山东地方志资料归档

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二、“三下”开采及海下开采技术研究与实践

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薄煤层建筑物下开采。兖矿集团北宿煤矿六采区1990年在吴官庄(该村庄共有495户)、唐村煤矿十六采区1996年在前万村(该村庄共有600多户)均成功实现不搬迁村庄开采。两个村庄开采后均进行长期地面移动观测,观测结果地面移动变形对建筑物影响属1级破坏(建筑物仅出现少量小于5毫米裂缝)占66%以上,95%的房屋出现墙体裂缝、门窗略有歪斜及墙体局部脱落,经修理能保证使用。1996年后,薄煤层开采均实现不搬迁村庄开采。
提高防水煤柱上限研究。兖州矿区由于第四系含水砂砾层,对开采上组煤带来极大威胁,故在3层煤开采中留设80米~86米的防水煤柱,形成较大的呆滞煤量。兖矿集团1983年立项《兴隆庄煤矿合理确定防水煤柱和提高开采上限研究》项目,由兴隆庄煤矿和煤炭科学总院北京开采所共同承担,1988年3月在二采区试采,将防水煤柱由垂高80米缩小为53米,至1994年10月成功回采8个分层工作面,安全采煤405.2万吨,经济效益约153.20亿元。根据试验成果预计,兴隆庄煤矿可解放防水煤柱可采储量1500万吨,全矿区可解放呆滞煤量近4000万吨。
河(湖)下开采。在山东省内凡在河下开采的采区编制开采方案必须报山东煤炭工业管理局批准实施。严格按照规定报请河道主管部门批准,开采前编制河道治理方案,开采过程中按照批准的治理方案施工,严格工程质量管理,确保河(湖)下开采安全。1990年,兖矿集团南屯煤矿研究开采白马河下压煤,分别于1992年11月至1993年8月、1996年对河下压煤进行回采,效果良好。
综放条件下在矿区铁路下开采。兖矿集团大东章集配站至兴隆庄煤矿铁路专用线是矿区主要干线之一,位于兴隆庄煤矿4314综放工作面上,与工作面斜交50℃,通过4314工作面的线路全长540米。1994年,兴隆庄煤矿4314综放工作面在铁路下开采取得成功,后在全矿区推广应用。
房柱式采煤法解决“三下”采煤。1998年,兖矿集团南屯煤矿为解决“三下”保护煤柱以及无法布置正规长壁采煤工作面煤层开采问题,从美国引进1套连续采煤机,提出《南屯矿一采区边角煤房柱式开采方案设计》报经山东煤炭工业管理局同意,1999年7月在一采区南端3层煤不规则边角区布置房柱式采煤工作面,使用连续采煤机和梭车进行短掘工作面后退式采煤。
矿井充填技术。2005年10月,新矿集团盛泉矿业公司确定以矸换煤方案,自主创新“矸石抛送充填法”。“三下”压煤地段设计长度40米工作面,采7米留3米煤柱,到达7米最大控顶距后进行矸石充填,随充填随回柱。采用这一方法开采被压煤炭300万吨,回采率达90%。应用此方法,井下矸石全部不升井。

图4-10 膏体充填作业现场

新矿集团孙村煤矿研究开发“煤矸石似膏体充填”开采技术,在地面将煤矸石与水泥、粉煤灰按比例搅拌成膏体状,通过钻孔和管道从地面输送到井下采空区。据测算,利用这一技术孙村煤矿可多采出优质煤1000万吨。
枣矿集团田陈煤矿应用高压注浆充填技术控制地表斑裂和下沉,成功研制出宽条带开采暨离层带注浆技术,开采煤层划分为比较正规的条带形状,采一条留一条,用留下不采的条带煤柱承受上覆岩层的全部荷载,同时将高倍数膨胀剂制成浆液利用高压注浆泵通过钻孔注入,充填离层空间。实施离层带注浆技术累计解放呆滞煤量199.15万吨,保护民房1060间,实现村下采煤无搬迁、无塌陷,节约搬迁费、土地塌陷补偿费用11800万元,缓解了采掘接续紧张局面。2005年7月,《田陈煤矿矿山地质环境治理暨离层带注浆技改项目设计方案》获得中央财政260万元专项资金补助,以推动“三下”采煤工艺技术特别是采空区充填技术改革。
新矿集团翟镇煤矿自主研制出矸石充填液压支架,采煤与充填同步进行。工作面月充填矸石量最高2.8万吨,充实率高达98%。此技术为国内外首创。
条带式“三下”开采法。淄矿集团岱庄煤矿采用倾斜条带开采法回采村庄下压煤,但条带采煤资源回收率不足47%,井下已形成条带煤柱53个,遗留条带煤柱呆滞储量累计900万吨。“三下”条带开采的同时,对条带采煤所留煤柱则应用矸石置换和膏体充填办法二次回采,最大限度回收煤炭资源,2004—2005年,岱庄煤矿在-315米水平130采区西部7个工作面的条带保护煤柱进行矸石充填置换开采,煤层厚2.30米~4.33米,煤柱宽60米~100米。采用跳采方式,各矸石充填巷宽4米(巷高与煤层厚度等同),巷间煤柱宽4米。
肥矿集团采用条带法开采,即采出一部分条带留下一部分条带,用于保护地面建筑物。在地质构造复杂、地面建筑物下或受水威胁情况下,布置长壁工作面有困难,则采用穿采(残采)方法回收部分煤炭,回收的主要形式有:多巷道穿采;先掘进巷道后开帮后退,俗称“小进大出”;房柱式回采,即回收一定空间,留下一定的方型煤柱支撑顶板,防止顶板大量下沉。
海下开采技术。龙口矿区是中国唯一的滨海矿区,海下蕴藏丰富的煤炭资源,海域可开采面积19.2平方千米。由于海下采煤技术复杂,没有成熟经验可以借鉴。20世纪80年代起,龙矿集团专门调研英国、加拿大、日本及国内水体下采煤情况,收集大量国内外水体下采煤技术资料,先后在海域扩大区进行单道地震勘探、二维地震勘探,施工4个海上钻孔,完成海域首采区三维地震勘探,为海下采煤的成功实施提供基础资料。
20世纪初,龙矿集团先后聘请中国煤科总院、中国矿大、日本九州大学等中外专家145人,召开大型技术论证会13次,就海下采煤的安全技术问题进行专题研究探讨,攻克防止海水溃入、承压开采等一系列重大技术难题。2001年1月,海域工程开工。2005年4月主体工程竣工,6月首采面北皂煤矿H2101工作面试生产。该工作面位于渤海海下-359.5米,煤层厚度4.4米,储量8.92万吨。试生产采用综采放顶煤一次采全高技术,8月撤面,共采出原煤8.2万吨,回采率94%。