 于 向 纵 深 发 展 的 阶 段 ， 即 从 研究 水 平 和 缓 倾 斜 煤 层 的 岩 层 与 地 表 移 动 规 律 ， 发 展 到 研 究 倾 斜 和 急 倾 斜煤 层 ； 从 研 究 主 剖 面 的 移 动 和 变 形 分 布 规 律 ， 到 研 究 下 沉 盆 地 全 面 积 的移 动 和 变 形 分 布 规 律 ； 从 研 究 无 地 质 构 造 破

33、 坏 、 简 单 地 质 采 煤 条 件 ， 到研 究 有 地 质 构 造 破 坏 、 复 杂 地 质 采 煤 条 件 的 移 动 和 变 形 规 律 ； 从 研 究 最终 稳 定 的 静 态 移 动 和 变 形 ， 到 研 究 开 采 过 程 中 的 动 态 和 变 形 的 分 布 规 律等 。 上 述 问 题 ， 有 的 已 经 取 得 一 定 的 成 果 ， 有 的 尚 待 进 一 步 研 究 与 实 践 。在 研 究 上 述 诸 多 方 面 技 术 的 问 题 时 ， 现 场 实 地 观 测 研 究 仍 是 首 选 的 必 要的 研 究 手 段 。 可 以 期 望 ， 随 着 现 场

34、观 测 技 术 的 提 高 ， “三 下 一 上 ”采 煤 和 建 筑 物 、 井 巷 保 护 技 术 的 发 展 ， 岩 层 与 地 表 移 动 的 理 论 水 平 和 计算 的 准 确 性 ， 必 将 获 得 更 大 的 提 高 。建 筑 物 下 采 煤 及 地 表 保 护 措 施 首 先 是 试 验 成 功 一 些 有 可能 控 制 与 减 缓 采 动 岩 体 运 动 的 方 法 。 例 如 ， 对 采 深 相 对 较 大 ， 煤 厚 相 对较 小 的 压 煤 矿 ， 可 采 用 陷 落 式 均 厚 开 采 方 法 ， 分 层 间 竭 开 采 方 法 、 分 层间 歇 开 采 方 法 及

35、 限 厚 开 采 方 法 ； 对 压 煤 面 积 不 大 的 采 区 ， 可 进 行 大 面 积全 柱 式 开 采 方 法 ； 对 采 深 较 大 或 上 覆 岩 层 中 有 一 层 或 多 层 厚 坚 硬 岩 层 的煤 层 ， 可 采 用 在 离 层 带 内 注 浆 充 填 的 方 法 ； 对 有 条 件 应 用 采 后 在 采 空 区内 充 填 的 地 方 ， 实 行 采 控 区 集 中 充 填 的 开 采 方 法 ； 在 正 规 、 非 正 规 及 不同 的 采 深 的 地 质 采 矿 条 件 下 ， 可 分 别 采 用 正 规 、 非 正 规 条 带 及 大 、 中 、小 条 带 开

36、采 方 法 。 此 外 ， 对 被 保 护 建 筑 物 采 用 了 结 构 性 保 护 措 施 ， 开 发出 适 应 于 城 镇 农 村 各 类 平 房 楼 房 的 抗 变 形 建 筑 设 计 ； 对 采 动 后 发 生 较 大 位 移 和 倾斜 的 建 筑 的 建 筑 物 ， 开 发 出 不 同 的 调 平 与 平 移 技 术 和 设 备 等 。建 筑 物 下 采 煤 的 主 要 技 术 措 施 之 一 ,是 在 井 下 尽 量 采 用 能 减 少 地表 变 形 、 减 少 对 建 筑 物 损 害 的 开 采 措 施 。在 生 产 实 践 中 比 较 有 效 和 常 用 的 有 以 下 几

37、方 面 措 施 。减 少 地 表 下 沉 值 地 表 移 动 变 形 值 的 大 小 与 地 表 下 沉 值 有 关 ， 地 表下 沉 值 与 采 深 、 采 厚 、 煤 层 倾 角 、 覆 岩 性 质 以 及 采 煤 方 法 、 顶 板 管 理 方法 有 关 。 如 果 采 用 合 适 的 采 煤 方 法 和 顶 板 管 理 方 法 可 有 效 地 减 少 地 表 下沉 。（ 1） 充 填 法 采 用 全 部 垮 落 法 管 理 顶 板 时 ， 地 表 最 大 下 沉 值 可 达采 厚 的 60%80%， 一 般 为 70%左 右 ； 用 水 砂 充 填 管 理 顶 板 时 ， 如 充 填得

38、 十 分 密 实 ， 地 表 最 大 下 沉 值 仅 为 采 厚 的 8%15%。一 般 在 重 要 建 筑 物 和 构 筑 物 下 开 采 时 ， 采 用 充 填 法 管 理 顶 板 。 充 填法 中 的 水 砂 充 填 是 达 到 减 少 下 沉 量 效 果 最 好 的 方 法 。 其 次 是 风 力 充 填 和矸 石 自 溜 充 填 。7我 国 有 些 矿 区 采 用 充 填 法 成 功 地 解 决 了 建 筑 物 下 采 煤 问 题 ， 如 抚 顺胜 利 矿 车 辆 厂 用 水 砂 充 填 法 开 采 ， 焦 作 演 马 庄 矿 用 风 力 充 填 开 采 村 庄 下压 煤 等 。使

