_三下_条带开采

管窥采矿的技术与方法(一)充填式它的材料稳定性不足而且价格昂贵，所以该技术的使用存有成本过高而且稳定性起伏很大的现象，从而限制其扩展。

新世纪以来，填充技术得到了进一步的提升。

我国在新技术开发之前，使用最广泛的是干式填充或者分级尾砂胶结等技术，而现在，为了节约胶结材料等用量，填充技术不再单一化，开始向高尾砂高浓度的方向进展，这种转向在节约材料的同时，还节约了生产的成本。

另外，还保护了矿山生产，幸免对矿山的环境造成破坏。

实践中表明，充填采矿技术还具有减少矿石贫化率，防止地表发生塌陷等作用。

在采矿的过程中，矿体的组成都相对复杂，所以，在矿石形状并不规则的矿区，一般方式的采矿方法，会造成采矿的成本过高，不利于企业经济效益进展，所以选择高分段式的充填采矿技术，相对其他采矿技术来说，更加有效率，而且在安全方面也更加的有保障。

(二)回采式最后一步，用凿岩车施工，将落在地下的矿石用工具运出回采式，又分成留矿柱式和无矿柱式的连续开采式。

根据图中的回采方案，由一号位置向一百米长的矿段划分为一个盘区。

以下向胶结式的充填法为主，采完八十米到八十五米，留下十五米到二十米的矿柱。

一个阶段完成以后，能够利用这样的方法，在第二步过程中，继续回采矿柱。

当采纳中间段实行开采的时候，每个盘区内会产生多个空间，也就是矿房。

当回采矿房时候，因为开始采场位置低压过低，能够有效的维护通道的稳定性。

从整体上看，这样的开采方法，有利于整个采场的稳定和安全。

无矿柱式的回采方法与有矿柱的方法。

相同之处在于，第一步都是每隔一百米的距离划分一个开采位置，不同之处在于它的盘区与盘区之间不能留有矿柱。

然后利用下向胶结式的充填方法，在中段部位来回开采，当完成整个矿石开采之后结束。

二、技术的使用(一)“三下”采煤技术“三下”采煤技术指的是铁路和一些建筑下采煤方法的统称。

我国每年采煤量超过了一百四十亿吨，不过我国利用三下采煤技术采出的煤炭只有十亿左右，只占我国采煤量一个很小的部分。

“采—注—采”三步法原理吸收条带开采和充填开采岩层移动和地表沉陷控制技术的优点，充分利用覆岩结构对岩层移动的控制作用，布置条带式工作面跳跃式开采，注浆充填和加固采空区破裂岩体恢复承载能力，应用荷载置换原理，实现对上覆岩层的控制；据此提出“小条带开采—注浆充填固结采空区—剩余条带开采”三步法开采新方法，进行岩层移动和地表沉陷控制，以解决大面积开采地表沉陷控制和提高煤炭回采率的矛盾问题。

其基本内涵是:将开采区布置成类似于条带开采式的宽、窄条带相间的工作面，窄条带工作面宽度应控制在上覆基岩厚度的1∕4～1∕6 左右，并控制面积采出率不超过35﹪；宽条带工作面宽度应控制在基岩厚度的1∕3～1∕5左右。

第一步：首先开采窄条带工作面。

留煤柱(宽条带) 控制覆岩移动，采后覆岩破坏形成自然平衡拱式平衡体系，地表沉陷与变形微乎其微。

第二步：注浆充填与固结窄条带采空区垮落、断裂带破裂岩体。

注浆材料可选用成本较低的粉煤灰—高水材料(水泥) 或砂—高水材料(水泥) 复合浆液，将采空区及其上覆破裂岩体固结为一个整体形成复合固结体，恢复其承载能力。

第三步：开采剩余的宽条带煤柱。

为保证固结破裂岩体支撑带的稳定性和减轻注浆、冒矸对煤炭质量的影响，便于掘进上、下顺槽及保证其稳定性，在宽条带开采时，两侧各应留一宽5 m左右的小条形隔离煤柱。

利用恢复了承载能力的复合固结岩体条带支撑上覆岩层，实现荷载转移，形成以小煤柱包裹的复合固结岩体条带支撑、老顶砌体梁和上部完整岩层为主要结构的覆岩移动与稳定体系，地表将形成类似于条带开采的大面积平缓下沉状态，达到降低地表沉陷量、减小地表变形值的目的。

