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三煤層露頭煤安全開(kāi)采技術(shù)研究

文檔作者：謝強(qiáng)，謝斌文檔來(lái)源：山東能源肥礦集團(tuán)曹莊煤礦		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年12月09日
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煤礦現(xiàn)代化 2013年第5期 總第1 16期
三煤層露頭煤安全開(kāi)采技術(shù)研究
謝強(qiáng)，謝斌
(山東能源肥礦集團(tuán)曹莊煤礦，山東肥城271601)
摘 要 井下實(shí)際探查基巖厚度，查明風(fēng)化基巖的力學(xué)性質(zhì)、透水性、含水性及第四系底部砂礫巖的
含水性。根據(jù)基巖性質(zhì)及透水性，科學(xué)合理地留設(shè)巖帽，確定開(kāi)采上限。對(duì)露頭煤附近20～25m垂厚范
圍內(nèi)進(jìn)行限厚開(kāi)采，大大提高了煤炭資源回收率，有效延長(zhǎng)了礦井服務(wù)年限，增加了礦井的經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞三煤層；露頭煤；限厚開(kāi)采
中圖分類(lèi)號(hào)：TD822．1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1009—0797(2013)05—0l16一O3
曹莊井田位于肥城煤田的中東部，井田面積
9．83km：，為水文地質(zhì)條件復(fù)雜型礦井。隨開(kāi)采水平的
延伸，受水威脅程度愈加嚴(yán)重，受水威脅煤量比例逐
年增加，開(kāi)采成本逐年提高，現(xiàn)有的防治水措施還不
能保證水文地質(zhì)條件復(fù)雜塊段工作面的安全回采。
截止2012年底，剩余可采儲(chǔ)量1648．7萬(wàn)t，其中受水
威脅煤量1192．4萬(wàn)t，占可采儲(chǔ)量的72．32％，且呈現(xiàn)
增長(zhǎng)趨勢(shì)，剩余上組煤有效量?jī)H為96．9萬(wàn)t，占可采
儲(chǔ)量的5．88％。因此，尋找煤質(zhì)好、效益高、開(kāi)采成本
低的上組煤成為當(dāng)前工作的重點(diǎn)，本文就是在此背
景下進(jìn)行的課題攻關(guān)，目的是提高煤炭資源回收率，
延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限，研究對(duì)象為已開(kāi)采的3100采區(qū)
露頭煤
l 技術(shù)要點(diǎn)
(1)井下實(shí)際探查基巖厚度，查明風(fēng)化基巖的力
學(xué)性質(zhì)、透水性、含水性及第四系底部砂礫巖的含水
性。
(2)根據(jù)基巖性質(zhì)及其透水性，科學(xué)合理地留設(shè)
巖帽，確定開(kāi)采上限。
(3)在不違反技術(shù)管理規(guī)定的前提下，對(duì)露頭煤
附近20～25m垂厚范圍內(nèi)進(jìn)行限厚開(kāi)采，垂厚大于
25m范圍內(nèi)進(jìn)行分層開(kāi)采，大大提高了煤炭資源回
收率
2 技術(shù)工作報(bào)告
2．1 3100采區(qū)概況
3100采區(qū)為上組煤一120m水平東翼上山采區(qū)，
分東西兩翼開(kāi)采，其中西翼采區(qū)已于1984年回采完
畢，東翼采區(qū)因曹莊村壓煤未進(jìn)行回采。原采區(qū)開(kāi)采
上限定為25m基巖線或3煤層的氧化帶下限，實(shí)際
回采時(shí)，部分首采面的開(kāi)采上限更低。現(xiàn)通過(guò)分析，
在該區(qū)露頭附近通過(guò)做適當(dāng)?shù)墓ぷ?，部分?chǔ)量還可
以回收。
區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造較簡(jiǎn)單，主要有三條斜交斷層，對(duì)
回采影響不大。煤層傾向N17。W ～N82。W，走向
在區(qū)內(nèi)中部發(fā)生彎轉(zhuǎn)。煤層傾角11?！玪8。，平均
l5o，煤3兩極厚1．7～5．45m，平均4．72m，其中靠近
露頭處的煤層由于風(fēng)化原因而變薄。
2．2 第四系沖積層特征
區(qū)內(nèi)第四系沖積層厚48～75．37m，含水砂體多
呈透鏡狀分布，不穩(wěn)定，下部以不透水或微弱透水的
粘土、亞粘土層為主，與基巖含水層無(wú)水力聯(lián)系，回
采塌陷坑形成積水后也未發(fā)生底部滲漏現(xiàn)象。
