1、翻譯部分英文原文：中文譯文Austar煤礦長臂式崩落采礦法的地質問題Adrian Moodie1 and James Anderson摘要：難控制的巖層、深層開采和高粘結度煤層是Austar礦的難題。綜采工作面條件差，循環載荷，沉重的擋板巷道和保持在<5.2米巷道的穩定，更不用說需要一個8.5米的巷道安裝面，這些一直是管理所關注的問題。LTCC對解決一部分難題有很好的效果，但也引發了其他巖土巖土方面的考慮。這些附加的巖土工程問題在LTCC的操作過程中，不僅需要控制，而且在評估新的Austar的煤礦或者在澳大利亞或者全球可用LTCC開采的能源都需要考慮。關鍵詞：長臂法開采， austar

2、，澳大利亞 ， 兗礦集團背景2006年9月Austar開始在A1盤區使用LTCC開采。從那以后LTCC工作面寬度從147m擴張到216m,并且最終擴張到227m，并且迄今以提交并完善運用到其他盤區。LTCC在A1、A2，A3的運用和現在A4盤區的運用非常成功，無論從煤炭資源采后處理的角度，還是從煤礦自燃和巖層控制都有良好的作用。本文重點介紹了LTCC在澳思達煤礦應用時的地質問題，并且也提出了在煤礦巖層控制中的一些進展。地點：圖1 - 澳思達煤礦所在地Austar煤業（奧星），是兗煤澳大利亞有限公司（兗煤）的子公司，經營Austar煤礦，地下煤礦位于下獵人谷，新州約8公里以南的塞斯諾克（參見圖1

3、） 。該礦是前Ellalong, Pelton, Cessnock No.1 和 Bellbird South Collieries合并重組而來。位于南方Maitland煤田。這些煤礦的開采運輸由Austar集團處理。歷史 地下開采開始于1916年在Pelton Colliery直到1992年仍在繼續。 Kalingo Colliery在1921年開采作為一個地下礦井并且于1961年停止使用。在上世紀60年代末期Kalingo煤礦被Pelton Colliery煤礦整合。長臂開采法于1983年被Pelton Colliery煤礦使用，后來被爆破法替代。1998年5月Oakbridge停止了煤礦

4、生產。Southland Coal然后收購Ellalong和Pelton Collieries并將資產和合并，此后都歸Southland Coal。Southland Coal利用Bellbird的設備和構造開發了長壁法開采作業，開采Bellbird的煤炭儲量。2003年12月， Southland的SL4自燃事故導致停止采礦活動。密封了地下火場，煤炭需要被密封18個月。兗煤于2004年12月購買了礦山并改名為Austar煤礦。Austar（最后一個工程是采掘Greta煤層）在2006年在澳大利亞煤炭行業推出的改進的長臂開采系統并命名為長臂式崩落采礦法（LTCC）。現在LTCC技術已經被用來開

5、采第一階段的A1和A2盤區和2009年第二階段的A3盤區。目前A4盤區正在使用LTCC開采，并延伸到最近剛申請的分布在Quorrobolong Valley下的第三階段礦區。地質概況目前，奧星開采的每層大約在地下530米。格里塔煤層開采厚度范圍從4.5米到6.8米，生產煉焦煤或混合煤，煤炭質量變化范圍很大。質量變化最大的煤層為水平含硫層上部，約在1至2.5之間變化。在當前礦區煤的灰分小于10。該格里塔煤層直接頂巖層主要是紋層巖 15-20米厚。很多盤區紋層巖被許多大型古河道侵蝕。古河道由細到粗砂巖。直接頂上為砂巖，厚度從1米至5米不等分布，這個大規模的砂巖層被稱為塞斯諾克砂巖。該塞斯諾克砂巖上

