科技情报开发与经济 文章编号：１００５—６０３３（２０１０）２５—０１６１—０３ ＳＣＩ—ＴＥＣＨ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ＆ＥＣＯＮＯＭＹ ２０１０年第２Ｏ卷第２５期 收稿日期：２０１０—０７—０８ 东圪堵煤矿６—２号煤层放顶煤开采可行性分析 张泽伟 （太原市明仕达煤炭设计有限公司，山西太原，０３０００１） 摘要：分析了东圪堵煤矿６—２号煤层埋深、煤层裂隙、煤层夹矸情况、顶板情况、采放 高度比等情况，指出６—２号煤层的顶煤冒放性一般，通过数值模拟，得出顶煤有明显的 滞后垮落现象，顶煤回收率较低，因此东圪堵煤矿６—２号煤层不宜采用综采放顶煤开 采的结论。 关键词：放顶煤开采：冒放性分析；数值模拟 中图分类号：ＴＤ８２ 文献标识码：Ａ １矿井概况 不存在夹矸层影响煤质及顶煤冒放性的问题。 ２．４顶板条件对顶煤冒放性的影响 东圪堵煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗境内， 东圪堵煤矿６—２号煤层直接顶板以砂质泥岩为主，次为粉 东胜煤田勃牛川普查区第８勘探线以南、纳林庙煤矿详查以北， 砂岩，局部为细粒砂岩，细粒砂岩抗压强度仅为１６．２ ＭＰａ～２６．７ 行政隶属准格尔旗乌日图高勒乡，具体位置在布尔洞沟以南、哈 ＭＰａ；泥质岩类抗压强度也不高，一般为３．９ ＭＰａ一２６．５ ＭＰａ，粉砂 业乌素以东一带。 岩抗压强度为２２．６ ＭＰａ一３５．０ ＭＰａ，煤层顶板的稳定性能差。由地 本井田位于东胜煤田的东部，构造形态为一向南西倾斜的 质资料可知，东圪堵煤矿６—２号煤层上方有１６ ｉｎ以上的易垮落 单斜，倾角１ ｏ～３ｏ。井田内未发现有明显的褶皱及断层，发育小型 岩层，煤层顶板条件满足放顶煤开采的要求。 波状起伏，亦无岩浆岩体侵入，地质构造属简单类型。 ２．５ 采放高度比对顶煤冒放性的影响 井田内含可采煤层ｌ层，即６－２煤层。６—２煤层全区可采，平 采放高度比即综放工作面采煤高度与放煤高度之比，它对 均厚度为５．３ ｉｎ，最大６．０ ｍ。煤层结构简单，不含夹矸。６—２煤层 顶煤冒放性的影响反映在两方面：一是采面支架的反复支撑对 直接顶板以砂质泥岩为主，次为粉砂岩，局部为细粒砂岩，细粒 顶煤的破碎作用，综放支架对顶煤的破碎作用范围一般仅限于 砂岩抗压强度为１６．２ ＭＰａ～２６．７ ＭＰａ；泥质岩类抗压强度不高，一 支架上方的２ ｉｎ一３ ｉｎ左右范围，再向上则所受影响很小；另一方 般为３．９ ＭＰａ一２６．５ ＭＰａ，粉砂岩抗压强度为２２．６ ＭＰａ～３５．０ ＭＰａ。 面采放高度比影响着顶煤冒落充分松散空间条件，顶煤只有充 煤层顶底板的稳定性能差，工程地质条件属中等。本井田内煤层 分破碎冒落时，才有利于其回收。 属低瓦斯煤层，井田内煤尘具有爆炸性，属易自燃煤。 东圪堵煤矿６—２号煤层平均厚度５．３ ｉｎ，在割煤高度２．８ ｍ ２ ６—２号煤层顶煤的冒放性分析 的情况下，顶煤厚度约为２．５ ｍ，比较适合采用放顶煤开采。 综上所述，通过分析赋存深度、煤层节理裂隙发育程度、夹 ２．１赋存深度对顶煤冒放性的影响 矸、顶板条件以及采放高度比对煤层的冒放性的影响，发现东圪 煤层赋存深度直接影响着原岩应力大小，同时也影响着回 堵煤矿６—２号煤相对较硬、赋存深度相对较浅，且煤层裂隙不很 采面四周围岩内支承压力峰值的大小。煤层赋存深度对放顶煤 发育，顶煤冒放性不是很好，若采用放顶煤开采必须对顶煤采取 综采面的顶煤破坏破碎效果有决定性的影响。