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1 9 9 9年第3期 总第3 6期 煤矿开采 1 9 9 9年 9月 1 ／‘ r ／ 两次跳采法开采建筑物下压煤技术探讨 胡炳 南， 刘 天 泉一 2 煤炭科学研究总院北京开采研究所，北京 1 0 C 0 1 3 【 摘要1 文章针对我国存在的建筑物下压煤开采难题，从建筑物承受重复 地下采动附加应力增加一释放一减少一再增加的加载特点和两次跳采法开采时岩层 秽动的动静态水平变形规律出发，提出了两次跳采法。采用这种方法 ，一方面，可 相应地提高建筑抗采 动应力的能力；另一方面 ，可减少建筑物承受的静态水平 变 形。加之 ，与注浆充填措施配合，能实现村庄不搬迁采 出全部压煤。 【 关 键 词 】 些 墨 些 墨 ； 岂 壁 毽 苎 竺 墨 堂 L， 中圈分类号 T I 2 3． 8 3 文献标识码A 文章编号 1 0 0 6一 5 f q 9 9 目前 ，建筑下压煤开采困难重重 ，主要表 现在两个方面一是建筑物下压煤量大面广。 例如 兖州矿务局 7个矿就有 1 8 4座 村庄压 煤，困扰着矿井的正常开采 ，其压煤量达 4 亿 多吨，占整个 可采储量 的 3 5 ． O ％；二是 随着 矿区的进一步发展，矿区范围内地表塌陷破坏 严重，压煤建筑物无处可搬迁。在这样的情况 下，“ 三下”压煤开采技术措施中的条带开采 法成为常用的一种方法 但是，现有条带开采 的缺点是采出率小 ，资源浪费大 ，机械化程度 低 。为克服一次性条带开采的不足，本文提出 了既可以避免建筑物搬迁，又可以采出建筑物 的全部压煤的两次性跳采技术。 1 建筑物承受采动变形特点 建筑物 的破坏取决于建筑本身的质量和外 界采动变形的作用。在地下开采条件下 ，建筑 物的变形与破坏是由于采空区上方及其周围地 表产生的移动与变形作用于建筑物的基础 ，导 致建筑物 承受到附加采动应力的作用而产生 的。地表整体均匀下沉不产生采动应力 ， 一 0 3 建筑物构成危害，而对建筑物破坏起关键作用 的是引起采动附加应力的地表水平变形。 建筑物下采煤研究表明，建筑物承受采动 附加应力具有随时间的推移而慢慢地释放变小 等特点。所以，建筑物压煤分次间歇开采 ，其 最终栗动影响附加应力并不是简单的两次开采 采动应力的累加 ，而是在经历了第一次采动应 力的加载后 ，随时间间隔的延长，采动应力释 放 ，再在残余采动应力值基础上增加第二次的 采动附加应力。因此 ，在同样的地质采矿条件 主要是采 出厚度下 ，两次跳采将远小于一 次性开采时的采动应力值。 2 岩层移动变形静动态发展规律 当条带煤炭采 出后，围岩体系应力重新分 布，使得局部顶板 冒落 ，而在煤柱上出现采动 应力集中 ，从而在煤柱和煤层顶底板出现采动 位移。这些采动压缩位移 向上发展的结果 ，就 会在地表出现沉 陷。 仅地表移动宏观分析而言，发生在工作面 推进过程中的地表移动和变形称为动态移动和 4 5 维普资讯 1 9 9 9年第 3期 总第 3 6期 煤矿开采 1 9 9 9年 9月 变形；而从工作面开切眼开始 ，至地表移动稳 定这段时间内 ，随着时间的延长而累计产生的 地表移动和变形称为静态稳定的移动和变形。 所以，动态移动和变形位置随着工作面推 进而跟进 ，随着工作面的位置不同而在采区地 表移动。动态移动和变形最大值发生在临时性 的开采边界上方的下沉盆地边缘区。静态移动 和变形值是相对稳定固定的，它仅出现在永久 性的开采边界上方的下沉盆地边缘区。根据我 国多个矿区的实际观测 ，动态水平变形与静态 水平变形值之比平均约为 5 0 ％，如表 1 。 表 1 动静态水平变形百分比 3 两次踌 采法开采技术 两次跳采法开采既利用建筑物承受的采动 附加应力随时间的延长而释放的特点，相对地 提高建筑的抗采动变形能力；又利用了两次跳 采中第一次跳采的岩层移动不充分性和第二次 跳采后的岩层移动的整体性特点，在两个方面 控制了地表移动和变形。 两次跳采法开采建筑物下压煤技术，如图 1 。按照两次跳采开采设计，依据规定好的顺 序，采 出某些条带 ，如图中的条带 l ，3 ，5 ， 经过一定间隔后，再回头同时对剩余的条带煤 柱进行开采，如图中的条带 2 ，4 。 在跳采的同时 ，对采出条带采用注浆充填 措施 。 图 1 两次 跳采 法 开采布 置 4 两次踌采法开采岩层移动分析 某矿进行建筑物下压煤开采，其开采深度 4 0 0 m，采厚 2 ， 2 m，煤层 中硬，顶底板岩层也 为中硬 ，采出条带宽度 b 6 0 m，第一次跳采 时留设煤柱宽度 n 6 0 m。 