2-3 打鉆探查
為查清基巖厚度，分析風(fēng)化基巖及第四系底部
砂礫巖的含水性，同時(shí)為選擇合理的防水煤柱計(jì)算
公式提供依據(jù)，留足巖帽，須井下打鉆探查基巖厚
度。為此在該區(qū)的3101(里)、3102、3104(里)工作面露
頭附近施工了4個(gè)探查鉆孔。(見(jiàn)表1)
通過(guò)探查，得出以下結(jié)論：
(1)20m基巖范圍內(nèi)已風(fēng)化，強(qiáng)度低，不含水、不
導(dǎo)水。
(2)第四系底部砂礫巖含水性差，無(wú)補(bǔ)給水源。
(3)查清了基巖厚度。
上述結(jié)論為露頭煤防水煤柱的留設(shè)計(jì)算提供了
依據(jù)。
2．4 防水煤柱留設(shè)計(jì)算
表l 鉆孑L參數(shù)表
· ll6·
煤礦現(xiàn)代化 2013年第5期 總第1 16期
根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)
與壓煤開(kāi)采規(guī)程》：露頭煤開(kāi)采須留足巖帽，其垂高
(H )應(yīng)大于或等于導(dǎo)水裂隙帶的最大高度(H )加上保
護(hù)層厚度(Hh)，即H ≥H。i+Hh。(如圖1所示)
圖1 防水安全煤柱設(shè)計(jì)
(1)導(dǎo)水裂隙帶高度計(jì)算。
根據(jù)鉆探資料分析：本區(qū)露頭煤附近基巖風(fēng)化，
透水性弱，且第四系底部砂礫巖含水性弱，可以按
《規(guī)程》中防砂安全煤柱計(jì)算巖帽高度。(公式見(jiàn)表2)
表2 緩、中傾斜煤層(0～54。)導(dǎo)水裂隙帶計(jì)算公式
巖一性 計(jì)算公式
堅(jiān)硬(40～8OMPa)
中硬(20～4OMPa)
軟弱(10～20MPa)
極軟弱(3．5m)時(shí)，保護(hù)巖帽不得小于采高的
5倍。并結(jié)合上述防水煤柱高度的計(jì)算，開(kāi)采上限定
為20m基巖線。
在確保安全的情況下采用以下采煤方法：
(1)基巖厚度20～25m范圍內(nèi)，實(shí)行限厚開(kāi)采，
采高為2．4m。
(2)基巖厚度≥25m范圍，實(shí)行分層開(kāi)采，每層
采高為2．4m。
由上面的分析結(jié)論，并結(jié)合鉆探資料，3100采區(qū)
的3101(里)、3102、3104(里)-L作面的開(kāi)采上限及采
煤方法分別如下：(見(jiàn)表4)
表4 開(kāi)采上限及采煤方法表
3 經(jīng)濟(jì)效益分析
通過(guò)上面的分析及計(jì)算，對(duì)基巖厚度20～25m
之間的3煤層露頭煤進(jìn)行限厚開(kāi)采，技術(shù)上是可行
的，安全上是有保證的，經(jīng)濟(jì)效益是可觀的。目前，
3102工作面已安全回采出煤量3萬(wàn)t。(見(jiàn)表5)
表5 3100采區(qū)解放及采出煤量表
名稱(chēng) 范圍(m) (m fm1 歷D (萬(wàn)t) 益(萬(wàn)元) 益(萬(wàn)元)
經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算依據(jù)：
(1)直接經(jīng)濟(jì)效益：該成果目前已采出煤3萬(wàn)t，
噸煤利潤(rùn)為0．O3萬(wàn)元，計(jì)算效益：30000×0．03=900
萬(wàn)元。
(2)間接經(jīng)濟(jì)效益：該成果總解放儲(chǔ)量7．1966萬(wàn)
噸，噸煤利潤(rùn)為0．03萬(wàn)元，計(jì)算效益：71966×
0．03：2158．98萬(wàn)元。
4 結(jié)束語(yǔ)
(1)通過(guò)鉆探方式查清基巖厚度，分析其透水性
及力學(xué)性質(zhì)，查明第四系底部砂礫巖含水性，為防水
煤柱留設(shè)計(jì)算提供了依據(jù)。
(2)在不違反技術(shù)管理規(guī)定前提下，對(duì)露頭煤附
近20～25m垂厚范圍內(nèi)進(jìn)行限厚開(kāi)采，對(duì)垂厚大于
25m范圍內(nèi)進(jìn)行分層開(kāi)采，是一大創(chuàng)新點(diǎn)。
(3)實(shí)踐證明，對(duì)基巖厚度20～25m之間的3煤
層露頭煤進(jìn)行限厚開(kāi)采，技術(shù)上是可行的，安全上是
有保證的，經(jīng)濟(jì)效益是可觀的，也為其他露頭煤的開(kāi)
· 1l7·
2 地％
～
煤礦現(xiàn)代化 2013-r第5期 總第1 16期
前方交會(huì)法在圓筒形高聳建筑物傾斜變形測(cè)量中的應(yīng)用
高學(xué)芹。楊維祥
