三下采煤新技术应用与煤柱留设及压煤开采规程实用手册

浅谈充填采煤技术在开采“三下”压煤中的应用文章介绍了目前我国“三下”采煤的主要技术，对发展迅速的充填采煤技术分别从固体充填、水力充填、胶结充填等三个方面进行了着重论述，提出了充填采煤技术设计体系，希望对煤矿充填开采提供参考。

标签：“三下”采煤；充填采煤；绿色开采1 概述我国煤炭资源丰富，目前累计查明资源储量约1150亿吨，煤炭在我国一次能源消费结构中所占比重达到70%，未来以煤炭供给为主的能源格局短期内不会改变，实现煤炭的绿色开采和清洁高效利用是解决能源问题、环境问题、保障国家能源安全的最主要途径。

当前我国“三下”压煤量已达到140亿吨，占累计查明资源储量的12%。

随着国民经济和国家建设的快速发展，“三下”压煤量还将持续增加，这不但造成了煤炭资源的巨大浪费，也严重制约着矿区的可持续发展。

因地制宜的推广应用充填采煤技术成为解放“三下”压煤、保护煤炭资源、实现绿色开采、构建和谐矿区的重要措施。

2 我国“三下”采煤技术现状目前，我国“三下”采煤技术主要有离层注浆、条带开采、充填开采。

离层注浆是将粉煤灰、水泥、胶结物等制备而成的浆料通过钻孔注入煤层上覆围岩的离层空间，浆料凝结后对上覆围岩特别是关键岩层起到支撑作用，从而减少采煤活动对地表的影响。

我国20世纪80年代在抚顺老虎台煤矿、大屯徐庄煤矿、新汉华丰煤矿等地进行了离层注浆实验，取得了一定的效果和经验，但该技术尚不能非常有效的控制地表下沉。

条带开采是将采区或盘区划分成较为规则的条带，相邻条带间隔开采，上覆围岩的重量将由保留的条带煤柱进行支撑，从而使地表只产生较小的移动或变形。

条带开采在我国东北、河南等地区得到了应用，该技术虽然便于实施，但是该技术本身必然会降低资源回收率，回采巷道每次仅能服务一个工作面使得吨煤掘进率高，另外在防治煤层瓦斯、煤层自燃等方面也会增加难度。

充填开采就是把充填物（如矸石、砂浆等物料）通过专用设备充填入工作面采空区来控制顶板的冒落，从而使地表仅产生微小的移动或变形。

《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》实施细则及补充规定第一章总则第1条为了合理的开采和优化利用煤炭资源，保护受开采影响区域内的主要井巷、建（构）筑物、水体、铁路和地面生态环境，保护矿井开采不受水体的威胁，结合冀中能源峰峰集团生产实践，特制定本实施细则及补充规定。

第2条建筑物、水体、铁路及主要井巷所压煤炭资源应遵循煤炭资源优化利用原则，受护对象安全原则，保护生态环境原则和企业经济与社会效益原则，凡技术上可行、经济上合理，丢弃后带来不可采或其他严重后果的，必须进行开采；技术条件可能，但尚无成熟经验的应积极进行试采；在目前技术条件下难以开采，但采用搬迁、就地重建、就地维修、改河道和疏干或改造等特殊措施，在经济上合理时，可进行开采。

否则应当留设永久保护煤柱或经有资格的技术咨询部门评估和主管部门批准放宽回采率要求，采出部分煤量。

第3条建筑物下、铁路下、近水体下安全采煤的原则是：建筑物下采煤时，对于零散建筑物，受开采影响后经过维修能满足安全使用要求；对于大片建筑群，受开采影响后大部分建筑物不维修或小修，少部分建筑物经中修和个别经大修能满足安全使用要求；在铁路下采煤时，经采取措施不影响列车安全运行；在近水体采煤时，受影响的采区和矿井涌水量不超过其排水能力、不影响正常生产，以及地面水利设施经维修不影响正常使用。