4 6 4 ． 1 第 一次 跳采 第一次跳采时的地表下沉值为条带开采的 地表下沉和水平变形。地表开采沉陷是条带煤 柱承受采动集中应力后的煤柱压缩量和条带煤 柱压人顶底板量在地表的反映，地表下沉值为 煤柱压缩量和煤拄压人顶底板量之和。 在此，设长壁冒落法开采时的下沉系数为 0 ． 7 0 ，故可采用下列参数作为第一次跳采条件 下参数 下沉系数 0 ． 1 5 0 主要影响角正切 t ∞．9 2 ． 0 水平移动系数 b 0 ． 3 采出厚度 M 2 2 0 0 m m 按动静态水平 变形值之 比为 5 o ％．由概 率积分法计算得 ，最大下沉值为 3 3 0 m m，最大 静态水平变形值为 0 ． 7 5 2 m m ／ m，最大动态水 平 变形值 为 0． 3 7 6 m m ／ m。 该地表下沉和水平变形很小，～般建筑物 是可以承受的。如果在第一次跳采时就利用坑 口电厂排出的废弃物粉煤灰，进行采空区 上覆岩层的离层带注浆 和条带采空区内充填 ， 至少还可 减少地表移动变形值 5 o ％。注浆充 填后 ，其最大静态水平变形值为 0 ． 3 7 6 m m ／ m ， 最大动态水平变形值为 0 ． 1 8 8 m m ／ m 。 4 ． 2第二次跳采 第一次跳采采动基本稳定后 ，进行第二次 跳采。第二次跳采后地表移动变形值较第一次 跳采时的地表移动变形值会有大幅度增加，因 维普资讯 1 9 9 9卓 第 3期 总 第 3 6期 煤矿开采 1 9 9 9卓 9月 为第二次跳采引起 的采动影响是大的。但是 ， 采用两次跳采法第二次跳采后，建筑物将处于 该采 区中央的下沉盆地平底区，相当于采用多 工作面协调开采。它们并不经历第二次跳采的 静态水平变形值 ，而只承受第二次跳采的动态 变形影 响 。 经计算 ，本例第 二次跳采时 的下沉 系数 现 0 ． 5 5 。故最 大下沉值为 1 2 1 0 ra m，最大静 态水平变形值为 2 ． 7 5 9 n u n ／ m，最 大动态水平 变形值 为 1 ． 3 7 9 5 m m／ m。 若在第二次跳采时也注浆充填 ，那么 ，最 大动态水平变形值 减小为 0 ． 6 8 9 n u n ／ m。最大 静态水平变形值 为 1 ． 3 7 9 1 m n ／ m，较大 ，但它 已不再在建筑物所在地表 ，而是在采区的边缘 区。因此 ，建筑物可以承受这个动态地表水平 变形 。 裹 2 不同采煤方法地裹水平变形对比 说明 ， 上方为未注浆充填的水平变形值，下方为已注浆充填的水平变形值 ； 减沉效果按5 0 ％计算。 从岩层移动计算可知，两次跳采法开采的 最终地表下沉与全部冒落法开采的下沉量是相 等的，但两次跳采法把一 次下沉分 为两次下 沉。在地表水 平变形 方面，两次跳采法开采 时，建筑物只承受第一次条带的静态变形和第 二次跳采的动态变形影响。在同样注浆充填的 条件下，全部冒落法开采的建筑物必需承受最 终静态水平变形值 1 ． 7 5 6 m m ／ m，而两次跳采 时，建 筑 物 只 需 承 受 动 态 水 平 变 形 值 0 ． 6 8 9 1m ／ m 。两次跳采时建筑物承受的水平变 形值仅是全部 冒落法开采 的 3 9 ％。因此 ，利 于受护体的保护。 5结语 根据建筑物承受采动附加应力的特点和岩 层移动中动静态移动变形规律所提出的两次跳 采法 ，在建筑物承受采动附加应力方面 ，把全 部冒落开采的一次性采动影响分为两次采动影 响，减少了建筑物采动附加应力的累加，挖掘 建筑物承受采动变形的能力；在地表采动变形 对建筑物影响方面 ，使建筑物只承受第一次跳 采的静态变形以及第二次开采的动态变形 ，避 免了最大的第二次跳采的静态变形对建筑物的 影响。从而，使采动变形限制在较小的量值水 平。可见 ，两次跳采法在确保村庄安全的条件 下实现村庄不搬迁开采是可行的。 许多矿务局普遍实行跳采工作面布置，跳 采实践证明，这种布置方式首次开采时 ，工作 面两侧均为实体煤 ，矿压小 ，要求受 护强度 低 ；第二次开采时，把巷道布置在低 卸压 带内，减少了矿山压力对巷道的影响 ，利于巷 道维护。因此，两次跳采法开采在采煤工艺上 也是可操作的。 作者简介胡炳南．1 蚴 年生．浙江金华人 ．高级工程 师。1 9 8 2 年毕业于准南矿业学院，1 9 9 4年北京科技大学硕士 毕业 ，1 9 9 8年在美田 岛u留学进修 。蜘 在煤炭科学研究总院 北京开采所工作。曾在 煤炭学报，等刊砌上发表论文 ∞余 篇。 收稿 日期 1 9 9 90 1 2 9 ；责任 编 辑 周 万 茂 47 维普资讯