目前国内放顶煤 弱化措施。 开采高产高效工作面煤层的实际赋存深度一般在２００ ｒｎ～４００ ｍ 之间，东圪堵煤矿６—２号煤层埋藏深度３０ ｉｎ一８０ ｉｎ之间，平均７０ ３放顶煤开采数值模拟研究 １１１左右，在自然条件下，顶煤的冒放性相对较差。 ＦＬＡＣ３Ｄ是一个三维显式有限差分程序，主要用来模拟计算 ２．２煤层节理裂隙对顶煤冒放性的影响 工程巾遇到的力学问题。ＦＬＡＣ３Ｄ可以模拟三维岩石、土壤及其 煤层都程度不同地含有地质弱面和构造，如层理、节理、裂 他材料所发生的力学行为，诸如在发生屈服破坏时所引起的塑 隙、断层及褶皱等。这些弱面将严重削弱煤体的强度而增加煤体 性流动等。模型由空间节点构成的多面体组成，任何复杂的物体 的变形性。东圪堵煤矿６—２号煤相对较硬，裂隙不是很发育，不 形状均可以模拟。 利于顶煤在支承压力作用下发生弯曲旋转进而产生破坏。 ３．１数值计算模型建立及参数 ２．３煤层夹矸对顶煤冒放性的影响 为确定东圪堵煤矿６－２号煤层的合理开采方法，应用 比煤硬的夹矸层，对顶煤的冒放性将产生不利影响。根据地 ＦＬＡＣ３Ｄ软件模拟分析了综放开采条件下的６—２号煤层顶底板 质资料，东圪堵煤矿６—２号煤层煤层赋存稳定，无夹矸层，因此 的破坏状况。 】６ｌ 张泽伟 东圪堵煤矿６－２号煤层放顶煤开采可行性分析 本刊Ｅ－ｍａｉｌ：ｂｊｂ＠ｓｘｉｎｆｏ．ｎｅｔ 科技论坛 东圪堵煤矿６－２号煤层属于近水平煤层， 此模型按二维 通过分析，可以直观地看到，随工作面推进，顶煤顶板垮落 状况不理想。在所分析的工作面各个阶段，顶煤均存在严重的滞 后垮落现象。工作面推进距离２０ ｍ、４０ ｍ、６０ ｍ、８Ｏ ｍ、１００ ｍ和 １２０ ｍ时的顶煤顶板垮落状况，基本能够反映出工作面顶煤完全 垮落、直接顶初次完全垮落、基本顶周期垮落以及正常回采时的 平面应变模型建立。煤层及顶底板岩层的厚度及强度、密度和弹 性模量等物理力学指标均按试验室数据给定。由于６—２号煤层 赋存深度较浅，距离地表约７０ ｍ。Ｉ大１此存建立模型时，模型顶端 直接模拟到地表，而没有采用等效载荷代替。模拟综放开采时， 机采高度按２．８ ｍ模拟，而顶煤则按２．５ ｍ模拟；底板模拟了１８ ｍ（不考虑分层开采时的底煤）。模型水平模拟长度为２４０ 其 顶煤顶板垮落状况，因此可以判断在整个工作面回采过程中，顶 煤的冒落状况都不理想，滞后垮落严重，顶煤同采率较低。通过 上述分析，可以得出综放开采方法不适合于东圪堵煤矿６—２号 煤层的开采。 综放开采的一个先决条件就是顶煤具有良好的冒放性，通 过对６－２号煤层埋深、煤层裂隙、煤层夹矸情况、顶板情况、采放 中两端各留５０ ｍ的边界效应区，实际模拟＿Ｔ作面走向长度为 １００ｍ，包括６ｍ的切眼宽度。 模型底端和四周边界均固定法向位移。综放开采模型和分 层开采模型划分单元和节点数均一样，均为８ ２５０个单元和 １７ １３０个节点。模型中支架用ｂｅａｍ单元模拟， 煤岩层问层理 高度比等因素的分析。可以得ｆｆｊ ６～２号煤层的顶煤冒放性一般 的结论。通过数值模拟分析顶煤有明显的滞后垮落现象，顶煤回 收率较低，综合来讲，东圪堵煤矿６－２号煤层不宜采用综采放顶 煤开采。 用ｉｎｔｅｒｆａｃｅ单元模拟。 ３．２数值计算结果及分析 煤层采用综放开采条件下的顶煤顶板垮落状况见图１。 图１ 随工作面推进放顶煤开采条件下顶煤顶板垮落状况 通过上述６—２号煤层顶煤冒放性分析与数值模拟分析，可 以看出东圪堵煤矿６—２号煤层顶煤冒放性较差，不官于采用放 顶煤开采。 