我国村庄下采煤的现状与发展重点

2005/10/25 14:29:10

摘要　我国村庄压煤量大面广，本文介绍了村庄压煤问题的严重性，分析了村庄下采煤的特点，从5个方面重点总结了我国村庄下采煤的技术现状，提出了今后工作与技术发展的重点。
关键词　村庄下采煤　技术现状　发展重点

1　村庄下压煤问题的严重性
　　据不完全统计，截止1994年底，我国国有重点煤矿“三下”压煤的可采储量达94.7亿t，其中建筑物压煤可采量是48.1亿t，而村庄压煤占建筑物压煤的65.6％，占“三下”压煤总量的1／3，其可采储量为31.56亿t，可供一个年产1000万t的矿务局开采300多年。
　　从分布区域上看，河北、河南、山东、江苏和安徽的平原5省矿区，占我国村庄压煤总量的55％以上，例如开滦矿务局63个村庄压煤5.5亿t，兖州矿业集团109个村庄压煤5.5亿t，郑州煤炭集团可采储量1.96亿t，村庄下压煤量高达1.18亿t。可以说几乎矿矿都有村庄压煤问题，一般占矿井储量的10—30％，高的达40％。因此，解决我国东部地区的村庄压煤问题表现的尤为突出。
　　村庄压煤问题直接影响着矿井的当前生产，井下开拓巷道已准备完毕，因村庄压煤不能开采，不仅丢失煤炭资源，浪费巷道工程，还造成生产接替紧张、产量降低、服务年限缩短等一系列问题，这也是村庄压煤矿井普遍存在的问题。

2　村庄下采煤的特点
　　a　农房结构简陋，建筑质量参差不齐，采动保护技术难度大。在经济较发达的区域，农房多为砖混平房，甚至是楼房；而在经济欠发展的区域，土坯房还广泛存在，尤其是同一村庄内，从土坯平房、砖石或砖混平房至砖混平房至砖混楼房同时存在。这也增加了采动保护的技术难度。
　　b　地面与井下条件变化多样。地面有平原、丘陵、山区之分，又有高和低潜水位的平原、基岩出露地表与薄及巨厚冲积层覆盖地表之别。井下开采条件也是千变万化，从薄煤层至厚煤层，从单一煤层至煤层群，从近水平煤层至急倾斜煤层，开采深度也是从几十米至近千米。
　　c　农房是私有住宅。煤矿与房主之间的关系是公与私的关系，涉及农房利益，矛盾突出，同时地方政府在处理这一问题的原则也是偏护于农民，这就使煤矿的工作难度增大和经费支出偏高。
　　d　村庄下采煤不仅破坏农房，而且使土地塌陷甚至因积水，迁村又占用新的耕地。这样一方面涉及土地资源保护，另一方面农民要求解决农转非和再就业，甚至还要解决异地居住的交通等问题。总之，要解决由采煤、塌陷、征地和迁村而引起的一系列经济问题和社会问题。

3　村庄下采煤技术的现状
　　几十年来，为了解决村庄下压煤，1980年7月和1983年1月国务院对解决矿区村庄压煤和搬迁工作曾两次发出加快解决的通知和规定。各级地方政府和煤矿企业都做了大量的工作，科技人员也进行了多项技术开发和推广普及工作，使村庄下采煤技术的整体水平有较大的提高。然而，从村庄下采出的煤量仅占其压煤可采储量的4％，其中3／4是靠搬迁村庄之后采出来的，与实际要求仍有很大距离。目前，我国村庄下采煤的技术途径可概括为如下5个方面。
3.1　采后维修或补偿
　　表1是枣庄和新汶矿区在开采沉陷变形区进行平房损坏的调查统计数据，当水平变形值为4mm/m左右时，沉陷变形区内80—95％的平房仅产生Ⅰ级破坏，房屋受采动破坏的概率较小，没有必要预先全面加固保护，而采用采后维修或补偿方法更经济实用。这种技术途径容易操作，技术难度不大，经济效益好，应争取搞好矿村关系，广泛推广应用。关键要求：①控制地表沉陷后水平变形值＜4mm/m；②制定好与损坏等级相对应的赔偿标准，以利于操作执行。在条件具备时优先采用。

表1　采动变形与农房损坏率（％）

矿区	水平变形（mm/m）	Ⅰ级破坏	Ⅱ级破坏	Ⅲ级破坏	Ⅳ级破坏
枣　庄	6.6	28.8	37.9	24.2	9.1
枣　庄	4.5	79.7	5.6	4.6	10.1
新　汶	3.9	94.3	3.9	1.8	—

