江城铅锌矿地下开采设计毕业论文

中国矿产资源丰富，开采历史悠久，地下矿产资源采出后留下大量的采空区，特别是自20世纪80年代以来，中国矿业开采秩序较为混乱，非法、无规划的乱采滥挖现象严重，在一些国有矿山周边留下大量的不明采空区，致使矿山开采条件恶化，给矿山生产和安全带来严重影响。采空区按矿产被开采的时间，可分为老采空区、现采空区和未来采空区。矿体被采出后，自顶板开始由下向上依次垮落、断裂、离层、弯曲变形并在地表一定范围内形成下沉盆地。采空区上覆岩层按其破坏程度不同，从下到上大致可划分为“三带”：垮落带、导水裂隙带和弯曲带。采空区上方地表存在下沉和水平两种移动，倾斜变形、曲率变形与水平变形3种变形。地下开采地表移动分开始期、活跃期、衰退期3个阶段[1]。老采空区的移动主要应考虑衰退期结束后的地表移动，主要包括两个部分：①是已采块段对地表影响尚未结束的部分；②是采动碎裂岩体及上覆岩层在覆岩重力作用下逐步压实变形过程，此变形受上覆岩层地质环境条件的影响，如地下水的软化、风化及外部荷载影响等，使煤岩体强度降低，导致结构失稳，引起地表产生连续或非连续变形，这一时间过程往往比较漫长，由此带来一系列环境地质灾害问题，如山体边坡发生蠕滑而变形，甚至产生采空区大面积塌陷等，而塌陷区会导致地下水位下降以至枯竭、耕地破坏、生态环境恶化、道路变形破坏、房屋倒塌等，给矿区或穿越矿区的铁路、公路等工程建设留下很大隐患。

煤炭是中国的基础能源和重要原料，在一次性能源生产和消费构成中历来占70%左右，在国民经济发展中具有重要的战略地位。“煤为基础、多元发展”，是解决中国能源问题的基本方略，但在今后相当长的时间里，以煤炭为主体的一次能源结构不会改变。中国的煤炭消费量已由2005年的18.43×108t增长至2011年的37.27×108t，年均增幅达到12.45%，煤炭产量由2005年的21.13×108t增长到2011年的35.20×108t，年复合增长率为8.88%，预测“十二五”期间，全国煤炭需求总量仍将保持增长态势，到2015年中国煤炭需求总量将达到40×108t[2]。煤炭采出后导致上覆岩层移动和变形，岩体强度也会降低，在建筑荷载或列车动荷载作用下，甚至无建筑荷载或列车动荷载而由于其他地质原因作用下，有可能使老采空区重新“活化”，使冒落岩体再压密而导致地表产生新的移动和变形，甚至垮落，形成塌陷坑。采空区的存在对工程建设及地表建（构）筑物能产生潜在的安全威胁并具有以下特点：采空区特征难以弄清，其“活化”过程受多种自然因素和人为因素的影响并难以直接观察，采空区活化失稳破坏具有突发性，塌陷时间难以准确预计。

随着煤炭资源的大规模开发和利用，在给社会带来巨大的经济效益和社会效益的同时，也给矿山周围生态环境带来严重的伤害和破坏。采空区突然塌陷引发突发性地质灾害给人民群众财产和生命安全带来了巨大的经济损失和威胁，2011年7月28日，因连日强降雨，河北迁西县金信铁选厂红石崖嘴矿区职工宿舍发生地表塌陷，造成6人遇难。2007年8月29日凌晨3时许，陕西省神木县孙家岔镇边不拉煤矿矿井采空区发生塌陷引发地震，附近村民在睡梦中被惊醒。2005年12月26日13时05分，位于河南省安阳县都里乡林州市三鑫工贸公司都里铁矿，突然发生大面积塌陷，形成一个长约100m、宽约50m、平均深度6m的大坑。经勘验，这一地表塌陷区地下空洞是1992 年铁矿采空后留下的，塌陷与铁矿现采掘活动没有直接关系，在这起突发的地质灾害中，共有8人坠落、3人失踪。在晋城矿区，铁路从运营开始就受到了采空区的危害和影响，由于采空区本身还未稳定以及机车车辆动载的影响，线路经常处于不稳定状态，给行车安全带来了极大的隐患，1999年4月1日清晨，成庄线路巡道工发现DK2+600、DK2+800 路段又突然下陷长约12m，线路两侧田地出现多处最宽约10cm的裂缝，轨道几何尺寸发生严重变形，偏差极大，由于发现及时，迸行了迅速处理，防止了列车脱轨、颠覆重大事故的发生（图1.1）。位于四川省甘洛县境内的成昆铁路K309—K312段线路两侧存在大量铅锌矿，形成多处采空区，危及铁路安全要求，当地政府提前采取有效的预防治理措施后，确保成昆铁路的运营安全。随着矿产资源不断被开采，类似由于采空区的变形破坏给铁路安全运行带来隐患的报道还在增多。

