条带法开采工人.pdf

冒落条带法开采工人 村保 护煤柱 一 、概 况 鹌壁矿务局蒋耀 中 鹤壁九 矿广场工 人 材下采 煤 于1 9 7 9 年6 月起 ，1 9 8 3 年 8月 结束 ，其 间因邻 区突水 矿 井 被淹 中断近两 年 。在 煤柱 内升采 曲实际 间是 1 9 7 9 年 6月至 1 9 8 0 年1 2 月 ，1 9 8 2 年 儿月 至 1 9 8 3 年 8 月历 时两年 _更两 0 月 。采 B 爵 2 9 ． 6 万t ，年 平 均采 出 I , i ． 3 百t ，士 阿 当于矿 生产 能力 的5 0 。 九 矿位 于鹤壁 里戈 ， ； 二 人 材下 燃牡 为 上石 炭 系太原 群 近 离 一 F 夹 煤 组。 j j 含 上 下两 个 可采煤层 ，间距 8 ～1 ， 上煤 六 煤 厚 I m，下煤 八煤 厚 3 ． 2 3 ． 4 m。奥 陶系灰 岩至 下煤底 板3 0 4 0 m， 有 断层 连通 。 广 场工 人村座落在 井 田北翼 ，是九矿主 要 生活 区， 占地2 0 0 亩 ，各类 建筑物 1 1 8 幢 ， 建筑面积 2 ． 6 7 i m 楼房4幢 5 7 6 0 m ，价 值2 1 8 万元 建筑 以砖术 结构 为 主 ，有少 量 砖 拱型 平房 ，单元 长度 一般 3 0 4 0 m，最 大 ．um。 ．I一 人们 内除住宅 以外还 有学 校 、商 店 等公共 。 广场 工人 村压煤 7 6 ． 6万t ，上部及左 右 两邻 均为已采 区 ，下部 以 F。 a z 断 层 为界 见 图 。煤柱 走 向长4 0 0 4 7 0 m，沿 惯斜 方 图 l条 带开 采 设 计平 面 图 济的前提 下 ，盲 目再上 这些 产品是 很难打入 市 场的 ，现有各 厂应 通过质 量、价格 、服务 这三方 面来进行 竞争 ，优 胜劣汰。 2 ． 8 0 A改装 宜取 慎重 态度 如 前所述 ，8 0 A磁 力起 动器可用 新 型空 气式交流接触器进行改装，技术经济效果较 好 。 当然 也不排 斥特 殊场合 少量地试 用真空 接 触器 ，不加 区别地提 出全矿真 空化是 不足 取 的。 3 ． 可逆 8 0 A磁 力起 动器 的 真空 改 装要 通过 试 验 验 证 ． 国外经验 告诉我 们 ，低截 流水 平的真空 接 触 器不宜可 逆运行 ， 因为触 头分断 时容 易 拉出金 属小桥造成 相间短 路酿成 事故 。 英 国 ， 西 德 都采用 截流值较 大的铬 铜触头才能 用 于 可 逆运行 。所 以，若要 用现有 的真 空接 触器 改 装可 逆磁 力起 动器 ，必 须通过 科学试验 ， 取 得依 ’ 。 4 ． 真空 改装要选 用优质元器 件 通过 检查 ，发 现很 多制造 厂出于无 奈， 只 得选 用用 户指定 的元 器件 有 的甚至 是很 落后 的进行 改装 ，从而使 本体 制造 厂难 以 对本 体 的质量进 行全 面负责。 5 ． 制订质 量验 牧细则 进一 步制订 真空本体 的质 量验收细则 ， 供 各 厂统 一执 。 6 ．组 织质量评 比 在 适 当时候 组织一 次行业 质量 评比 抽 取 样品、集中检 测 ，促使真 空本体的 质量 不断提高。 责任编辑傅元义 21 维普资讯 向 以 1 5 运输大 巷为界 分为上 下两段 ，上段 2 5 0 i n，下段1 7 0 m。开 采深 度1 5 8 m至1 9 0 m， 平 均1 7 4 m。第三 、四系 总厚6 0 m。煤层 倾 角 1 O 。 ，设 计 采 高 上 煤 l m，下 煤 2 ． 4 m，共 3 ． 4 m。试采 时 设计 回采 率 5 4 ，后 因矿井 突水 部 分原 计 划采 出的煤量 留作 隔水煤柱 ， 致使 实 际回采 率仅为4 4 ． 