第4条有关单位在煤矿矿区范围内需要建设公用工程或者其他工程的，应当事先与各矿协商，经各矿同意后，方可建设，否则，煤矿不负责赔偿。

发现在井田范围内擅自进行项目建设的，煤矿应以书面形式报告政府并通知项目建设单位。

第5条建筑物及交通、水利等工程设施搬迁的新址，应尽量利用已经稳定的沉陷地，防止重复压煤。

第二章保护煤柱留设与压煤开采第一节煤柱留设管理第6条凡井田范围内及井田周边需要保护的建筑物、构筑物、铁路及对井下安全开采存在威胁的水体都要留设保护煤柱。

第7条煤柱分永久煤柱和呆滞煤柱两种。

永久煤柱为应用现有技术至矿井报废永远不能采出的煤炭资源，可列为矿井设计损失的煤炭资源；呆滞煤柱即临时煤柱是指暂时不能开采，必须经过专门研究才能开采的煤炭资源。

“三下”压煤条带开采应用浅析茹慧民（义煤集团洛阳煤业有限公司）摘要：某矿采区中央有一梯形煤柱，占有资源且影响采区回采布置，通过分析应用“三下”压煤条带法开采，合理解决了煤柱回收及工作面回采布置的难题，为矿井合理开采“三下”煤柱积累了经验。

关键词：三下压煤条采采宽留宽1、概述某矿，年产15万吨，主采山西组二1煤，煤层倾角24°，煤层均厚3.2m，上覆岩层硬度中等偏下；现开采最后一个采区——下山采区，采区范围450m（走向）×350m（倾向），平均采深220m，在采区地表中央沿倾向有一灌渠贯穿采区，形成上宽100m下宽160m的梯形煤柱，给工作面布置及回采造成很大的影响，同时占有资源；为合理开采资源，减少资源浪费，决定采用条带法回采此煤柱。

2、开采方法选择因梯形煤柱沿倾向将采区分成两块，工作面沿走向回采时必须过煤柱，形成煤柱两侧大工作面推进，过煤柱时条采推进。

根据条采的两种形式：走向条带和倾斜条带；当采用走向条采时，长条煤柱沿走向留设，煤柱易片帮失稳，但有利于工作面连续推进；当采用倾斜条采时，煤柱沿倾斜布置较稳定，但工作面沿走向推进时搬家次数较多，不利于生产。

根据矿井采煤方法实际及煤柱的形状，采用走向垮落条带开采有利于回采布置及煤柱回收。

3、条带合理采留宽的确定3．1、条带采留宽的影响因素○1采深：煤层开采深度越大，作用于条带煤柱上的上覆岩层的压力也越大，需留设的煤柱越宽，因此，在煤层采深小于安全采深的情况下，条带开采的深度是影响采留宽的首要因素。

○2采高：采高越大，留设的煤柱越易失稳，需留设的煤柱应越宽；一般用宽高比来表示煤柱的稳定性，当宽高比大于5时，认为煤柱是稳定的。

○3保护级别：保护级别越高，允许的地表变形越小，则留设的煤柱就应越宽，反之小一些。

○4煤层强度：煤层的抗压强度越大，则支撑上覆岩层的能力越大，则留设的煤柱就可小一些。

○5来压步距：由于条采是相间留设的煤柱支撑上覆岩层，直接顶及老顶的强度及工作面全采时的来压步距直接影响条采的采留宽。

“三下一上”采煤理论技术1.“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10~15%，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。

1．1 建筑物下采煤建筑物下开采是指那些不适合搬迁的城镇、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％。

第二章建构筑物保护煤柱留设与压煤开采第一节建构筑物保护煤柱的留设第条按建构筑物的重要性、用途以及受开采影表矿区建构筑物保护等级划分保护等级主要建构筑物国务院明令保护的文物和纪念性建筑物一等火车站发电厂主厂房在同一跨度内有两台重型桥式吊车的大型厂房平炉水泥厂回转窑大型选煤厂主厂房等特别重要或特别敏感的、采动后可能导致发生重大生产、伤亡事故的建构筑物铸铁瓦斯管道干线大、中型矿井主要通风机房瓦斯抽放站高速公路机场跑道高层住宅楼等高炉焦化炉’以上超高压输电线路杆塔矿区总变电所立交桥钢筋混凝土框架结构的工业厂房设有桥式吊车的工业厂房铁路煤仓、总机修厂等较重要的大型工业建构筑物办公楼医院剧院学校百货大楼二等火车站长度大于的二层楼房和三层以上多层住宅楼输水管干线和铸铁瓦斯管道支线架空索道电视塔及其转播塔一级公路等无吊车设备的砖木结构工业厂房三、四等火车站砖木、砖混结构平房或变形缝区段小于的两层楼房村庄砖瓦民房高压输电线路杆塔钢瓦斯管道等农村木结构承重房屋简易仓库等注凡未列入表的建构筑物可依据其重要性、用途等类比其等级归属。