图1.1 铁路附近采空区塌陷

铁路沿线采空区在火车动荷载的作用下更易引起地表变形和采空区塌陷，影响铁路路基的稳定性，是铁路运营必须解决的一个严重问题。首先威胁着铁路运输的安全，由于采空区本身未稳定以及机车车辆动载的影响，采空区沉陷不断发生，线路处于不稳定状态，给行车安全带来极大隐患；其次影响铁路运输效率，采空区的沉陷造成线路的不稳定，使行车不能按照规定的时间和速度要求行驶，运输生产效率受到严重的影响；再者增加铁路线路的维护保养难度和工作量，采空区地段线路极不稳定，且沉陷发生在时间和空间上都不能确定，因而线路的几何状态变化也变得复杂，很难控制和掌握，需要经常性地监测和维护。因此采空区顶板的稳定性问题作为铁路建设的不良地质问题已越来越突出。铁路线路是延伸性的建筑物，如果某一区段出了故障，全线通车将受到影响，如果不对地下采空区迸行稳定性评估及加固处理，就可能引起地表沉陷并降低路基的稳定性，给行车带来不安全因素。在地表的拉伸区，线路也发生拉伸变形；在地表的压缩区，线路亦发生压缩变形，将在钢轨内部产生拉应力或压应力，当钢轨内部的应力大于许用应力时，将在列车运行动荷载作用下，导致钢轨线路失稳造成列车脱轨事故[3，4]。

采空区是一种特殊的岩土工程对象，实际上是矿山开采沉陷学的延伸、拓广与发展，是开采沉陷学与岩土力学、土木工程、矿山地质、采矿工程、地下工程控制相结合的产物。因此，对老采空区顶板稳定性影响因素分析研究，迸而更合理的对采空区稳定性做出评价，不仅是对采空区迸行安全管理的前提和制定治理措施的依据，而且对保证铁路在设计使用年限内安全营运有着重要的理论和现实意义。