(1．煤炭建筑工程學(xué)校，江蘇徐 li 221008；2．岱莊生建煤礦，山東微山277606)
摘要本文采用前方交會(huì)和水平角相結(jié)合的方法，不需要測(cè)量假定坐標(biāo)的而對(duì)煙囪進(jìn)行傾斜變形
測(cè)量，簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)處理，方法簡(jiǎn)單、易行。
關(guān)鍵詞 高聳建筑物；傾斜變形；前方交匯；數(shù)據(jù)處理
中圖分類(lèi)號(hào)：TU454 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1009—0797(2013)05—0118—02
1 前言
山東省岱莊生建煤礦工業(yè)廣場(chǎng)地面一座高約38
米的煙囪，近來(lái)發(fā)生傾斜，為了準(zhǔn)確判斷煙囪的傾斜
程度，對(duì)煙囪傾斜變形進(jìn)行了觀測(cè)?？v橫軸線法和前
方交會(huì)法是高聳建筑物(如鐵塔、水塔、煙囪等)傾斜
變形測(cè)量的常用觀測(cè)方法，由于煙囪的水平斷面一
般都是圓形，底部中心在煙囪的內(nèi)部，無(wú)法直接測(cè)定
底部中心的坐標(biāo)，因此我們采用前方交匯法進(jìn)行煙
囪傾斜變形測(cè)量。
2 傾斜變量測(cè)量方法
常用的前方交匯法傾斜變形觀測(cè)，一般直接測(cè)
定煙囪頂?shù)椎募俣ㄗ鴺?biāo)，然后根據(jù)坐標(biāo)差計(jì)算煙囪
頂部相對(duì)于底部的水平位移量(即水平變形量)。由
于此次傾斜變形測(cè)量，不需要確定傾斜方向，只求煙
囪的傾斜程度，同時(shí)對(duì)精度要求也不是很高。眾所周
知，建筑物的傾斜程度i，
i-(q，h)×1000％e
式中：q為偏移量；h為煙囪垂直高度。
此次觀測(cè)中，我們采用前方交會(huì)和水平角法，在
煙囪外圍大致垂直的兩方向上各選取兩點(diǎn)作為基準(zhǔn)
點(diǎn)，以此兩點(diǎn)互為觀測(cè)零方向，按方向觀測(cè)法分別觀
測(cè)煙囪外壁左右兩側(cè)等高度位置切點(diǎn)處的方向值。
然后根據(jù)余弦定理直接求出偏移量和煙囪垂高，從
而確定煙囪傾斜率。如圖1所示。
圖1 煙囪傾斜觀測(cè)示意圖
設(shè)煙囪頂部中心為O ，在底部的投影點(diǎn)位O ，
煙囪底部中心點(diǎn)為O點(diǎn)。先在距離煙囪約70～90m左
右的地方建立2個(gè)測(cè)站點(diǎn)A和B(AB能通視)，兩測(cè)
站點(diǎn)分別與煙囪中心連線AO和BO大約垂直。
由于煙囪底部中心O和頂部中心O 無(wú)法直接
確定，沒(méi)有明確的標(biāo)志點(diǎn)，而煙囪是圓筒形，因此我
采提供了寶貴的借鑒經(jīng)驗(yàn)。
參考文獻(xiàn)：
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大學(xué)出版社．
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河北煤炭，2007(2)．
[5】于克君．一種確定煤層長(zhǎng)壁開(kāi)采頂板”兩帶”高度的新方
法[J1_西部探礦工程，2001(4)．
【6】宋淑光．第四系砂層水防治方法的研究與探索【J】．山東煤
· l1 8·
炭科技．2007(6)：63—64
作者簡(jiǎn)介：
[11謝強(qiáng)，1982年3月29日出生，男，2004年畢業(yè)于山東輕
工業(yè)學(xué)院化學(xué)工程系，本科學(xué)歷。2004年l1月參加工作，
現(xiàn)任山東能源肥礦集團(tuán)曹莊煤礦地測(cè)科技術(shù)員?，F(xiàn)職稱(chēng)
助理工程師，從事礦壓觀測(cè)，地質(zhì)測(cè)量專(zhuān)業(yè)工作。
【2】謝斌，1980年3月19日出生，男，1998年至2000年江西
省第一工業(yè)學(xué)校電子技術(shù)與應(yīng)用專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)，2000年參加
工作，2000年至2009年山東省肥城礦業(yè)集團(tuán)曹莊礦機(jī)電
科技術(shù)員，2009年至今山東省肥城礦業(yè)集團(tuán)曹莊礦綜采
隊(duì)技術(shù)員。現(xiàn)職稱(chēng)助理工程師，從事現(xiàn)場(chǎng)采礦過(guò)程中特殊
工藝研究。 (收稿日期：2013—5—16)

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