煤矿开采技术课件.pptx

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1、一、上行开采研究现状 煤层间、厚煤层分层间及煤组间先采标高低的煤层、分层或煤组，后采标高高的煤层、分层或煤组称为上行式开采顺序，反之，则称为下行式开采顺序。按下行式开采顺序是开采方法的一般技术原则，也是生产矿井常用的开采方法，但在特殊地质和开采条件下，上行式开采顺序在技术、经济或安全方面可能优于下行式开采顺序。按先采的分层、煤层或煤组相对于未采的对应部分，如图，上行式开采顺序可分为煤层间上行式开采、分层间上行式开采和煤组间上行式开采。图1 厚煤层分层间、煤层间和煤组间上行式开采顺序(a)先采m2 煤层，后采m1 煤层，煤层间上行开采；(b)先采第3 分层，而后采第2 分层，最后采第1 分层，分

2、层间上行开采；(c)先采第组煤层，后采第组煤层，煤组间上行式开采 在上行式开采顺序条件下，根据煤层开采后采空区的处理方式，有厚煤层分层充填上行开采、厚煤层分层恒底式上行开采和煤层群垮落上行开采。用水砂充填采煤法分层开采厚煤层时，各分层间要采用上行式开采顺序，只有这样，后采的各分层的顶板总是完整的实体煤，而不是松散的充填材料。（一）波兰1 当下部开采一个煤层时，采动影响倍数K 6 时,可以上行开采;当K 6 时，不宜上行开采。2 当下部开采多个煤层时，综合采动影响倍数，成功进行上行开采；当 时，上煤层不同程度破坏，采取技术措施，可上行开采。3 采用充填法上行开采时，可正常上行开采。4 上下层开采

3、间隔时间为1 年以上。（二）前苏联1.煤层时，下部采一个煤层时，K 10，成功进行上行开采；K 10 时，采取一定措施，可上行开采。2.煤层 45 时，K 8，可上行开采。3.开采煤层时，上、下层间隔时间为3-12 个月。开采煤层时，上、下层间隔时间为3-10 个月。二、煤层间垮落上行顺序采煤法（一）近水平、缓倾斜和中倾斜煤层煤层间垮落上行顺序采煤的条件 煤层相距较近时用垮落法处理采空区，先采下煤层后，上煤层将随下煤层采空区上覆岩层垮落，遭受破坏，严重时上煤层无法开采。因此煤层间一般采用下行式开采顺序。在某些特定条件下，下行式开采顺序可能限制矿井生产能力的增长和新建矿井的建设速度，增加巷道工程

4、量和维护量，在开采技术、经济效益和安全生产方面并不是最优的，而上行式开采顺序在特定条件下能够避免上述缺陷，并有独特的作用。1、可以采用上行式采煤的条件 其先决条件是：先采下部的煤层不破坏上部煤层的完整性和连续性，且能给矿井带来较大经济效益。（1）上部煤层为劣质煤或薄煤层或不稳定煤层，开采困难，下部煤层为厚煤层，上下煤层间距较大，开采设备利用率、经济效益和矿井达产期因开采顺序不同而差别很大；（2）上部煤层开拓困难，需要巨额投资，下部煤层开拓容易，且上下煤层间距较大；（3）下部煤层为国家急需的煤种。2、采用上行式采煤的条件其先决条件是：在安全上和技术上是优越的。（1）需要采用上部煤层有冲击地压危险

5、或有煤与瓦斯突出危险，下部煤层作为解放层开采。（2）上部煤层含水丰富，先采下部煤层有利于疏水。（3）上部煤层的顶板为坚硬顶板，需要降低上部煤层顶板的周期来压强度。（4）采用条带采煤法开采有一定层间距的多层煤层，为使保留条带不受重复开采影响。（5）深矿井开采中，先采下煤层有利于实现矿井高产高效，有利于改善上煤层的巷道维护条件及经济技术指标。（6）复采采空区上部遗留的煤炭资源。采空区上部遗留煤炭资源的原因：地质勘探不详，在已采煤层上部又发现了可采煤层。设计时把薄及不稳定煤层划分为不可采煤层，生产过程中又发现可采，但已来不及布置采煤工作面，只好丢弃了上部煤层而采下部煤层。因生产任务及经济效益，必须先