8 ％。 试采期 间房 屋正常使 用，居 民生 活秩序 正 常。 据初 步测 算 ，矿井 仅增加 利润 、节省 搬迁费和挽回矿井基建投资损失三项即刨效 益 3 4 4 ． 5 万 元 。 、建 筑物 下采煤设 计 1 ．媒 柱稳定 性分析 用条 带法开 采近距 煤层组时 ，对 于上下 煤柱对齐要求比较严格，通常可在沿垂线方 向、沿法 线方 向和 沿开采影 响 传播 角e 方 向 这 三种煤柱 对齐方式 中进行 选择 。为寻求 最 佳方 案 ， ， 采 前 以有 限 元 法 用SA PS 计算 程 序进行 了计算 比较。为 更清楚 反 映三种 不 同煤柱对 齐方式 的差 异 ，将 模拟 条件作 了一 些 变动 ，上煤 采厚 由 l m 增加到2 m，煤层 间 距 由8 m增加到 2 2 ． 5 m。 图2 是煤 柱 沿法线方 向对齐的 网格图 ，系 由6 3 0 个节 点 组成 5 7 8 个 四边形单元的 模型 。沿垂 线 和 沿e 角方 向对 齐 的模型节 点数和单 元数亦 同 ，计算 参数见 表1 、2 。 辈 圭 图 2煤 柱 沿法 线 方 向对 齐 的 有 限元 模型 阿格 计算结果 列于 表 3，从 中可 以看 出，煤 柱 沿垂线方 向对齐 ，地 表下沉和煤柱 应力偏 22 有■元计算地晨采矿蠢 件 囊 1 { j lO I 16 5 I 17 9 I 。3。2 l 1710 190 179 17 下 煤 J ’ 『 2 ．5 l l l 32 l 有一是计算●藏 囊 2 旨石容重 岩石弹 岩石 的容量 煤的弹 蝉的 1 0 性 模量 泊 橙比 性 模量 泊橙 比I t ／ m t i m‘ p t ／ m t i m‘ p I 度 2． 5 9x 1 00 0． 3 1． 3 2． 5x 1O 0 8 6 I B 3 j 蝶拄最大下 l沉值 对齐方式 l m 垂线I 2 ． 0 7 0 口角l 1 ． 9 9 1 法线l 1 ． 9 8 8 有 ■元计算结果 毫 j 大 ，煤 柱 沿 8角方 向对 齐 ，地表下 沉和 煤柱 应 力较小 ，由于沿法线 方 向同沿 8角方 向仅 差 3 ． 2 度， 因而算 出的这两种 煤 柱 对齐 方式 的效果 也颇为接 近 ，设 计时 采用 了煤柱 沿法 线 方 向对齐 的方 案 依据 A H 威 尔逊 的研究成果 ，煤柱 允 许应力上 限 为 4 仲 ，计 算得上 下煤 允许 应 力 分 别为 1 6 5 0 t ／ m。 和 1 9 0 0 t ／ m。 ，而 上 下煤煤 柱 实 际 平 均 应 力 仅 达 到 1 0 2 4 ． 7 t ／ m和 1 1 5 5 ． 4 t ／ m。 ，煤柱 是稳 定安全 的。 2 ． 条带布置 方 武 在开 采设计 中首先 考虑 了断层及 1 5 北 大巷煤柱 的 留设。F 。 o 断 层属新 华夏 系导水 断 层 ，北 北东 向，落差 2 0 2 5 m。开 采区在 断 层上盘 与奥陶 系灰岩接 近，按规 定 留置 隔 水煤柱 3 0 m。其 余小断层 落差 均小于1 ． 8 m， 不再 专门 留设煤 柱 ，仅 结合 条带设 计将小断 层 煤柱和 保 留条 带合并 ，宽 度取 3 0 5 0 m 沿 下煤底板 的 1 5 北大 巷 护 巷 煤柱 宽6 0 ～ 8 0 m，其 上方 房屋 密集 ，为避免 地表 产生波 浪型盆地给建筑物带来不利影响，上煤开采 值豆 值 一J 力 一般 一 跖 直 n n u 一● ● l_ ● ● ● ～ ～ ， ●● 一 值面值一J J 力面一” 应 、l _ 塑 加 m一●●一 上 一最 一” 培 维普资讯 一 个宽 3 0 4 0 m的走 向条带。