39、用 充 填 法 管 理 顶 板 ， 需 要 设 置 一 套 专 门 的 充 填 设 备 和 设 施 ， 成 本较 高 ， 因 此 对 于 采 用 垮 落 管 理 顶 板 的 矿 区 ， 在 建 筑 物 下 的 局 部 地 段 必 须采 用 充 填 法 开 采 时 ， 应 尽 可 能 采 用 很 容 易 的 充 填 系 统 和 设 施 ， 以 花 费 少量 的 资 金 ， 取 得 好 的 效 果 。（ 2） 部 分 开 采 法 部 分 开 采 法 包 括 两 个 方 面 的 内 容 ： 一 是 条 带 开采 法 ， 即 在 开 采 范 围 内 开 采 一 条 ， 保 留 一 条 ， 用 保 留

40、条 带 煤 柱 支 撑 顶 板 ，以 达 到 减 少 地 表 下 沉 的 目 的 。 有 关 内 容 将 在 本 节 第 部 分 详 细 介 绍 。部 分 开 采 的 另 一 方 面 内 容 是 限 制 总 采 厚 ， 如 开 采 煤 层 群 时 ， 择 优 开采 ， 而 舍 弃 部 分 煤 层 ； 在 开 采 煤 层 时 减 少 开 采 厚 度 ， 这 些 都 可 使 地 表 移动 和 变 形 值 控 制 在 允 许 的 范 围 以 内 。防 止 地 表 突 然 下 沉采 动 后 地 表 不 出 现 突 然 下 沉 是 建 筑 物 下 采 煤 的 起 码 条 件 。 防 止 地 表突 然 下

41、 沉 ， 除 了 应 有 一 定 的 采 深 限 制 外 ， 还 可 以 采 取 下 列 开 采 措 施 ：（ 1） 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 适 当 减 少 第 一 、 二 分 层 的 开 采 厚 度 。（ 2） 开 采 急 倾 斜 煤 层 时 ， 应 尽 量 采 用 分 层 间 歇 式 采 煤 法 ， 并 严 禁无 限 制 地 放 煤 。 当 煤 层 顶 底 板 坚 硬 不 易 冒 落 时 ， 应 采 取 人 工 强 制 放 顶 。（ 3） 如 果 建 筑 物 位 于 煤 层 露 头 附 近 或 在 其

42、 下 方 有 浅 部 煤 层 或 煤 层上 方 覆 岩 为 石 灰 岩 地 层 ， 需 查 明 建 筑 物 下 方 是 否 有 老 窑 、 废 巷 、 岩 溶 、老 井 以 及 它 们 被 充 填 的 程 度 。 如 果 这 些 空 硐 没 有 被 充 实 ， 而 充 满 积 水 ，则 应 防 止 井 下 采 煤 疏 干 老 空 区 积 水 及 疏 降 岩 溶 含 水 层 位 而 造 成 的 地 表 突8然 塌 陷 。 为 此 ， 采 前 应 把 水 排 干 ， 甚 至 用 灌 浆 等 方 法 将 空 硐 填 满 。（ 4） 开 采 急 倾 斜 煤 层 时 ， 在 煤 层 露 头 处 应 留

43、足 够 的 煤 柱 ， 以 防 突然 下 沉 。 开 采 的 煤 层 愈 厚 ， 则 应 留 的 煤 柱 愈 大 。 前 苏 联 、 波 兰 有 关 文 献指 出 ， 开 采 急 倾 斜 煤 层 时 ， 当 煤 层 露 头 处 留 的 煤 柱 尺 寸 小 于 下 表 的 数 值时 ， 地 表 会 出 现 陷 坑 。煤 层 露 头 处 煤 柱 尺 寸 表煤 层 厚 度(m) 2 3 4 5 6 7煤 柱 高 度(m) 60 75 85 90 95 100消 除 或 减 少 开 采 影 响 的 叠 加当 几 个 煤 层 （ 或 厚 煤 层 几 个 分 层 ） 或 同 一 煤 层 的 几 个 部 分

44、 同 时 开 采时 ， 如 果 采 区 边 界 布 置 不 合 理 ， 或 者 采 面 推 进 的 时 间 、 方 向 不 适 当 ， 就会 造 成 开 采 影 响 的 叠 加 ， 从 而 使 地 表 移 动 变 形 值 增 加 ，在 同 时 开 采 两 个 煤 层 （ 或 分 层 ） 时 ， 如 图 6-1(a)， 开 采 影 响 的叠 加 可 能 是 推 进 着 的 工 作 面 上 方 地 表 移 动 与 变 形 的 叠 加 （ 即 采 面 同 时 由左 向 右 推 进 时 的 情 形 ） ， 也 可 能 是 开 采 边 界 （ 或 停 止 推 进 的 工 作 面 ）上 方 地 表 移 动

