专题-房柱式开采已采煤层的露天开采可行性研究.doc

1、专题部分房柱式开采已采煤层的露天开采可行性研究摘要: 目前，我国内蒙古地区有很多煤炭基地多利用房式开采体系，不采煤柱，只采煤房。这就必然形成呆滞煤量，呆滞煤量在井下长期氧化中易于自燃，给国家资源造成巨大浪费。因此研究煤柱的回收问题是非常具有现实意义的。本文对如何采用露天开采的方式进行煤柱回收技术进行了分析和研究。 0 引言中国是世界第一产煤大国，也是煤炭消费的大国。1996年中国煤炭探明可采储量居世界第三位，全行业年煤炭开采量达到近10亿吨。煤炭行业已经成为国民经济高速发展的重要基础。中国煤炭状况：在我国的自然资源中，基本特点是富煤、贫油、少气，这就决定了煤炭在一次能源中的重要地位。与石油和天

2、然气比较而言，我国煤炭的储量相对比较丰富，占世界储量的11.60%。我国煤炭资源总量为5.6万亿吨，其中已探明储量为万亿吨，占世界总储量的11%。建国以来，煤炭在全国一次能源生产和消费中的比例长期占70%以上。据有关部门预测，到2005年，全国一次能源生产量为12.3亿吨标准煤，其中煤炭为7.85亿吨标准煤(折合11亿吨原煤)，仍占63.8%。专家预测，在本世纪前30年内，煤炭在我国一次性能源构成中仍将占主体地位。我国的煤炭资源分布广泛但不均匀。全国除上海外，其他省（区）、市均有探明储量。从地区分布看，储量主要集中分布在山西、内蒙古、陕西、云南、贵州、河南和安徽，七省储量占全国储量的81.8%

3、，分布呈现“北多南少”、“西多东少”的特点。当前我国煤炭行业产业的低机械化带来的采煤效率低下，煤炭企业占用劳动力过多，煤炭开采安全等突出问题日渐严重；煤炭行业的低进入壁垒以及高退出壁垒使得我国煤炭行业竞争无序，较低的产业集中度也造成了国际竞争力的下降。因此，加快调整产业结构，促进我国煤炭行业的健康、可持续发展，成为我国煤炭行业工作的重点。与发达市场经济国家相比，我国煤炭行业的市场集中度很低。据了解，目前世界各产煤国煤炭行业集中度均高于中国，美国年产煤10亿吨左右，前4家公司占70%；澳大利亚年产煤近4亿吨，前5位公司占71%；印度年产煤4.5亿吨，1家公司占90%。然而，我国高度分散的市场结构

4、加剧了小矿与大矿之间激烈的资源争夺战，为现代化矿井建设和大规模机械化开采留下了巨大的隐患，进而导致我国煤炭市场的供需失衡，煤炭产业效率极低的规模结构，影响了我国煤炭企业的国际竞争力严重制约了煤炭产业发展，造成了有限煤炭资源的巨大浪费。在我国内蒙古地区的鄂尔多斯煤炭盆地是世界八大煤田之一，横跨内蒙、山西和陕西三省区域。其储量多达2300亿吨，占全国总探明储量的22.6%；远景储量10000亿吨，占中国预测储量的21.9%。 过去由于我国煤炭经济处于非景气周期，煤炭的价格在鄂尔多斯地区非常低廉，每吨煤只能卖到20元左右，如果要回收煤柱，则要购买支架及其它设备来支护顶板，这就增加了成本，甚至回收煤柱

5、还入不敷出。因此，很多煤炭生产基地多利用房式开采体系，不采煤柱，只采煤房。据资料统计，鄂尔多斯地区110亿吨的可采储量中，资源回收率仅占35%39%，大约6700亿吨煤炭资源被弃于井下，形成呆滞煤量。呆滞煤量在井下长期氧化的过程中不断自燃，不但造成了当地环境的污染，同时给国家宝贵资源造成巨大浪费。因此对煤柱的回收是目前急需解决的问题。环境污染破坏严重。国经济增长需要消耗煤炭，发展煤炭生产。近年来，我国煤炭消费总量维持在12-13亿以上，其中80%是原煤直接燃烧，由此造成的环境污染问题，已经影响到了国民经济的可持续发展和人民的身体健康。从各地区情况来看，烟尘和二氧化硫排放量最大的地区为高硫煤产区