6、覆之間的大規模海洋生物擾動痕跡標志了Branxton Formation與葛麗泰上石炭煤系的分界。該布蘭克斯頓通常在20米厚，并延伸到上一層分界。該布蘭克斯頓巖性為分選很好的中粒砂巖，包含有有大顆粒的透鏡體，很少有層理或者節理構造。由于缺乏連續性和> 450米的巖層厚度進一步為開采形成挑戰，除了具有挑戰性的采礦環境和已超過500米的埋深。圖2 地層柱狀圖長臂式崩落采礦法長臂式崩落采礦法（LTCC）慣用的長臂開采法的改進，即利用機械化支撐從尾端用裝甲刮板輸送機（AFC）從后面開采（參見圖3），支撐失敗機器將被埋在厚的煤層里。LTCC的主要優點是能夠安全地優化資源在中厚煤層中進行回采，這是通

7、過操控每個可以伸縮翻轉的護盾實現的，否則就會浪費3.5米的頂煤留在采空區。這非常類似于傳統的2.9米的長壁采煤機系統安裝在煤層底板上掘進。然后頂煤通過每個護盾的背面坍塌到工祖運輸機上。該系統煤炭資源回收率在85，相比傳統的長臂開采法的40%-45%，回收率顯著增加。除了提高資源回收率的其他優勢包括：更低的掘進工作面高度：在這種地質環境下，傳統的開采經驗需要4米高的工作面，LTCC提供了更穩定更低的長臂工作面。運營成本的削減：在LTCC的方法使每米回采率有了雙倍或者更多的提高。這顯著降低了每噸的開發成本，減小了礦壓，減小了開采時斷裂發生的幾率。（Hebblewhite和Cai，2004）圖3 -

8、長臂式崩落采礦法(LTCC)長壁綜放頂煤，工程注意事項掘進和安裝巷道奧星公司的巷道跟傳統的長臂法一樣。正常的巷道尺寸<5.2m× 3.2m>，這個尺寸是澳大利亞大多數煤礦的底線。尺寸較小的巷道有利于地層的穩定。根據經驗顯示，堅硬巖中開采在接縫的上面或者下面都會出現明顯的沖擊地壓。奧星公司開采的條件雖然有困難但是不會延伸到巖層。標稱6 × 2.1米錨桿加了4米的鍵，是使用3 × 1.2米的機械錨，鏈接在肋上，肋全網覆蓋。機械錨固螺栓在奧星的使用并不理想，但這是是唯一的方法，當鉆具抽出后，柔軟的底層會使鉆孔閉合，只有這種方法才能在鉆孔閉合之前安裝入孔。公司

9、也嘗試了其他幾種方法，但都結果證明都不經濟和成功。因此，鋼鐵機械錨栓和鋼絲網即使在塊狀面上，肋被用來控制曲率，從而肋發揮良好的作用（科爾韋爾，2004年）。積極作用，讓肋盡可能保持良好的狀態在巷道頂板（特別是在鉸接后擋板頂板）的作用是非常明顯的。巷道的機道是最典型的是<8.5米，在巷道內段為<12米。隨四個月采掘的進行并觀察，證明全斷面開掘機道并支護是很成功的。四個月的支撐時間幫助椎保持很好的活動空間并且為下一盤區的長臂施工提供了充足的時間。隨著時間的推移，為了改善超過了600埋深時的采掘，奧星公司最大的挑戰是開發一個可拆除的化學肋。放頂煤回采率到2010年底，已使用LTCC完成了

10、四個盤區的開采，見表1和圖4。采掘的高度保持在2.9米至3.2米，這是對液壓支架的最佳工作范圍，并且幾何有力的證明這個高度可以取得最好的回采率。表1 - 奧星LTCC開采盤區明細圖4 奧星煤礦LTCC法開采工作面剖面圖總煤層回采率（不含煤柱）保持在85至95，包括放頂煤的75至85和810的稀釋煤。根據可崩性分類，這相當于一個“易到極易崩落”等級（潔，2001）。最近對A4盤區中LTTC設備的改進進一步使煤炭采出率增高，因為頂煤的開采更靠近巷道的內端，并且后擋板的傾斜到后擋板巷道。Jia（2001）報告說，有幾個主要因素影響頂煤冒放性，包括煤體的硬度，埋深，縫隙/節理；煤層，頂板巖層承載力，切

