浅谈“三下”压煤开采方法

孙强

鸡西市国土资源局黑龙江鸡西158100

摘要：我国“三下”压煤量大，严重制约了煤炭的正常开采，降低了开采回采率，增加了开采成本。为了解放“三下”压覆的煤量，各煤炭企业都积极进行“三下”压煤开采，积累了大量经验、方法。

关键词：“三下”压煤；开采；方法

一、前言

“三下”压煤一般是指建（构）物下、铁路下、水体下压覆的煤炭资源。目前我国煤矿“三下”压煤约为137.9亿吨，严重影响了煤炭资源的正常开采。如何安全、经济解决“三下”压覆的煤量是国内、外专家一直在努力的方向。本人自从毕业以来多次参与“三下”压煤开采方法的研究，对国内一些“三下”压煤开采方法进行了总结分析。国内的“三下”开采技术分为二类：一类是地下开采保护技术；另一类是建筑结构保护技术。

一、地下开采保护技术

控制采煤区地表沉降关键在于控制覆岩的下沉，最终达到保护地面建筑设施，使之受采动损害程度最小的目的。矿区地表沉陷控制方法主要分10类。

1、留设保护煤柱法

此法多用于保护工业广场、井筒及重要建筑物或用于浅部开采。针对不同的保护对象，按要求留设一定尺寸的保护煤柱，对煤柱外的煤炭资源加以回采。这种方法对于保护地面建筑与设施无疑是最有效的，但造成煤炭资源的损失；同时，由于煤柱留设尺寸的特殊性，使得柱外采区与工作面布设难度增大，影响高效生产。此方法经常作为重要建（构）筑物及基础设施下的开采措施。

2、井下采空区充填法

井下采空区充填方法是一项比较成熟的控制地表沉降措施，不仅可以大大减小覆岩的破坏程度，而且可使地表下沉值大幅度减少。根据具体保护对象，可选择水砂充填、风力充填、矸石自溜充填、矸石带状充填等。此方法的不足在于开采工序增多，影响生产效率，生产成本及矿井建设投资增大。但在煤炭效益比较好的地区，此方法被广泛地应用。采取此方法缺点是影响矿井高产高效及经济效益的提高。

3、局部开采法

局部开采法主要包括条带开采法、房柱开采法及限厚开采法等。该开采法在保证地面不出现波浪式下沉的前提下，选择适当的采留比，可回收煤炭资源40%~65%，目前在我国应用较多。但此法既浪费煤炭资源，也不利于安全生产，影响生产效率，且使生产成本大幅度增加。

鸡西矿业公司利用条带法，成功地进行了杏花矿东风村建筑物下重复开采，累计采煤35万吨，地面房屋没有受到破坏。技术达到国内先进水平，此方法回收率较低，但可应用到重要建筑物下开采。

4、离层带充填法

覆岩离层带高压注浆减缓地表沉降技术，就是通过地面钻孔向采空区上方覆岩中的离层带高压注入液体充填材料，以控制覆岩下沉为途径，最终实现控制地表沉降的目的。此方法由阜新矿业学院在1986~1988年间与抚顺矿务局共同开发研制而成，是一项新兴的覆岩控制技术。目前，已在开滦、大屯、新汶、兖州、丰城等矿区推广应用，效果良好。其最大特点是井上下互不干扰，无需改变现有矿井的开拓生产系统，不会造成资源浪费，有利高产高效生产。

5、无煤柱开采方法

无煤柱开采关键在于开采深度与开采厚度之比，一般说来，深厚比越小，地表变形越严重，建筑物受到的影响也越大。当深厚比H/M>160，可以进行无煤开采，因为不论房屋位于什么位置，长轴方向如何，房屋只受到轻度破坏，如果房屋长度大于30m，并且位于采区边界上方最大变形区，将可能遭到中度破坏，因此对大多数房屋进行维修，不用搬迁处理。

6、间歇开采方法

间歇开采就是在煤柱内一次只允许回采一个煤层（或分层），第二个煤层（或分层）的回采，要在第一个煤层（或分层）回采结束，地表移动基本稳定后才能进行，以消除或减少多个煤层开采影响的累加。