45、 与 变 形 的 叠 加 。 图 6-1(b)表 示 同 一 煤 层 两 个 部 分 同 时开 采 时 地 表 移 动 变 形 的 叠 加 。 在 这 种 情 况 下 ， 不 管 1， 2 两 部 分 采面 如 何 推 进 （ 采 煤 面 相 对 、 相 背 或 相 平 行 ） ， 在 煤 柱 上 方 地 表 的 移 动和 变 形 都 要 经 受 开 采 过 程 中 的 叠 加 ， 以 及 采 动 以 后 煤 柱 做 为 两 个 开 采 边界 的 地 表 移 动 变 形 叠 加 。 这 些 都 说 明 地 表 移 动 变 形 的 叠 加 与 采 面 推 进 的时 间 和 开 采 边 界 的 位

46、 置 有 关 ， 即 与 时 间 和 空 间 因 素 有 关 。 为 了 减 少 或 消除 开 采 影 响 的 叠 加 ， 可 以 采 用 以 下 措 施 ：（ 1） 顺 序 开 采 就 是 要 一 层 一 层 或 一 个 分 层 一 个 分 层 地 进 行 开 采 ，并 要 求 两 层 或 两 个 分 层 的 开 采 间 隔 时 间 要 足 够 长 ， 在 第 一 层 开 采 的 影 响完 全 或 大 部 分 消 失 后 ， 再 开 采 第 二 层 或 第 二 分 层 。 这 样 可 以 消 除 或 减 少开 采 煤 层 群 或 厚 煤 层 分 层 开 采 时 的 移 动 变 形 叠 加 现

47、 象 。（ 2） 合 理 布 置 各 煤 层 或 分 层 开 采 边 界 的 位 置 地 下 开 采 对 地 表的 有 害 影 响 ， 主 要 在 开 采 边 界 的 两 侧 。 为 了 减 小 或 消 除 开 采 边 界 及 附 近地 表 移 动 变 形 值 的 叠 加 ， 可 将 各 个 煤 层 的 开 采 边 界 彼 此 错 开 一 定 的 距 离 ，9让 它 们 不 重 叠 ， 一 个 垂 直 剖 面 内 （ 如 图 6-2） 。 这 样 ， 一 个 煤 层 或 分层 所 引 起 的 地 表 达 变 形 值 （ 如 压 缩 变 形 ） ， 可 以 被 另 一 个 煤 层 或 分 层所

48、引 起 的 地 表 变 形 （ 拉 伸 变 形 ） 所 抵 消 ， 因 而 使 地 表 的 总 变 形 值 能 减 小或 全 部 消 除 。（ 3） 干 净 回 采 在 开 采 过 程 中 ， 往 往 因 为 种 种 原 因 ， 在 采 空 区 残留 部 分 煤 柱 ， 这 对 地 表 的 影 响 极 为 不 利 。 因 为 每 个 独 立 的 煤 柱 都 有 两 个边 界 ， 这 就 使 得 煤 柱 上 方 地 表 移 动 变 形 产 生 叠 加 ， 使 总 变 形 等 于 煤 柱 两侧 开 采 所 引 起 的 变 形 的 叠 加 值 。河 南 理 工 大 学 和 郑 煤 集 团 超 化 煤

49、 矿 、 平 煤 集 团 梁 洼 矿 、 梨 园 矿 、新 峰 矿 务 局 、 安 阳 矿 务 局 、 鹤 煤 集 团 等 在 村 庄 下 采 煤 实 践 中 得 到 的 经 验 ，对 以 上 结 论 有 所 补 充 和 发 展 。 研 究 结 果 认 为 ： 若 采 区 能 达 到 充 分 采 动 并出 现 大 面 积 平 缓 盆 底 时 ， 建 筑 物 下 采 煤 应 采 用 全 柱 式 开 采 法 ， 采 空 区 不留 煤 柱 ； 若 采 区 达 不 到 充 分 采 动 或 刚 达 到 充 分 采 动 ， 地 表 会 形 成 碗 形 盆地 时 ， 在 采 区 留 适 当 大 小 并 均 匀 分 布 的 中 间 煤 柱 ， 可 以 减 小 地 表 下 沉 及变 形 值 ， 对 建 筑 物 的 保 护 比 不 留 煤 柱 更 有 利 。（ 4） 正 确 安 排 工 作 面 推 进 方 向 当 两 个 工 作 面 相 向 推 进 时 ， 如 采区 双 翼 工 作 面 同 时 向 上 、 下 山 推 进 ， 则 在 上 下 山 附 近 形 成 煤 柱 ， 使 地 表变 形 增 加 。 因 此 ， 开 采 建 筑 物 和 构 筑 物 保 护 煤 柱 时 ， 一 般 采 用 由 煤 柱 一侧 向 另 一 侧 推 进 的 方 法 ， 即