　　注：Ⅰ级破坏含未破坏的数量

3.2　减少地表沉降
　　a　条带法开采　基于条带法开采减少地表沉陷变形的突出特点（其减沉效果可达80～90％），近10多年来，条带法开采的理论研究颇受重视，在条带煤柱的受力状态及计算、合理采留宽度、覆岩的支承结构、充填法条带、锚固条带煤柱、条采地表沉陷变形预计方法等方面都有新的发展和探索，今后仍有待于发展成熟。
　　b　覆岩离层注浆　地下煤层开采后，覆岩产生冒落、断裂和弯曲下沉，诸多覆岩中的硬度和厚度不同，弯曲下沉的速度将会不同，在上层硬而厚、下层软而薄的条件下，即会在两层间出现离层间隙，将高压浆体注入此间隙内，即可减少地表的沉降与变形。这种方法首先在抚顺老虎台矿试验成功，减沉量达56～65％，随后又在大屯、兖州、新汶、开滦、南桐等矿区推广应用，实用效果见表2，减沉效果是8.4～91％，注入浆液占采出煤量的体积比是5～60％，而注入的粉煤灰均未超过2％，注浆液的比例和减沉效率变化比较大，说明在操作与应用上有些问题没有解决好。南桐和抚顺的投入少，效果佳。覆岩离层注浆减沉的实验模拟和理论研究也开展的十分活跃，有较好的发展前景，但从现阶段实用情况看，技术上尚不够成熟。

表2　覆岩离层注浆减沉实用效果

数量与效果	抚顺老虎台	大屯徐庄	兖州东滩	开滦唐山	新汶华丰	南桐东林
注浆液占采煤量（％）	4.87	60.2	19.26	24.59		14.0
注粉煤灰占采煤量（％）	1.55	0.95	1.91	1.46		1.32
减沉（％）	56.9～65．2	35	56	8．4	3．6	91

　　注：注浆液、粉煤灰与采煤量之比是体积比。

　　c　采空区充填　这是在采空区顶板未冒落下来之前将其充满。充填方式又分水力、风力和自溜三种，前者减沉效果较好，减沉达80％以上。但因充填成本高和充填材料缺乏，而限制了这种充填技术的广泛应用。近10多年来，几乎没有用采空区充填技术来开采村庄下压煤。
　　另外，近年来国外又在开发试验采空冒落区充填技术，将膏状浆液充填到工作面后方冒落的碎石空隙中，与其胶结形成具有一定强度的支撑体，从而减少覆岩的进一步弯沉和变形。
　　d　部分开采法　房柱式开采、巷道穿采、限厚开采、留不规则局部煤柱等等，后者是采动不充分条件时，在采空区中部留一定尺寸的煤柱，或利用断层、陷落柱留煤柱。这些方法都能有效地减少地表沉降和变形。
3.3　减少地表变形
　　前述的减沉含有减沉和减变形的双层结果，这里只是不减沉条件下的减变形。
　　a　多工作面联合同时开采　将村庄下多个工作面准备好，保持一定错距同时向前推时，使村庄农房仅受动态地表沉陷变形的影响，地表变形值可减少20～40％。
　　b　大条带协调全采　在采深较大等条件下，设计条带采留宽度接近普通采面斜长，在完成条带法开采后，采用沿空送巷或留巷，联合多工作面开采所留的条带煤柱。这比上一方法更优越，首先沉陷变形分解为二次发生，其次是同时开采的工作面数量少，有事半功倍的效果，各回采工作面间隔生产，管理灵活容易，再是减少变形效果大，可达50％左右。
　　c　错距开采　上下煤层同时开采要保持1.0r₁（r₁上煤层主要影响半径）错距，开切眼、停采线或走向开采边界处，上下煤层要留0.4r₁＋0．4r₂的错距，使上下煤层的正负曲率和水平变形相互迭加抵消。
　　d　背向对称开采　在被保护农房的正下方，采用背向对称开采，消除始采边界上的永久变形，仅受动态的负曲率和水平压缩变形影响。
3.4　建筑物的加固与新建
　　a　原有建筑物的加固改造　在地表沉陷时水平变形值为4～6mm/m，对结构较好的砖混（或砖石）农房宜采用采前加固改造，提高其抗采动变形能力，通常采用的加固措施有增设钢筋砼圈梁和柱子等，农房长度一般小于20m，但是，多栋相连成一长条时，应在两栋之间改造增设变形缝，地表水平压缩变形值较大时，开挖变形补偿沟。为解决原有建筑物与新增加固构件配合不紧密、共同作用效果不好的问题，我院与铁法矿务局合作进行试验研究，在原有建筑物内形成基础水平滑动层，钢筋砼圈梁切入墙体内，结果表明加固措施的技术效果得到有效提高，改造后的砖混结构建筑物能抵抗＜10mm/m的水平变形值。
　　b　新建抗采动农房　自1978年我院在国内率先推出抗采动建筑技术后，“七五”和“八五”期间我院又在平顶山和徐州采用就地重建方式解决了低、高潜水位不迁村采煤问题。此时，一般应控制地表水平变形值不超过12mm/m，措施是建筑物平立面规整，增加水平滑动层、钢筋砼圈梁和柱子、局部加强筋和钢筋砼带等。在平顶山设计了吸收地表曲率变形的锯齿型滑动层，并进行了首次有益偿试；徐州高潜水位矿区采用矸石垫高原村址，分层振压和一次强夯密实地基，将抗采动与抗震相结合，采用带肋钢筋砼梁式浅基础，设计建造新型农房，这两项成果都得到了广泛推广。
　　c　旧沉陷地迁村建房　在沉陷稳定或基本稳定地区，迁村建房是节约土地的有效途径。首先应根据地下开采时间、开采方法、开采深度、煤层采厚、覆岩岩性、地面建筑荷载等进行地表残余变形预测和地基稳定性评价，在沉陷积水区应回填垫高，强夯密实地基，建筑物可采用适当的抗采动措施。
3.5　地面疏水、建村、种养综合治理
　　在高潜水位矿区，在采煤之前，依据地表沉陷变形预计，统一规划设计疏排水、挖土垫高、建村、水产养殖、耕种的总体方案，将村下采煤与沉陷地的复垦治理和利用结合起来。建立新型高效多种类的现代化立体农业区。