7、长工面开采方法

长工作面开采就是利用长工作面形成的地表下沉盆地中央稳定后变形值很小的特点，使建筑物位于稳定后地表下沉盆地的中央区。当煤柱面积较小时布置一个工作面，煤柱面积较大时布置多个工作面。应用该技术的条件要求开采后潜水位的变化不影响建筑物的正常使用。

8、协调开采方法

协调开采就是数个煤层或分层同时进行开采，使所产生的地表拉伸变形和压缩变形互相抵消，以达到减少开采对地表的影响。协调开采的主要方法有以下几种：

a、数个煤层协调开采

两个或多个煤层同时开采时，如果将这些煤层的工作面互相错开一定距离，使开采一个煤层所产生的地表压缩变形区准确地位于开采另一个煤层开采所产生的地表拉伸变形区内，这样，地表的变形值就可以抵消一部分，从而减少对建筑物和构筑物的有害影响。

b、数个分层协调开采

若将厚煤层的数个分层同时开采，各分层工作面之间错开一定距离，同样可以使地表变形抵消一部分。

9、连续开采方法

在开采面积大的煤柱时，一般应连续开采，不允许过久地停顿，因为每过久地停顿一次，就会形成一个永久性的开采边界，使本来只承受动态变形值的地方发展为承受静态变形值。

10、工作面平行或垂直建筑物长轴

建筑物抗变形能力与它的平面形状有一定的关系。矩形建筑物长轴方向抗变形能力较小，短轴方向变形能力较大，可利用这一特点来布置工作面。当建筑物位于回采区段周边以内时，长壁工作面应平行于建筑物的长轴布置，建筑物位于回采区段周边以外时，长壁工作面应垂直于建筑物长轴方向布置；尽量避免工作面与建筑物长轴斜交。

二、建筑结构保护技术

在建筑物下采煤时，如果仅仅采取采矿措施，则不能避免地表变形对建筑的破坏。要使建筑物能够抵抗地表变形的影响，还对建筑物采取一定的结构措施。主要分为二类：一是设置钢筋混凝土圈梁和构造柱；二是设置变形缝及滑动层。

1、设置钢筋混凝土圈梁和构造柱

钢筋混凝土圈梁一般设置在建筑物外墙上，按其在建筑物上设置部位的不同，可分为基础圈梁和墙壁圈梁。设置钢筋混凝土圈梁能够增强建筑物的刚度和整体性，提高砖石砌体的抗弯、抗剪和抗拉强度，能在一定程度上防止或减少裂缝的出现。

在建筑物墙体内设置钢筋混凝土构造柱，能增加建筑物的整体刚度，提高墙壁的抗剪切度。

2、设置变形缝及滑动层

用变形缝将建筑物由屋顶到基础分成若干个彼此独立、长度较小、刚度均匀和自成变形体系的单体，可减小建筑物地基反力的不均匀性，提高建筑物抵抗地表变形的能力，减少建筑物承受的附加作用力。对于长度过大的建筑物，可每隔20m左右设置变形缝，另外在平面形状复杂建筑物的转折部位、有高度差异处和建筑结构（包括基础）类型不同处均应设置变形缝。

在建筑物基础与基础圈梁之间设置水平滑动层是提高建筑物适应地表变形力的有效措施之一。水平滑动层能够吸收大量的地表水平变形，减小地表水平变形引起的建筑物所受的附加作用力。

三、建议

1、“三下”采煤是关系到矿井生产能力、提高经济效益的重大课题，因此各矿要成立专门的机构研究和开展这项工作，根据本矿区观测成果及煤柱留设、“三下”采煤实践经验，制订符合本矿区特点的《保护煤柱留设和“三下”采煤技术规定细则》，提出“三下”采煤近期和长期计划，与科研单位合作，积极开展“三下”采煤科学试验工作，在科技兴矿方面取得更大进步。

2、今后新井建设要与井下开采相结合，尽量不压煤；生产矿井地面建设要查清井上下关系，不能压煤建设。

3、开拓布置要与“三下”开采相结合，并尽可能地为“三下”开采创造有利条件。

4、对公路、铁路下采煤，煤层最小深度中的基岩厚度必须大于冒落带高度，小于冒落带高度的留煤柱，大于冒落带高度的不留煤柱。

5、含水砂层下采煤，必须留足安全防水煤柱，要有严格的防止抽冒措施。