11、割方式和采礦比例都影響其冒放性（Cai, et al., 2004）。經驗顯示，在澳思達煤礦，煤的強度和壓力是影響回采率主要因素。節理產狀，巖石層，直接頂強度和一些人為因素(i.e. web thickness）是影響回采率的次要因素。操作參數顯示截深的厚度和支撐的密度也影響總回采率。在一個盤區開工時，不要讓煤崩落，讓整個工作面有充足的通風，直接頂可以完全的崩落在支撐后，因此可以為長臂工作面通風。另外，在循環加載，推進的速度增加，崩落體暫時懸掛在頂板上，這種情況需要靠奧星的低回采率清算系統同時也可以由進程本身放慢掘進的速度，尤其是在厚層煤層區域。最后的操作控制，會影響放頂煤回收率，與奧星煤礦的

12、頂板有關。當工作面進行到破碎頂板時（既含有節理和層理的粗砂巖）并且在頂板3米以內，這些碎石會損后門和液壓油缸（圖5 ）。如果有很厚的煤層做“緩沖”則可以使用煤層保護后門，但應指出的是，超前支護代替后門同樣平均會損失1米的煤層。凡在開掘時存在這種風險的地方，我們可以選擇移走機器來規避風險。后擋板的控制和支柱設計支柱的尺寸和回風平巷的尺寸的關系在工業（Colwell, 1998; Colwell, et al., 2003; Colwell and Frith, 2009）上已經有了理論上的結論。 監測奧星煤礦的掘進過程可以讓我們更深入的了解這個理論，并且還可以觀察直接頂的地質情況和回采高度對回風

13、平巷安裝的影響。圖5 掘進機和液壓油缸被直接頂損壞長臂工作盤區A2和現在施工中的A4是第一次在煤柱間和回風巷中使用雙拱支撐的盤區。表格2中概括了盤區的幾何尺寸和根據巷道工程設計模型(TDM) (Thomas, 2009)計算的有效使用概率。表2 - 奧星LTCC擋板參數有效使用概率表示實際的穩定因素和建議穩定因素的關系，如果有效使用概率>1，表示煤柱保守設計，如果有效使用概率<1,表示煤柱設計尺寸設計偏激進了 (Thomas, 2009)。長臂法回采 LTCC在奧星煤礦的應用同其他長臂開采法的不同在于它是后驅的，鏈板式輸送機在護盾的后面，而傳統的掘進設備鏈板式輸送機在護盾的前面。為

14、了維持回采設備在護盾的后面正常工作，護盾的背面需要大重量的支撐，因此可以為后續的開采設備和鏈板式輸送機提供通道。采煤機器移走后，后續的輸送機可以在采空區移動，并且可以在支護移走前在巷道的內端進行回采。長臂開采使用了傳統的出煤程序，可以移出一個支護支撐到前面，這樣交替支撐。傳統的出煤程序有利于保護采煤機，并且還可以讓支護的螺栓密度降低。結論長臂式崩落采礦法應用到澳大利亞這種地質條件條件取得了成功，但同時也彰顯了一些操作上的和巖土工程上需要管理的問題。在奧星煤礦，或者在其他的煤礦，或者在評估其他煤礦的時候，對于LTCC的操作最主要的問題必須考慮的問題包括：直接頂的地質情況，對放頂煤回收率和透水性;

15、直接頂地質情況和潛在的破壞采掘器械的構造;支柱裝載和擋板支護設計及后續設計為了奧星煤礦接下來20年的第三階段更好的開采，我們需要做更深入的研究。參考文獻Cai, Y J, Hebblewhite, B, Onder, U, Xu, B, Kelly, M, Wright, B, and Kraemer, I, 2004. Application of longwall top coal caving to Australian operations. ACARP Project C11040. Colwell, M G, 1998. Chain pillar design - calibrat

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18、d Coal Operators Conference (Eds: N Aziz and J Nemcik), Wollongong NSW, pp 37-53. Hebblewhite, B K, Cai, Y J, 2004. Evaluation of the application of the longwall top coal caving (LTCC) method in Australia. Jia, G S, 2001. Determination of top coal cavability in fully mechanised caving, Coal Science

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