初步预计采用这种方法控制地表沉陷，最终可将地表下沉率控制在25%左右，最终的工作面面积采出率达到80%～90%，接近常规的大面积长壁工作面的采出率。

在目前的开采技术条件下，采用“采—注—采”三步法开采既可以实现对上覆岩层和地表塌陷的有效控制，又可大幅度提高煤炭资源的采出率；各单个工作面的开采工艺可采用常规方法，采空区注浆加固工艺控制简单。

条带充填开采煤柱宽度和开采宽度的确定煤矿开采是一项复杂的工程，涉及到地质、采矿技术、安全等多个方面的考虑。

确定条带充填开采煤柱宽度和开采宽度是确保矿山安全和高效开采的重要环节。

我们来了解一下条带充填开采的基本原理。

条带充填开采是指在采矿过程中，将部分煤柱保留在地下，用固体充填物填充在煤柱之间，以增加矿山的稳定性和安全性。

充填物可以是煤矸石、矿渣、水泥等，具体选择要根据矿区的实际情况进行确定。

确定条带充填开采煤柱宽度的关键是保证煤柱的稳定性。

煤柱是地下采矿中保留的未开采煤体，它承担着支撑岩层和地表的重要作用。

煤柱宽度的确定需要考虑以下几个因素：1. 地质条件：包括煤层的厚度、倾角、岩性等。

不同的地质条件对煤柱稳定性的要求不同，因此需要根据具体情况进行评估和确定。

2. 采矿工艺：包括开采方法、采场布置等。

不同的开采工艺对煤柱宽度的要求也不同，需要根据具体的采矿方案进行确定。

3. 安全要求：煤矿开采是一项高风险的工作，安全是首要考虑的因素。

煤柱宽度的确定要考虑到矿山的安全要求，确保矿山的稳定性和人员的安全。

确定开采宽度的关键是充分利用煤矿资源，实现高效开采。

开采宽度的确定需要考虑以下几个因素：1. 煤层厚度：开采宽度应根据煤层的厚度进行合理确定，以保证开采效果和资源利用率。

2. 采矿工艺：不同的采矿工艺对开采宽度有不同的要求。

有些采矿工艺要求开采宽度较窄，以保证采矿效果和矿石的回收率。

3. 经济效益：开采宽度的确定还要考虑到经济效益。

开采宽度过大会增加采矿成本，开采宽度过小则会影响矿石的产量和回收率。

因此，需要综合考虑经济效益和资源利用率，确定合理的开采宽度。

在确定条带充填开采煤柱宽度和开采宽度时，需要进行地质勘探、试验和数值模拟等工作，以获得准确的地质和工程参数。

同时，还需要综合考虑矿山的安全要求、资源利用率和经济效益，制定科学合理的开采方案。

确定条带充填开采煤柱宽度和开采宽度是煤矿开采中的重要环节。

1条带采煤法的应用价值条带采煤法,就是把开采煤层划分为比较正规的条带形状进行开采。

留下的条带煤柱用来支撑上覆岩层,减少地表下沉量和变形值以保护地面建筑物和设备免遭破坏。

条带开采同全采方法相比,采出率虽然低一些,但它能大幅度地降低地表的下沉和变形值。

若是煤层上覆岩层中有厚层状坚硬煤层,煤层底板也较坚硬时,其效果更加显著。

它不仅可以降低地表的下沉和变形值,而且在某些情况下,还可以降低冒落带和导水裂隙带的高度。

条带开采的地表下沉系数为:充填条采0.01~0.05;冒落条采0.06~0.16,所以条带法开采是“三下”采煤,尤其是村庄及重要建筑物下开采煤层的一种有效开采的措施。

