浅谈用上行条带开采减小地表的移动变形.pdf

● 1 9 9 4{ 矿山 测量 第 2期2 7 浅谈用上行条带开采减小地表的移动变形 ／ ／ 一 一 ， z 滕 永 海 煤 炭 科 学 研 究 总 院 唐 山 分 院 T ， ． 眵 ‘， _ 一 摘要 在“ 三下 ” 采煤 中， 有时 需要 采用上行 条带开采 。 本 文探 讨 j实现 上竹 条带 ． 主 要 问题 。 关键词上行条带开采地表移动窿 ～一k 在 建筑物 下、 铁路 进 行煤 层群 开采 时 ， 如果地 表地势较 低 ， 采 用就地 重建 、 井 下 充填 等技 术 措施 不 可 行或 经济 上 不 合 理 ， 往往选用条带式开采 。 但固煤层层 间距 的 限制 ， 采 用正常开 采顺 序往往 又 不利于 上煤层所 留条带 煤柱 的稳定性 ， 述不到 有 效 减小 地表移 动变 形 的 目的 ， 在 这种情 况 下 ， 选 用上行条带开采 比较有利 。 进 行上 行开采 ， 即 先 开采 下煤 层 后开 采上煤 层 ， 可有效地保 护条 带煤柱 的 稳定 性 ， 但必须满足上煤层的采矿要求 ， 即巷道 维护 、 通 风 、 运输 、 排水 等技术问题 。为此 ， 必须 分析 研究合适 的煤层层 间距 、 上下煤 层条带煤柱的对应关系及相应条带工作面 的 间歇 时间等重要因 素。 1 合理的煤层层间 距 众所周 知， 煤层 开层 后其上 部形 成 冒 落带 、 裂隙带、 弯 曲带 近似整体 移动 。如 果两煤 层层 间距大于 下煤层 指该两 煤层 中位于下部的煤层 的裂隙带高 度时 ， 采用 正常开采顺序对上煤 层所 留条带煤柱 的稳 定性影响不大 ， 可 以按正常顺序 开采 。 如果 煤层层间距小于下煤层的冒落带高度时， 采 用 联合 留煤 柱 的 方法 进 行正 常顺 序 开 采 ， 如图 l 。如果煤层层 间距介 于这 两者之 间， 一是 采用 图 l所示 的联合 留柱法正 常 顺序开采 ， 但当层 间距较 大 ， 势必影响下煤 煤 层 层 问 距 三下 番 层的回采率} 二是选用上行开采， 可有效地 保证煤层的 回采 率且保持条 带煤柱 的稳定 性 ， 问韪是煤 层层 间距 究竟多大 能够 实现 安全上行开采 。 图 l 迄今 为 止 ， 在许 多矿 井安 全地进行 了 全部垮落法 上行开采 。文献指 出 在 我国 ， 当煤 层 层 间距 与 下煤 层 采 高 比大 于 7 ． 5 时 ， 一般可 以在 上煤层 内正 常掘进和 回采 。 统计我 国上 行开采 的部分 实倒 ， 一般 当层 间距大于下煤层采高的 7倍 时可 以安全实 现上行开采 。利用条带上行开采除应满足 采 矿条件外 ， 还要考虑 上煤 层受采 动后 的 承载 能力 。为有效保证上煤层所 留条 带煤 柱的稳定性 ， 建议条带 上行开 采煤 层层 间 距必须满足 l O倍 的下煤层采高 ， 也可 以用 下式计 算 。具体应用时 ， 取 两者 之大 者。 h HM T- I- 5 M y 1 其 中 HM T M W ／ [ K 1 c 0 s q ] 式 中 h 煤层层 间距 ， m； 维普资讯 矿山 测量 第 2期 H 下煤层 的冒落带高度 ， m； M 下煤层的果 高 _ m． 1 w 冒落过程 申顶板 的下 沉值 ， m K 下煤层 胃落岩石的碎胀系数 ； n 下煤层 的倾 角 ， 度 。 当下煤层 的冒落带磺部有 一层厚度大 于 2 倍煤层采高的硬岩 层时， 可以不按上 式计算， 只要煤层层间距大于 H 2 M 即可进 行上行开采 这是 国为厚层状硬岩 层能 有效地 抑制其上 方岩 层 的破 坏 ， 使上 煤层的采 动破坏程度大大 减轻 。 一 2 条带煤 柱对应关 系及合理 的间歇时 间 2 1 条带煤柱 的对应关系 由于 条带开采 ， 在 上煤 层 中各位置 所 受采 动影 响有很 大差 别 ， 在 下煤 层条带 工 作面上 方煤层移 动变形就较 大 ， 而在 条带 煤柱上方煤 层移动变形就相对较小甚至基 本 不受影 响， 相应 的煤 层承载 能力 影响就 小 为此 在上煤层条带煤柱 留设时 ， 应选 用 受其下煤层开采影响小的部位 。按岩移理 论 ， 用开 采影 响传 播 角 e 。 让 上 、 下两 层 的 条带煤柱相互对齐最为合理 ， 如 图 2所示 图 2 根 据分析 计算 ， 如果 煤 层为近水 平煤 层 小于 8 。 ， 用法 向对齐 、 铅垂线对齐与 吼 角对齐差别不大 ， 三种方法可灵活选用。 如果煤层 为绥倾斜 煤层 8 。 ～2 5 。 ， 最 好用 如角 进行对齐 ， 但也可 以考虑 采用法 向对齐 如 图 3 ， 其两者 差别不太大 。 