浅议煤矿煤层的开采技术摘要：由于煤层的自然条件和采用的机械不同，完成回采工作各工序的方法也就不同，并且在进行的顺序、时间和空间上必须有规律地加以安排和配合。这种在采煤工作面内按照一定顺序完成各项工序的方法及其配合，称为采煤工艺。在一定时间内，按照一定的顺序完成回采工作各项工序的过程，称为采煤工艺过程。关键词：开发技术 煤炭工艺 煤炭一、煤炭开采的主要形式（一）井下采煤井下采煤的顺序。对于倾角10°以上的煤层一般分水平开采，每一水平又分为若干采区，先在第一水平依次开采各采区煤层，采完后再转移至下一水平。开采近水平煤层时，先将煤层划分为几个盘区，立井于井田中心到达煤层后，先采靠近井筒的盘区，再采较远的盘区。如有两层或两层以上煤层，先采第一水平最上面煤层，再自上而下采另外煤层，采完后向第二水平转移。按落煤技术方法，地下采煤有机械落煤、爆破落煤和水力落煤三种，前二者称为旱采，后者称为水采，我国水采矿井仅占1.57%。旱采包括壁式采煤法和柱式采煤法，以前者为主。壁式采煤法工作面长，一般100～200 m，可以容纳功率大，生产能力高的采煤机械，因而产量大，效率高。柱式采煤法工作面短，一般6～30 m，由于工作面短，顶板易维护，从而减少了支护费用，主要缺点是回采率低。（二）露天采煤移走煤层上覆的岩石及覆盖物，使煤敞露地表而进行开采称为露天开采，其中移去土岩的过程称为剥离，采出煤炭的过程称为采煤。露天采煤通常将井田划分为若干水平分层，自上而下逐层开采，在空间上形成阶梯状。其主要生产环节：首先用穿孔爆破并用机械将岩煤预先松动破碎，然后用采掘设备将岩煤由整体中采出，并装入运输设备，运往指定地点，将运输设备中的剥离物按程序排放于堆放场；将煤炭卸在洗煤厂或其他卸矿点。主要优缺点优点为生产空间不受限制，可采用大型机械设备，矿山规模大，劳动效率高，生产成本低，建设速度快。另外，资源回采率可达90%以上，资源利用合理，而且劳动条件好，安全有保证，死亡率仅为地下采煤的1/30左右。主要缺点是占用土地多，会造成一定的环境污染，而且生产过程需受地形及气候条件的制约。在资源方面，对煤赋存条件要求较严，只宜在埋藏浅，煤层厚度大的矿区采用。二、采煤方法与工艺在发展现代采煤工艺的同时，继续发展多层次、多样化的采煤工艺，建立具有中国特色的采煤工艺理论。我国长壁采煤方法已趋成熟，放顶煤采煤的应用在不断扩展，应用水平和理论研究的深度和广度都在不断提高，急倾斜、不稳定、地质构造复杂等难采煤层采煤方法和工艺的研究有很大空间，主要方向是改善作业 条件，提高单产和机械化水平。（一）开采技术开发煤矿高效集约化生产技术、建设生产高度集中、高可靠性的高产高效矿井开采技术。以 提高工作面单产和生产集中化为核心，以提高效率和经济效益为目标，研究开发各种条件下 的高效能、高可靠性的采煤装备和工艺，简单、高效、可靠的生产系统和开采布置，生产过 程监控与科学管理等相互配套的成套开采技术，发展各种矿井煤层条件下的采煤机械化，进一步改进工艺和装备，提高应用水平和扩大应用范围，提高采煤机械化的程度和水平。（二）解决难题开发“浅埋深、硬顶板、硬煤层高产高效现代开采成套技术”，主要解决以下技术难题。硬顶板控制技术，研究埋深浅、地压小的硬厚顶板控制技术，主要通过岩层定向水力 压裂、倾斜深孔爆破等顶板快速处理技术，使直接顶能随采随冒，提高顶煤回收率，且基本 顶能按一定步距垮落，既有利于顶煤破碎，又保证工作面的安全生产。硬厚顶煤控制技术，研究开发埋深浅、支承压力小条件硬厚顶煤的快速处理技术，包括高压 注水压裂技术和顶煤深孔预爆破处理技术，使顶煤体能随采随冒，提高其回收率。顶煤冒放性差、块度大的综放开采成套设备配套技术，研制既有利于顶煤破碎和顶板控制， 又有利于放顶煤的新型液压支架，合理确定后部输送机能力。 两硬条件下放顶煤开采快速推进技术，研究合适的综放开采回采工艺，优化工序，缩短放煤 时间，提高工作面的推进度，实现高产高效。5～5.5m宽煤巷锚杆支护技术，通过宽煤巷锚 杆支护技术的研究开发和应用，有利于综采配套设备的大功率和重型化，有助于连续采煤机 的应用，促进工作面的高产高效。（三）缓倾斜薄煤层长壁开采主要研究开发：体积小、功率大、高可靠性的薄煤层采煤机 、刨煤机；研制适合刨煤机综采的液压支架；研究开发薄煤层工作面的总体配套技术和高效开采技术。（四）缓倾斜厚煤层一次采全厚大采高长壁综采应进一步加强完善支架结构及强度，加 强 支架防倒、防滑、防止顶梁焊缝开裂和四连杆变形、防止严重损坏千斤顶措施等的研究，提高支架的可靠性，缩小其与中厚煤层(采高3m左右)高产高效指标的差距。（五）各种综采高产高效综采设备保障系统要实现高产高效，就要提高开机率，对“支架—围岩”系统、采运设备进行监控。今后研究的重点是：通过电液控制阀组操纵支架和改善“支架—围岩”系统控制，进一步完善液压信息、支架位态、顶板状态、支护质量信息的自动采集系统；乳化液泵站及液压系统运行状态的检测诊断；采煤机在线与离线相结合的“油 —磨屑”监测和温度、电信号的监测；带式输送机、刮板输送机全面状态监控。三、主要的开采技术（一）深矿井开采技术深矿井开采的关键技术是：煤层开采的矿压控制、冲击地压防治、瓦斯和热害治理及深井通风、井巷布置等；需要攻关研究的是：深井围岩状态和应力场及分布状态的特征；深井作业场所工作环境的变化；深井巷道（特别是软岩巷道）快速掘进与支护技术与装备；深井冲击地压防治技术与监测监控技术；深矿井高产高效开采有关配套技术；深矿井开采热害治理技术与装备。（二）“三下”采煤技术提高数值模拟计算和相似材料模拟等，深入研究开采上覆岩层运动和地表下陷规律，研究满足地表、建筑物、地下水资源保护需要的合理的开采系统和优化参数，发展沉降控制理念和关键技术，包括用地表废料向垮落法工作面采空区充填的系统；研究与应用各种充填技术和组合充填技术，村庄房屋加固改造重建技术，适于村庄保护的开采技术；研究近水体开采的开采设计，工艺参数优化和装备，提出煤炭开采与煤炭城市和谐统一的开采沉陷控制、开采村庄下压煤、土地复垦和矿井水资源化等关键技术。（三）优化巷道布置，减少矸石排放的开采技术改进、完善现有采煤方法和开采布置，以实现开采效益最大化为目标，研究开发煤矿地质条件开采巷道布置及工艺技术评价体系专家系统，实现开采方法、开采布置与煤层地质条件的最优匹配。实行全煤巷布置单一煤层开采，矸石基本不运出地面，生产系统要减化，同时实现中采与中掘同走发展，生产效率大幅提高的经验的同时，重点研究高产高效矿井，开拓部署与巷道布置系统的优化，减化巷道布置，优化采区及工作面参数，研究单一煤层集中开拓，集中准备、集中回采的关键技术，大幅度降低岩巷掘进率，多开煤巷，减少出矸率；研究矸石在井下直接处理、作为充填材料的技术，既是减少污染的一项有利措施，又减化了生产系统，有利于高产高效集中化开采，应加紧研究。采煤方法和工艺的进步和完善始终是采矿学科发展的主题。采煤工艺的发展将带动煤炭开采各环节的变革，现代采煤工艺的发展方向是高产、高效、高安全性和高可靠性，基本途径是使采煤技术与现代高新技术相结合，研究开发强力、高效、安全、可靠、耐用、智能化的采 煤设备和生产监控系统，改进和完善采煤工艺。