6、及能源生产和消费量大的地区。从各行业看，烟尘和二氧化硫的排放具有非常明显的行业特征，以煤炭为基础的电力行业的二氧化硫排放量大约占全国工业二氧化硫排放量的50%。2大规模开采煤炭同时还造成矿区土地塌陷，地表植被遭到破坏，水土流失严重，并由此引发了许多自然灾害。据测算，山西省每挖1t煤造成的生态破坏、环境污染的损失约为61元，保守估算，19782004年全省产原煤70亿t，生态环境损失约5000亿元左右。生态环境的严重破坏，造成外部不良经济状况日益突出，进而使得山西煤炭产业的后续发展能力不足。严重的煤炭环境问题已经成为中国煤炭产业可持续发展的重要制约因素。晋、陕、内蒙古接壤地区是我国重要的煤炭资源

7、宝库。长期以来，这一地区除神华等大型骨干企业采用先进的机械化综采技术，大部分煤炭生产企业普遍采用房式煤炭开采方式，采用这种落后的生产方式决定了其煤炭生产的低回采率，大量煤柱残留井底成为呆滞资源，煤炭资源浪费惊人。因此,对于房柱式开采已采煤层的煤柱回收对我国煤炭资源的可持续发展有重要的意义.1 柱式体系采煤法国内外发展状况1.1 国外发展状况1.1.1 国外现状美国是一个煤炭大国,煤炭可采储量居世界第一,产量和消费量均居世界第二.煤炭行业经过百余年的市场经济洗礼,市场集中度非常高这是市场竞争和政策导向的结果,主要原因:第一煤炭生产向西部转移,西部主要是低硫煤,属于大型露天采矿,煤层较厚,第二美国

8、是一个发达国家,机械化水平较高有利于柱式体系采煤法在美国推广和发展. 美国某矿采用房式采煤方法的巷道布置如图91所示，主巷5条，盘区准备巷道3条， 在盘区巷两侧布置煤房，形成区段。区段内6个煤房同时推进。房宽7 m，煤柱尺寸为8 m 8 m。区段间煤柱宽度为8 m，因受地质构造影响，煤房长约220 m。图13-1 房式采煤法巷道布置1进风平巷；2回风平巷；3胶带运输平巷；4盘区进风平巷；5盘区回风平巷；6盘区胶带运输平巷；7转载机；8地质破坏不可采区域；9风桥；10风墙下，这样，要求截深一般为56 m。按运煤方式的不同，连续采煤机采煤工艺可分为间断运输工艺系统和连续运输工艺系统。 1连续采煤机

9、一梭车间断运输工艺系统 典型的连续采煤机间断运输工艺系统配套设备包括：1台连续采煤机、1台锚杆机、最2台梭车或蓄电池运煤车、1台给料破碎机、1台蓄电池铲车、1套移动变电站、充电设备和足够的备用蓄电池。连续采煤机间断运输工艺系统主要用于中厚煤层和厚煤层中，有时也用于厚度较大的薄煤层中，该系统在大柳塔矿同时掘进5条煤房时的应用如图134所示。2连续采煤机一输送机连续运输工艺系统 这种系统是将采煤机采落的煤，通过多台输送机转运至胶带输送机上，其工艺系统如图95所示1.1.2 国内现状柱式体系采煤法可分为房式和房柱式采煤法，有时房式采煤法也称为巷柱式采煤法。 在煤层内开掘一系列称为煤房的巷道，煤房左右

10、用联络巷相连，这样就形成一定尺寸的煤柱。煤柱可留下不采，用以支撑顶板，或在煤房采完后，再将煤柱按要求尽可能采出，前者称为房式采煤法，后者称为房柱式采煤法。 按装备不同，柱式体系采煤法可分为传统的钻眼爆破工艺和高度机械化的连续采煤机采煤工艺两大类。传统的爆破落煤工艺与煤巷钻眼爆破掘进基本相同，高度机械化的柱式体系采煤法主要在美国、澳大利亚、加拿大、印度和南非等国应用。 我国地方煤矿，特别是乡镇煤矿应用机械化水平低的柱式体系采煤法较多。近年来我国部分大型现代化矿井也引进了连续采煤机等配套设备，提高了机械化程度。部分矿井用于回收边角煤柱或地质破坏带煤柱。我国内蒙古地区有很多煤炭基地多利用房式开采体系

11、，不采煤柱，只采煤房。这就必然形成呆滞煤量，呆滞煤量在井下长期氧化中易于自燃，给国家资源造成巨大浪费。因此研究煤柱的回收问题是非常具有现实意义的。2 煤柱回收方式在我国内蒙古地区的鄂尔多斯煤炭盆地是世界八大煤田之一，横跨内蒙、山西和陕西三省区域。其储量多达2300亿吨，占全国总探明储量的22.6%；远景储量10000亿吨，占中国预测储量的21.9%。过去由于我国煤炭经济处于非景气周期，煤炭的价格在鄂尔多斯地区非常低廉，每吨煤只能卖到20元左右，如果要回收煤柱，则要购买支架及其它设备来支护顶板，这就增加了成本，甚至回收煤柱还入不敷出。因此，很多煤炭生产基地多利用房式开采体系，不采煤柱，只采煤房。