参考文献 京：煤炭工业出版社，１９９９ （责任编辑：王永胜） 第一作者简介：张泽伟，男，１９８０年生，２００３年毕业于太原 理工大学矿业ｌ丁程学院资源开发与安全＿Ｔ程系，助理工程师，太 原市明仕达煤炭设计有限公司，山西省太原市，０３０００１． ［１］彭文斌．ＦＬＡＣ ３Ｄ实用教程［Ｍ］．北京：机械Ｔ业山版社， ２ｏｏ８． ［２］张顶立．综合机械化放顶煤开采采场矿山压力控制［Ｍ］．北 ｌ６２ 科技情报开发与经济 文章编号：１００５—６０３３（２０１０）２５—０１６３—０４ ＳＣＩ—ＴＥＣＨ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ＆ＥＣＯＮＯＭＹ ２０１０年第２Ｏ卷第２５期 收稿日期：２０１０—０７—１３ 梧桐庄矿密集村庄下采煤技术研究 石茂虎 （山西焦煤汾两矿业集团贺西煤矿，山西柳林，０３３３００） 摘要：在总结国内外相关技术的基础上，提出了梧桐庄矿密集村庄下采煤全局性的 技术思路和协调式跳采技术思想。根据南神岗村煤柱的开采设计分析了协调式跳采对 村庄房屋的影响，通过村庄下开采试验和地表移动观测结果分析，得出这种开采技术 对于村庄下煤炭的高效开采有着重大的意义，对其他类似条件下的“三下”采煤工作也 具有重要的指导作用。 关键词：村庄下采煤；协调式跳采；采动影响；地表变形观测 中图分类号：ＴＤ８２ 文献标识码：Ａ 坏开采方法（如条带开采），村庄下压煤损失将达６０％ ７０％，不 １梧桐庄矿井概况 梧桐庄矿井田呈三角形展布，北窄南宽，西面以Ｆ２５，Ｆ２６—１ 两断层形成的地堑与峰峰三矿为界。西北及北以地堑为界与新 但不利于现代化矿井生产效率的提高，而且储量损失严重，有违 矿井高产高效的初衷。如果村庄压煤弃之不采，日前矿井唯一可 采的２号煤层的开采期将由５２年锐减至２１年，矿井服务年限 三矿和九龙口矿相邻，东至Ｆ５断层，南至２８勘探线。南北长】５ ｋｍ，东西宽０ ｋｍ～５ ｋｍ，有效面积３７．３６ ｋｍ：。全井田地质储量 ４３ ７６９．６万ｔ，设计可利用储量２１ ０５９万ｔ，可采储量１３ ４５２万ｔ， 将大为缩短，矿井将面临更为不利的局面。 从以上分析可知，井下开采技术是解决新建矿井梧桐庄矿 大规模村庄压煤这一全局性问题的根本出路，而科学有效的开 采技术是保障房屋使用安全的技术关键。为此，提出协调式跳采 矿井设计生产能力为１２０万 ，设计服务年限８Ｏ年。现核定生 产能力３００万Ｌ，ａ，主要开采２号煤层，井田内ｌ３个村庄，受护面 积２４４．９万ｍ：，仅压２号煤层矿井储量就高达８ ０９７．９万ｔ，占总 技术方法，并进行了系统的理论与技术研究。 可采储量的５７％。在我国村庄下采煤的实践中，新建矿井即面临 ３协调式跳采技术 ３．１协调式跳采技术思想 如此大规模的村庄压煤开采问题是很罕见的，合理地解决建筑 物下采煤问题，不论是从理论上、技术上，还是从经济上对发展 煤炭科技及煤矿生产都有重要意义。 充分利用本矿井采深大、煤层中厚的特点，以村庄下开采 为中心，实行工作面协调式跳采，尽量回采村下压煤资源，避免 村下资源的低采出率和永久损失。 ２问题的提出 矿井即将投产，却面临村庄下采煤的严重局面，对于村庄压 协调式跳采技术是煤柱的分阶段开采跳采，第一阶段可以 优化开采尺寸和间隔煤柱尺寸，有效地控制地表变形，建筑物可 以处于轻微影响状态；第二阶段通过优化开采顺序，使建筑物位 于小变形区，从而保证建筑物（房屋）的使用安全。 