4　今后工作与技术发展的重点
4.1　制订新的政策、法规
　　近些年，我国的政治与经济体制改革发展较快，村庄压煤开采是一项受政策和法规影响较大的技术工作，原有八十年代初的政策规定已不能适应当今的市场经济条件，国家应制定市场经济条件下的村庄压煤开采的政策和法规，以推动这项工作的健康发展。
4.2　编制可操作性强的规范、手册
　　村庄压煤开采量大面广，条件变化多样，不仅需科研人员开发新技术，而且需大量的技术人员和专业工作者推广应用，编制可操作性强的规范和手册，有利于普及和推广村庄下采煤技术。
4.3　开发新技术，推广新成果
　　不断开发研究技术上先进、经济效益高的新技术、新方法，完善提高现有技术和方法，使其逐步走向规范化，提高可操作性。并重点开展好下列5项技术的开发研究工作。
　　a　抗采动建筑技术的发展与提高。开发研究吸收地表曲率变形的结构措施，优化结构设计，降低抗采动措施费用。
　　b　条带法开采是一种成熟的传统方法，但是合理采留尺寸计算理论探讨的较多，规范实用的不多，应总结出一种或几种能得到普遍公认的、易操作的计算方法。
　　c　覆岩离层注浆减沉受到普遍重视，实用效果差异较大，在理论研究和实用操作中仍有许多问题需研究解决，如：充填量与减沉量计算、充填工艺与材料、充填后长期稳定性等。
　　d　大力开展高潜水位矿区沉陷后的地面疏排水、建村、耕作和养殖等的综合研究，在沉陷区建立新型、高效、多种类的现代立体农业区。
　　e　将采后维修或补偿途径规范化并大力推广应用。
4.4　健全管理机构，配备专业人才
　　为加强村下采煤工作的领导，省厅、矿务局和煤矿企业应有职能管理机构，健全管理机制，配备懂专业人员，制定规划，取得地方政府的支持和协助，全面开展村庄压煤开采的管理及技术工作，保证矿井生产的持续发展。

作者简介：黄乐亭，男，煤炭科学总院唐山分院院长助理，研究员，享受政府特殊津贴，1982年1月毕业于山东矿业学院，一直从事建筑物下采煤研究，主持完成国家和省部级重点科研项目10多项，多次获得国家和省部级科技进步奖，曾获孙越琦青年科技奖，第二届中国青年科技创业奖，原煤炭工业部专业技术拨尖人才，被联合国聘为技术顾问。

作者单位：（煤炭科学研究总院唐山分院）

煤炭网版权与免责声明：

凡本网注明"来源：煤炭网www.coal.com.cn "的所有文字、图片和音视频稿件，版权均为"煤炭网www.coal.com.cn "独家所有，任何媒体、网站或个人在转载使用时必须注明"来源：煤炭网www.coal.com.cn "，违反者本网将依法追究责任。

本网转载并注明其他来源的稿件，是本着为读者传递更多信息的目的，并不意味着本网赞同其观点或证实其内容的真实性。其他媒体、网站或个人从本网转载使用时，必须保留本网注明的稿件来源，禁止擅自篡改稿件来源，并自负版权等法律责任。违反者本网也将依法追究责任。如本网转载稿件涉及版权等问题，请作者在两周内尽快来电或来函联系。