6、开采下部主采煤层，而主采煤层与上部非主采煤层在空间上的开采错距未拉开，只好注销上部非主采煤层的部分储量。因下行开采顺序与采区布署和生产能力之间产生矛盾，而丢弃了上部非主要煤层的部分储量。解放前，帝国主义对我国煤炭资源进行掠夺式开采，使上部非主采煤层大量丢弃。对于上述丢弃的煤炭资源，只需增加少量巷道工程量，就可以回收，特别是对于一些储量不足的老矿区或矿井，利用已有井巷和设备开采这些遗弃的煤炭资源，对于延长矿区和矿井寿命，具有重要的现实意义。（二）影响煤层（群）上行开采的主要因素1、层间距 煤层（群）上行开采的生产实践及科学研究证明，足够的层间距是上行开采的基本条件。上、下煤层的层间距（或H/M）

7、越大，上覆煤层移动越平缓，倾斜、曲率等各种变形值越小，越有利于上行开采。反之，层间距（或H/M）越小，上覆煤层变形愈剧烈，甚至出现台阶下沉。采场上覆岩层的垮落性破坏及台阶错动是影响上行开采的最大障碍。当上、下煤层的层间距大于下煤层的垮落带最大高度时，上煤层发生合阶错动的机率就小，采取一定技术措施，一般可以上行开采。2、采高 采高是影响上覆岩层破坏状况及其高度的根本因素。采高越大，采出的空间越高，采场上覆岩层结构可能获得平衡的机率就越小，势必导致采场上覆岩层的严重破坏。一般采高越大，上煤层的下沉越大，各种变形值也增大。开采单一煤层及厚煤层第一分层时，垮落带及断裂带高度与采高基本上成正比关系。在分

8、层开采厚煤层时，垮落带及断裂带高度与累计采高成分式函数关系。当分层数增加时，此两带高度趋于稳定并略有下降。3、采煤方法 采煤方法是控制覆岩破坏高度的重要因素。如前所述，厚煤层分层开采可以使垮落带和断裂带的发育高度有所降低。这是由于重复采动时，已被破坏的上覆岩层的力学性质进一步软化。这时，采空区的空间主要由上覆岩层的整体弯曲来充填。因而，地表或覆岩下沉量大、下沉速度快及波及地表或覆岩的时间短。采煤方法中，其顶板管理方式决定着覆岩破坏的空间形态和高度。全部垮落法管理顶板时，采场上覆岩层一般都形成“三带”。而采用充填法管理顶板时，一般只引起覆岩的开裂性破坏，顶板下沉量要比全部垮落法小；顶板下沉量随采

9、高而变化。采用充填法管理顶板后的直接顶，相当于用全部垮 采用充填法管理顶板后的直接顶，相当于用全部垮落法的裂隙带。因此，采用充填法时的采高 落法的裂隙带。因此，采用充填法时的采高M M。相当于同。相当于同样条件下使用全部垮落法的垮落带高度 样条件下使用全部垮落法的垮落带高度h h 加上采高 加上采高M M，即，即M M。=（Kp/Kp Kp/Kp 一 一1 1）M M，也就是说，用充填法时的采高，也就是说，用充填法时的采高M M。相当于用全部垮落法时的采高的（。相当于用全部垮落法时的采高的（Kp/Kp Kp/Kp 一 一1 1）倍。或）倍。或者说垮落法的采高相当于采用充填法的采高的（者说垮落法

10、的采高相当于采用充填法的采高的（Kp Kp 一 一1/1/Kp Kp）；采用充填法的采高相当于采用垮落法时的采高缩小）；采用充填法的采高相当于采用垮落法时的采高缩小了 了1 1 一 一(Kp(Kp 一 一1/Kp)1/Kp)。顶板下沉量与采高成正比关系。因。顶板下沉量与采高成正比关系。因此，采用充填法时的顶板下沉相当于垮落法时的（此，采用充填法时的顶板下沉相当于垮落法时的（Kp Kp 一 一1/1/Kp Kp）。）。n n 4、岩性及层间结构 岩石力学性质及层间结构影响覆岩破坏的高度。当顶板岩石硬度较高时，垮落带和断裂带的发育较高。在垮落过程中标，顶板下沉量较小，采空区空间高，垮落过程较充分。