对于不易确定者可组织专门论证并报省、直辖市、自治区煤炭主管部门审定。

第八篇建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程响引起的不同后果将矿区范围内的建构筑物保护等级分为四级表。

第条在矿井、水平、采区设计时应划定保护煤柱的建构筑物有矿井无可靠抵抗地表变形措施的工业场地建构筑物以及远离工业场地的矿井主要通风机及其风道等设施。

国务院明令保护的文物、纪念性建构筑物。

目前条件下采用不搬迁或就地重建等方式进行采煤在技术上不可能或经济上不合理而搬迁又无法实现或在经济上严重不合理的建构筑物。

煤层开采后重要建构筑物所在的地表可能产生抽冒、切冒、滑坡等形式的塌陷漏斗坑、突然下沉或滑动崩塌造成对重要建构筑物地基严重破坏的。

建构筑物所在的地表下面潜水位较高采后因地表下沉导致建构筑物及其附近地面积水而又不能自鱽9?排泄或采用人工排泄方法经济上不合理的。

1.：三下采煤技术: 三下采煤新技术是指建筑物下,铁路下,近0水体下煤炭资源开采技术的统称,是多学科交叉的边缘学科技术.该技术涉及采煤,测量学,开采沉陷学,岩石力学和建筑学等学科,包括开采沉陷的理论计算分析和特殊采煤技术两大方面.包括地面建筑物留设煤柱的设计也属于三下采煤技术的范畴.2：地表移动的角值表述:（1）在充分采动或接近充分采动的条件下，下沉盆地主断面上实测下沉为10mm的点（边界点）和采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角称为边界角.（2）移动角：在充分采动或接近充分采动条件下，下沉盆地主断面上实测达到Ⅰ级变形（倾斜角i=3.0mm/m，水平变形ε=2.0mm/m、曲率k=0.2×10-3/m），最外边的点和采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角称为移动角（3）裂隙角：在充分采动或接近充分采动条件下，下沉盆地主断面上实测裂隙最外面的点和采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角称为裂隙角（4）充分采动角：在充分采动或接近充分采动条件下，下沉盆地主断面上达到最大下沉的点和采空区边界的连线与煤层在采空区一侧的夹角称为充分采动角（5）最大下沉角:在下沉盆地倾斜主断面上，实测最大下沉点和采空区中的连线与水平线在煤层倾向一侧的夹角称为最大下沉角（6）超前影响角在开采工作面达到充分采动或接近充分采动条件下，下沉盆地工作面推进方向主断面上工作面前方实测下沉为10mm的点和工作面开采边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角称为超前影响角（7）最大下沉速度角：在开采工作面达到充分采动或接近充分采动条件下，下沉盆地工作面推进方向主断面上实测最大下沉速度点和工作面开采边界的连线与水平线在采空区一侧的夹角称为下沉速度角一定要记住图1-7,1-8,1-9,1-10(P7)3：突水系数法:突水系数法是指单位隔水层所能承受的极限水压值即:T S=P/(M-C P) T S:突水系数P:隔水层承受的水压M:底板隔水层厚度C P:采矿对底板隔水层的扰动破坏程度4：下三带理论:下三带理论认为开采后的煤层底板也像采动覆岩一样存在着三带:即Ⅰ底板破坏带Ⅱ完整岩层带Ⅲ承压水导高带第一带:”采动底板破坏带”是指由于采动矿压的作用,底板岩层的连续性遭到破坏,导水性发生明显改变的岩层带.该带的厚度即为底板破坏深度,底板破坏带包含层向裂隙带和竖向裂隙带,它们互相穿插,无明显界线.该带厚度的经验公式:h1=1.86=0.11L(L为工作面斜长)第二带:”完整岩层带”（保护层带）是指底板岩层保持采前的完整状态及其阻水性能的部分。