某矿区以薄、中厚煤层为主,2004年末统计生产矿井工业储量为8.8亿t。

矿区占有面积大,各种压煤因素多,压煤量较大,矿区“三下”压煤达2.8亿t,占生产矿井工业储量的31.8%,其中村庄下压煤1.2亿t,占“三下”压煤的42.8%。

矿区内最早应用条带采煤法的东矿八井,该井田地面上有化工厂、煤仓、矿用铁路和水库等建筑设施,共压煤114.5万t,为了延长矿井寿命,提高回采率,东矿采用条带采煤法开采部分“三下”煤量。

经过三年对地面最高建筑物———化工厂烟囱的观测表明,开采后没有引起建筑物、铁路、水库破坏性下沉和变形,多回收煤量48万t,既增加2115万元的产值,又节省地面建筑物的搬迁费用。

2影响采留宽度的计算与确定2.1影响采留宽度的因素在煤层开采深度小于安全开采深度的情况下,煤层开采深度越大,保留煤柱条带上所受的上覆岩层的压力也越大,为了不压垮保留煤柱,就要加大保留煤柱的宽度;反之,保留煤柱就可以小些。

因此,煤层条带开采深度是影响合理采留宽度的首要因素。

煤层的单向抗压强度越大,承受上覆岩层的抗压能力也就越大,在开采深度相同的情况下,就能以较小的保留煤柱宽度,支撑住上覆岩层的较大压力。

反之,保留煤柱的宽度就要大些。

煤层单向抗压强度是影响条带宽度的内在因素。

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一、基础知识（一）岩层与地表移动特征一、岩层移动及其特征采出煤炭后，上覆岩层被破坏，当H>25M时，即开采深度是采高的25倍时，在回采空间上方形成竖三带。

图23-1。

1、垮落带：分为二部分，不规则垮落带和规则垮落带。

1）不规则的：岩层破坏严重，已失去原有的层次，破碎杂乱，并堆积于煤层底板之上。

2）规则的：垮落，但呈巨块，失去连续性，大体上保持原有的层次。

3）高度：与岩性、采高有关，一般为采高的3～5倍；2、断裂带或导水断裂带在垮落带之上，岩层有许多裂隙，但仍保持原有的岩层层次。

断裂呈垂直或斜交岩层层面，或平行层面（离层），因有透水性，也称为导水断裂带。

高度：与上覆岩性有关，为采高的9～35倍；3、弯曲带或整体移动带位于断裂带之上一直到达地表，其岩层移动是成层的、整体性地，最下部分可能出现离层和不导水的细微断裂。

岩层移动具有分带性特征，会随地质和采矿条件的变化而变化。

采用充填技术，则无冒落带（跨），当煤层厚或距地表近时，无弯曲带。

二、地表移动特征1、地表移动及移动盆地1）、地表移动：采用长壁垮落时，随采区面积的增大，岩石移动范围也随之增大。

当采空区的面积扩大到一定范围时，岩层移动发展到地表，使地表产生移动与变形，这一活动称为地表移动。

2）移动盆地：当采煤工作面采完，地表移动稳定后，采空区上方地表形成沉陷区域，形成一个中间下沉近似相等，边缘下沉量少的一个移动盆地。

（煤层水平，矩形的采空区，地表呈椭圆形，以10mm下沉为界）图23-2。

2、移动盆地的形成过程及种类1）形成过程1、2、3 非充分采动；4 充分采动；5 超充分采动2）种类：三种，非充分采动、充分采动、超充分采动3、移动盆地的主断面及其特征1）主断面：最终移动盆地的最大下沉点沿煤层走向或倾向作断面，称为移动盆地的主断面。

有走向主断面和倾向主断面。

2）特征：在主断面上，用各种夹角来表示其特征。

（1）边界角：在充分采动或接近充分采动的条件下，以下沉值为10mm的点作为边界点（移动盆地主断面上）a，将a与采空区边界点b连线，与水平线在煤柱一侧的夹角为边界角；当地表有松散层时，以松散体上部下沉10mm处开始，先将边界点沿松散层移动角ϕ的方向投到基岩面上作为a点。

东山煤矿“三下采煤”应用经验作者：孙建星来源：《科技与创新》2015年第03期摘要：概述了东山煤矿“三下采煤”技术发展现状、工艺流程、技术要求及发展过程中遇到的难点问题，并对“三下采煤”技术给东山煤矿带来的经济效益和社会效益进行了分析。