如果煤层为愤斜煤层， 则采用倾斜条 带 开采 ， 其条 带煤柱 按铅垂线对齐 图 3 2 ． 2 合理的开采 闻歇 时间 为了便于上煤 层巷道 的掘进 、 维护 及 工 作面管理 ， 必须在下 煤 层采动影 响结 束 后应 力达 到新的平 衡时再进 行上 煤层相 应 工作 面的掘进 、 回采 ， 其 具体 的最 小开采 间 歇时 间可 由下式确 定 。 Ti h A 1 0 0 d 2 式 中 i 主要取决 于覆岩性 质的移动时 间系数 ； c 工作面推进速度 ， m／ d； h 煤层间距 ， m。 也 就是 说， 上煤 层条 带工作 面必须 在 其 下煤层相应条带工作面及相邻 工作面全 部采 完 T时间后进行掘进 、 回采。 3 结论 及技术描施 ①为减小地表的移动变形 ， 利用条带 开采煤 层群时 ， 如果煤 层层 间距 小于 下煤 层 的裂隙带高度而 大 于 1 0倍 的下煤 层采 高 且 满足式 1 ， 采 用上 行 开采 是一 个 经 济 、 可 行、 合理 的方法 。 ②如果下煤 层 冒落 带的顶部有一层 2 倍下煤 层采 高的坚 硬岩层 ， 煤屡层 间距 只 要大于 HM T2 Mf即可进行 上行开采 。 ③ 上行开采 时 ， 两煤 层的条 带煤 柱 必 须根据煤 层倾角情况分别选用开采影响传 播角 0 。 法 、 铅垂线法 、 法 向线法对齐 。 ④上煤层条带工作面必须在下煤层相 下转第 2 6页 ● 维普资讯 2 6 矿山测量 1 9 9 4年 砖 墙内最大 主应力的分布与太小和地 表 曲率变 形有关 ， 当地表为正 曲率变形时 砖墙内最大 主应 力较大值 以倒八字形态分 布 见图 9 ， 与正 曲率 变形 时 建筑物 墙壁 上产生倒八字形裂缝相吻合 ； 当地表为负 曲率变形 时 ． 砖墙 内的 最大 主应力 较大值 以正八 字形态分布 见 图 1 0 ． 与 负曲率变 形时建筑物墙壁上产生正八字形裂缝相 吻 合。 地 表水 平变形仅影响墙壁靠近基础梁 处的一部分 墙壁应 力 ， 对 上部墙壁 应力影 响不大 ， 图 9状 态二下首 层窗 台下 最大主 应力较大， 这正是水平拉伸变形较大时． 首 层窗台下易出现垂直裂缝的原因 。 当地表为正曲率或负曲率变形时， 墙 壁上的最大剪应力分布图无论从分布形态 还是数值 上都是一致的 ， 由此可知 ， 墙壁上 的最大 剪应 力不是 引起墙壁产生裂缝 的原 因 。 分析左右单体墙壁应 力在三种状态下 的数值大 小可 以看 出 ， 由于右单 体长高 比 比左单体 小 ， 或者 说右 单体的抗弯 能力 比 左单体 强 ， 使右 单体 墙壁 上 的应力值 明 显 小了许多 。 3 主要结论 抗变形框架 结构 应用有限元程序进行 受力分 析 ， 即考虑 了水平滑动层 的作用 ， 又 考虑 了地 基 的协 同工作性 能 ， 使 抗变 形框 架结构 受力分析 更趋完善和 准 确 ， 为抗 变 形框架结构 建筑物优化设计 奠 定 了基 础。 通过 本文的计算分析得 以下主要结论 ① 当地表 为正 曲率变形 时 ． 地 基反 力 为中部太 两端 小的抛物线形 ； 当地 表 为负 ． 曲率变形时， 地基反力为中部小两端大的 抛物 线形 。 ②水平 滑动层是 吸收地表水平变 形的 最 有效措施 ， 变 形缝是单体长 度较 长 的建 筑物抵抗地表变形非常有效的抗变形措施 之 一 。 ． ③ 当地 表 为拉 伸或压缩变 形时 ， 基 础 梁承受较大拉力或压力； 当地表为正曲率 或 负曲率变形时 ， 檐 口梁承受拉力或 压力 。 框架柱 的轴力 随地表 曲率变形 的影 响有所 波动 。 框架构 件的剪力、 弯矩随地表变 形的 变化改变不大 。 ④砖墙上 的最大主应 力是 引起 建筑物 墙壁上 产生裂缝 的原 因， 一般在 墙壁上 产 生的倒八字或正八字形裂缝是地表正 曲率 或负 曲率变 形作用的结果 。地表水 平变形 易使建筑物 首层 窗台下产生垂直裂缝 。 ⑤ 框架结 构建筑物 抗变形 能力较 强 ， 但通过 本文的计算反映出框架结构建 筑物 抵抗地表水 平变 形能力较 强 、 抵 抗地表 曲 率变形能力较差。提高建筑物抵抗地表 曲 率变形能力的最有效方法是减小建筑物的 长高 比。 上接 2 8页 应 条带 工作 面及相 邻工 作 面 回采 完 T 时 间[ 式 2 计算 ] 后再进行掘进 、 回采。 ⑤ 在下煤层 条带 工作 面内尽量不留残 余煤 柱 ， 以利于上煤层 相应 条带工作 面 回 采 。 ⑧在上煤层条带工作面掘进 、 回采时 ， 要加 强巷道 及工作 面顶板支 护管 理 ， 并 做 相应 的试验工作 。 参考文献 刘天泉 ． 用垮落法上行开采的可能 性． 煤 炭学报 ， 1 9 8 1 1 维普资讯