煤，如果采用搬迁开采，资金投入太大，技术上虽可行，但经济上 未必合理，更主要的是井田内村庄无址可迁。如果采用村庄无损 Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ Ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｔｏｐ Ｃａｖｉｎｇ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｉｎｇ ｏｆ Ｎｏ。６－２ Ｃｏａｌ Ｂｅｄ ｉｎ Ｄｏｎｇｇｅｄｕ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ ＺＨＡＮＧ Ｚｅ－ｗｅｉ ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｂｅｄ ｂｕｒｉｅｄ ｄｅｐｔｈｓ，ｃｏａｌ ｂｅｄ ｆｒａｃｔｕｒｅｓ，ｍｉｎｇｌｅｄ ｇａｎｇｕｅ ｉｎ ｃｏａｌ ｂｅｄ，ｒｏｏｆ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｍｉｎｉｎｇ ｈｅｉｇｈｔ ｔｏ ｃａｖｉｎｇ ｈｅｉｇｈｔ，ｅｔｃ．ｏｆ Ｎｏ．６－２ ｃｏａｌ ｂｅｄ，ｐｏｉｎｔｓ ｏｕｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃａｖｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｔｏｐ ｃｏａｌ ｏｆ Ｎｏ．６—２ ｃｏａｌ ｂｅｄ ｉｓ ＳＯ ＳＯ，ａｎｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｄｒａｗｓ ａ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｏｐ ｃｏａｌ ｈａｓ ｏｂｖｉｏｕｓ ｌａｇｇｅｄ ｃａｖｉｎｇ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｒａｔｅ ｏｆ ｔｏｐ ｃｏａｌ ｉｓ ｌｏｗｅｒ，ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ ｔｈｅ ｆｕｌｌｙ—ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ ｍｉｎｉｎｇ ｉｓ ｎｏｔ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ Ｎｏ．６－２ ｃｏａｌ ｂｅｄ ｏｆ Ｄｏｎｇｇｅｄｕ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ． ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ：ｔｏｐ ｃａｖｉｎｇ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ；ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｃａｖｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｙ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ １６３