11、因此，岩层主要以断块充填采空区。当顶板岩石强度较低时，在垮落过程中，覆岩下沉量较大，采空区高度不断缩小，垮落过程发育不充分，主要以岩层弯曲充填采空区。因此，垮落带及断裂带发育较低。n n 当直接顶的厚度大于（1/Kp 一1）倍采高时，垮落矸石充满采空区，其上覆岩层在断裂下沉中易于形成平衡岩层结构，位于平衡岩层之上的煤层将缓慢下沉，有利于上行开采。n n 当顶板赋存有节理裂隙发育的石灰岩或坚硬砂岩时，这些岩层在下沉过程中易于形成缓慢下沉。显然，上覆岩（煤）层将均匀下沉，有利于上行开采。5、煤层倾角 煤层倾角主要影响采场上覆岩层破坏的空间形态。缓倾斜煤层，采场顶板岩层冒落后就地堆积。在采空区边界，

12、由于煤柱支撑，剪切应力大，因此，垮落带及断裂带发育较中部高。倾斜煤层，随倾角增大，采场顶板岩层垮落后会沿煤层底板向下滚动。煤层倾斜下方的顶板受矸石充填，垮落不充分，而倾斜上方的岩层失去垮落矸石的支承，岩层垮落充分。因此，垮落带和断裂隙的不对称，倾斜上方高，倾斜下方低。急倾斜煤层，采空区垮落矸石下滑，上部岩层垮落更充分，垮落带及断裂带的分布形态明显更向上部边界发展。同时，媒层底板亦可发生滑脱来充填采空区。n n66、时间、时间n n 煤层采出之后，覆岩垮落、移动至移动稳定，煤层采出之后，覆岩垮落、移动至移动稳定，有一个时间发展过程。据实测资料，当覆岩为坚有一个时间发展过程。据实测资料，当覆岩为坚

13、硬岩层时，断裂带发展到最高后，达到稳定，一硬岩层时，断裂带发展到最高后，达到稳定，一般历时般历时2244个月，顶板为中硬岩层时，断裂带发个月，顶板为中硬岩层时，断裂带发育到最高后，稳定，一般历时为育到最高后，稳定，一般历时为1133个月；当顶个月；当顶板为软岩层时，断裂带发展到最高而后稳定的时板为软岩层时，断裂带发展到最高而后稳定的时间一般为间一般为1122个月、总之，上行开采时，上、下个月、总之，上行开采时，上、下煤层的开采应间隔足够的时祠。否则，即是有足煤层的开采应间隔足够的时祠。否则，即是有足够的层间距，开采上煤层也会遇到困难够的层间距，开采上煤层也会遇到困难（三）近水平、缓倾斜和中倾斜

14、煤层煤层间垮落上行顺序开采的判别方法 上下煤层之间的层间距和下位煤层的采厚是影响上行顺序开采的主要技术因素，煤层间或煤层群间能否采用上行式开采的各种判别方法都是围绕层间距和采厚进行的。1、比值判别法1）两层煤间的判别上下煤层层间距与下煤层厚度的比值K 计算如图6-7 和（6-1）式：（6-1）n 式中 K上下煤层层间距与下煤层采厚的比值；n H上下煤层层间距，m；n M2下位m2 煤层的采厚，m。我国垮落上行顺序开采的生产实践和研究证明，当比值K 7.5 时，先采下位m2 煤层后，在上位m1 煤层中可以进行正常采掘活动。图6-7 两层煤层上行顺序2）多层煤间的判别有n+1 层煤层，m1 煤层之

15、下有n 层煤，当先采下部n 层煤时，用综合比值Kz 判别，如图6-8 和（6-2）式。（6-2）式中 Kz 综合比值；H1、H2.HnM2、M3、Mn+1 煤层分别与M1 煤层的距离，m；M2、M3 Mn+1 分别为m 2、m 3 m n+1 煤层的厚度，m。我国垮落上行顺序开采的生产实践和研究表明，当综合比值Kz 6.3 时，m1 煤层之下的n 层煤层先采后，在m1 煤层中可以进行正常采掘活动。2、“三带”判别法1）三带判别法的基本观点 当上位煤层位于下位煤层开采引起的垮落带之内时，上位煤层的结构遭到严重破坏，下位煤层先采后上位煤层无法开采；当上位煤层位于下位煤层开采引起的断裂带之内时，上位煤层的结构只发生中等程度破坏，下位煤层开采后，采取一定技术和安全措施，上位煤层可以开采；当上位煤层位于下位煤层开采引起的断裂带之外时，上位煤层只产生整体移动，结构不受破坏，下位煤层开采后，上位煤层可以正常开采。2）垮落带和断裂带高度计算 对应于不同的岩性，下位煤层开采后，上覆岩层中形成的垮落带和断裂带高度的计算可用表1、表2 给出的公式计算。