12、据资料统计，鄂尔多斯地区110亿吨的可采储量中，资源回收率仅占35%39%，大约6700亿吨煤炭资源被弃于井下，形成呆滞煤量。呆滞煤量在井下长期氧化的过程中不断自燃，不但造成了当地环境的污染，同时给国家宝贵资源造成巨大浪费。因此对煤柱的回收是目前急需解决的问题。2.1 柱式体系采煤法与煤柱回收方法2.1.1 柱式体系采煤法概述柱式体系采煤法的实质是在煤层内开掘一系列宽为57 m的煤房，煤房间用联络巷相连，形成近似于长条形或块状的煤柱，煤柱宽度由数米至二十多米不等。柱式体系采煤法有房式、房柱式和巷柱式等3种类型,适合于藕节状、鸡窝状及各种厚煤带、煤包等形状不规则煤层的开采。与壁式采煤法相比,柱式

13、体系采煤法由于工作面较短,并且两边由煤柱(一般为压薄带)支撑,回采后矿山压力的显现不明显,顶板管理相对简单。通常采煤在煤房中进行。煤柱可根据条件留下不采，或在煤房采完后，再将煤柱按要求尽可能采出。留下煤柱不采的方式称为房式采煤法，既采煤房又采煤柱的方法称为房柱式采煤法。2.1.2 国外煤柱回收方法房柱式开采的关键技术是煤柱回收技术，国外多年的开采实践已取得若干成熟经验，建立了以煤柱回收为其特色的诸多回采工艺，如劈柱式、外进式、圣诞树式、开端式等等，目前常用以下煤柱回收方式:1、开端式先在待回煤柱内沿采空区一侧采出一条带煤（这一条带煤的宽度是由矿井的实际条件和所使用设备的类型来决定的）。截割后的

14、顶板按通常方式支护，并且要在邻近采空区侧用木支柱、木垛或液压支柱加强支护。待一条带煤采完后，可以在远处撤掉沿采空区边缘的支柱以使顶板冒落，防止顶板悬顶而形成的较高压力移至煤柱未采的部分。这种方法一般是在煤柱相邻两侧交替采煤。2、袋翼式使用连续采煤机时，煤柱回收最好采用这种方式。这种方式是在煤柱中采出一条通道，在巷道和采空区中间留下一条窄煤翼，这条通道叫做煤柱中的袋。通道的顶板是用锚杆支护的。当穿过窄煤柱的通路完全打通时，连续采煤机斜过来对着留下的侧翼煤柱采煤，不再支护，边采边退出通路，然后顶板自然垮落。侧翼煤柱宽度的设计，以使连续采煤机的司机在采侧翼煤柱时不超出通路顶板支护的保护为原则，即斜切

15、进刀的长度不大于滚筒到司机座的距离，斜长一般约67 m。为了保证安全，首先在待回煤柱靠近采空区的边缘，即在房及联络巷尽端，打上一排支柱或丛柱，以分隔采空区。3、外进式当煤柱宽1012 m左右时，可直接在原房内向两侧煤柱进刀。由于原来煤房的顶板己有变形，向两侧进刀时，要特别注意顶板管理。煤柱窄时一侧进刀较完全。国外在煤柱回收的过程中采用支护与让压煤柱相结合的形式。即在煤柱回收过程中不完全回收掉整个煤柱，而是留一条或者两条小煤柱来帮助支撑顶板。上述的国外的煤柱回收方式均在不同条件下取得很好的技术经济效益。2.1.3 让压煤柱方式下的煤柱回收（一）让压煤柱的作用让压煤柱是指在工作面后方留下不采的小煤柱。它是一个可破坏的煤柱，在工作面推进的过程中，因顶板对小煤柱的作用力己经超过其最大强度而使它处于破坏阶段。但破坏并不是指压垮，煤柱可保留一定的残余强度而保持稳定。在煤柱回收过程中，让压煤柱的留设使得煤柱回收的危险减小了，其作用主要有以下三个方面:由于在煤柱回收过程中，顶板的运动更具有不确定性和不稳定性，因此，留下的让压煤柱可以观测顶板的位移量、矿山压力的大小等;减小了基本顶的回转或者延缓基本顶的回转，避免采场超前煤柱因受剪力太大而发生破坏，保证采场的安全;起到暂时支撑顶板的作用，为支架的移设留出一定的时间。（二）采场的支护