关键词：“三下采煤”；充填技术；开采方法；巷道支护中图分类号：TD823 文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2015.03.111太原东山煤电集团有限公司东山煤矿自2009年开始着手研究、采用“三下采煤”技术，发展到目前为止，整体运行情况良好，已取得了较为显著的经济效益和社会效益。

1 背景东山煤矿是一个有着多年发展历史的矿井，且有紧邻城市这一得天独厚的条件，但因目前城市发展、环境保护的需求，这一优势已变为劣势，造成了矿井资源被压占、排矸场地选址难等问题。

目前矿井保有储量约为2.4×108 t，但可规划壁式充填开采储量仅为3×106 t左右。

所以采用“三下采煤”解决矿井可采资源少、排矸困难问题成为企业需要迫切解决的技术攻关项目。

2 东山“三下采煤”发展现状东山煤矿目前所采用的“三下采煤”方法是条带式充填开采采煤工艺，充填巷道为5×6.5 m，充填巷用掘进机掘巷采煤，采用分层掘进的方式，先按照3.0 m的高度掘进、支护，然后在退出时拉底见煤层底板。

掘进机后部搭接皮带，通过带式运输机将煤炭运出。

矿井在二采区布置有2个掘进工作面、1个充填工作面，每个工作面月产量为1×104 t左右。

充填巷开采顺序采用“逐步缩小煤柱宽度”的跳采方法。

首先，两巷之间先留35 m煤柱；然后，在35 m煤柱中间掘巷，两巷之间留15 m煤柱；最后，在15 m煤柱中间再掘巷，最终两巷之间留5 m煤柱。

充填矸石主要工艺流程：岩巷掘进头产生的矸石，装车后经各运输巷道，至水平大巷上部车场矸石仓上口，再经破碎机破碎后通过矸石仓由带式输送机运送至充填工作面，最后利用抛矸机实现迎头充填。

“三下”试采条件三下试采条件【规程条文】第一百二十三条建(构)筑物下、水体下、铁路下，以及主要井巷煤柱开采，必须经过试采。

试采前，必须按其重要程度以及可能受到的影响，采取相应技术措施并编制开采设计。

【执行说明】(一)建筑物下压煤试采条件。

符合下列条件之一者，建筑物下压煤允许进行试采：1.预计地表变形值虽然超过建筑物允许地表变形值，但在技术上可行、经济上合理的条件下，经过对建筑物采取加固保护措施或者有效的开采措施后，能满足安全使用要求。

2.预计的地表变形值虽然超过允许地表变形值，但国内外已有类似的建筑物和地质、开采技术条件下的成功开采经验。

3.开采的技术难度虽然较大，但试验研究成功后对于煤矿企业或者当地的工农业生产建设有较大的现实意义和指导意义。

(二)构筑物下压煤试采条件。

构筑物下压煤符合与建筑物下压煤开采的相应要求时，允许进行试采，同时还需要满足以下特别条件。

1.高速公路下试采，还应当满足下列条件：(1)路面采后不积水，不形成非连续变形，预计地表变形值符合《公路工程技术标准》有关规定。

(2)高速公路隧道、桥梁与涵洞的预计地表变形值小于允许变形值;或者预计的地表变形值大于允许变形值，但经过维修加固能够实现高速公路安全使用要求。

2.高压输电线路下试采，还应当满足下列条件：(1)塔基不出现非连续移动变形。

(2)高压输电线的采后弧垂高度、张力、对地距离达到高压线运行安全要求的，或者采取措施能够实现安全使用要求的。

(3)塔基、杆塔的预计地表变形值小于允许变形值，或者预计的地表变形值大于允许变形值，但经过维修加固能够实现安全使用要求的。

3.水工构筑物下试采，还应当满足下列条件：(1)水工构筑物满足防洪工程安全的有关规定和要求。

(2)水工构筑物的预计地表变形值小于允许变形值，或者预计的地表变形值大于允许变形值，但经过维修加固能够实现安全使用要求的。

4.长输管线下试采，还应当满足下列条件：(1)长输管线满足安全运行的有关规定和要求。