建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范国家安全监管总局国家煤矿安监局国家能源局国家铁路局2017 年 5 月目录第一章总则 (1)第二章建筑物保护煤柱留设与压煤开采 (3)第一节建筑物保护煤柱的留设 (3)第二节建筑物压煤的开采 (5)第三章构筑物保护煤柱留设与压煤开采 (11)第一节构筑物保护煤柱的留设 (11)第二节构筑物压煤的开采 (12)第四章铁路保护煤柱留设与压煤开采 (16)第一节铁路保护煤柱的留设 (16)第二节铁路压煤的开采 (17)第五章水体安全煤（岩）柱留设与压煤开采 (21)第一节水体安全煤（岩）柱的留设 (21)第二节水体压煤的开采 (23)第六章井筒与工业场地及主要巷道保护煤柱留设与压煤开采 .. 30 第一节立井与工业场地保护煤柱的留设 (30)第二节斜井保护煤柱的留设 (33)第三节平硐、石门、大巷及上、下山保护煤柱的留设 (36)第四节立井井筒保护煤柱的回收 (37)第五节斜井保护煤柱的回收 (39)第六节平硐、石门、大巷及上、下山保护煤柱的回收 (39)第七章煤柱留设与压煤开采工作的管理 (40)第八章沉陷区环境影响评价与土地治理、利用 (41)第一节开采沉陷的环境影响评价 (41)第二节沉陷区的土地治理与利用 (41)第三节煤矿开采沉陷区建设场地稳定性评价 (42)第九章压煤开采的经济评价 (45)第十章附则 (46)附录 1 本规范专用名词解释 (47)附录 2 本规范用词说明 (50)附录 3 地表移动影响计算 (51)附录 4 近水体采煤的安全煤（岩）柱设计方法 (53)附录 5 煤矿开采损坏建筑物补偿办法 (58)第一章总则第一条为了合理开采煤炭资源，保护建筑物（构筑物）、水体、铁路、主要井巷和地面生态环境，根据《煤炭法》《矿产资源法》《土地管理法》《铁路法》《水法》《物权法》《环境保护法》《公路法》《铁路安全管理条例》《煤矿安全规程》等制定本规范。

附件《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》（征求意见对照稿）国家煤矿安全监察局2016年7月第71条留设立井保护煤柱时，地面受护面积应包括井架（井塔）、提升机房和围护带。

立井和暗立井围护带宽度定为20m。

立井保护煤柱按第74条规定设计；暗立井保护煤柱按第78条规定设计。

第72条设计工业场地保护煤柱时，地面受护面积应包括受护对象加围护带。

工业场地受护对象是指工业场地内为煤炭生产直接服务的工业厂房和服务设施，如主、副井，井架（井塔）、提升机房、装煤系统、任务交待室、办公楼、选煤厂、灯房、压风机房、扇风机房、变电所、机修厂等。

工业场地围护带宽度一般定为15m。

工业场地保护煤柱用移动角法设计。

压风机房、扇风机房、变电所、机修厂等。

工业场地围护带宽度为15m。

图1 暗立井保护煤柱设计方法第74条立井保护煤柱一般采用垂直剖面法设计。

第一类保护煤柱以边界角法设计。

当立井包括在工业场地以内时，接第72条规定以工业场地受护面积设计其保护煤柱。

如果前者大于后者时，应以前者为保护煤柱最终边界。

第二类保护煤柱以移动角法设计。

第85条立井保护煤柱应当采用垂直剖面法设计。

第一类立井保护煤柱按边界角设计。

当立井包括在工业场地以内时，按第83条要求以工业场地受护范围设计其保护煤柱。

如果前者大于后者时，应当以前者为保护煤柱最终边界。

第二类立井保护煤柱按移动角设计。

第三类 在煤层倾斜剖面上以λ角设计保护煤柱的下山方向边界，在煤层走向方向上以δ角设计保护煤柱的边界。

第四类 除应按本条前三类规定留设保护煤柱外，还应按第75条规定另加防滑煤柱（见附录九例5）。

第五类 为了防止滑坡引起井筒破坏，一般应在井筒所在斜坡的上、下坡两侧加大煤柱尺寸，具体方法参照第24条规定。

第三类立井 保护煤柱按移动角设计，保护煤柱的下山方向边界以底板移动角设计。

第四类立井 保护煤柱除应当按本条前三类规定设计保护煤柱外，还应当留设立井防滑煤柱（见第86条）。

浅谈“三下”压煤开采方法摘要：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。