其 余部分按 计 算 得 出的采 留宽度 为 ； 1 5水 平 以 上采宽 3 2 m， 留宽 1 7 m， 1 5 水平 以下采宽 4 2 5 0 m， 留宽2 3 m。煤 柱宽 高 比5 ～ 6 ． 8 ，最大采 宽约 为采 深的1 ／ 4 。经计 算条 带煤柱 强 度 能 够满 足要 求。根 据 以上设计 得 出。工 人村保 护煤 柱 内，护巷煤柱 损失 率2 3 ． 7 ，保 留条 带煤 柱损失 率2 2 ． 3 ％，条采采 区 回收率 5 4 。 条 带开采 的采 留宽 度一经 确定 ，条 带布 置 方式 对地 表移动与变 形没有影 响。为 通过 开采 实践验 证在 生产管 理方面 那种布置 方式 更 好 ，本设 计 特选用走 向条采 和倾斜 条采两 种 不 同的开采 方 法，1 、 1 0 、1 1 ’ 、1 2 ‘ 、 1 3 ‘ 、1 4 ’ 和1 5 ‘ 条 带 以走 向条带法 开 采 ，工 作 面平 均单 产8 0 0 0 t ／ 月 ，其 余 以倾斜 条 带法 开采 ，工作 面平 均单 产 1 1 0 0 0 t ／ 月 ，两种 方 式 的 掘进 率 均为2 5 8 m／ 万t 。 3 ．地表 变形对房 屋影 响的预 测 地 表移动与 变形 采用概 率积 分法计算 ， 主要 参 数如 下 t 下沉系 数目0 ． 1 5 主要影响角正切靶 妒 2 ． 0 拐点偏 移距S D 0 ． 1 H 水 平移动 系数b0 ． 2 5 最大 下沉 角0 8 0 。 预计 地襄最大 移动与变 形值 。 Wo 4 9 5 mm，T 。 5 ． 9 mm／ m。 8 o 3 ． 2 mm／ ma 因 为局 部地 表移动 预计值达 到 Ⅱ 级 破 坏 ，将有1 9 幢4 1 4 1 m2 房 屋在 采后 需要维 修。 另有 部分房 屋质量 低劣 ，采动影 响期间可 能 会 出现仃窗 开关不 便的轻微损 害。 三、试 采成果 1 ．地表移 动与 变形 开采影 响 区地表共 设观 测线 9条 ，走向 线 3条 ，倾 斜线 4条 ，伪斜 线 2条 ，测 点共 计 4 1 9 个 ；各测 线 实测 的最 大 移动 与变形值 列 于表 4。 地囊量大移动壹， 亭 t 寰 4 1 2 0 走向 1 2 4 1 4 2 走向 l 6 2 1 8 2 走向 1 2 0 -- 1 8 5 惯斟 1 8 8 --2 0 0 倾斟 2 B 一3 5 倾 斟 6 一 6 7 倾 斟 3 6 --4 5 伪 斟 2 1 2 7 ‘ 伪 斟 一 4． 7 8一 1 ． 3 3 2． 30 一 O． 0 8 ～ O． 0 7 0． 02一 0． 0 9 - 4． 3 7 65 ． 0 7 - 0 ． 船2 8 七 2 ． 80 l o ． 0 9 6 ． 5 6 l0 ． O 5 3 ． 0 4 l一0 ． 0 9 2 ． 6 8 I一0 ． O 6 2． 6O 一 1． I9～ 2． O6． 一 O ． 95～ 1． 0 3 1 ． 20～ 1 ． 2 5 1． 3 7 2． O 6 1 ． 29 0． 94 整 个移 动盆 地内的最 大移动 与变 形值 W 0 7 2 6 mm， T． 一4 ． 7 8 ～ 6 ． 5 6 mm／ m K。 一O ． O 9 ～ 0 ． 0 9 1 0 1 ／ m。 8 。 一1 ． 4 9 ～2 ． 6 0 mm／ m。 根 据实际 资料求 出的 地表移动参 数为 下沉 系数■0 ． 2 1 主 要影 响角正 切t 鹋 1 ． 1 水平移 动系数b0 ． 2 最 大下 沉 角88 0 。 条 带开 采地 表移动 与变 形有 以下特 点 1 尽管 下 沉系数较大 ，又采 用 了走 向条 带和倾斜条 带两 种不 同开采 方式 ，地 表 依 然 为单 一平缓 盆 地， 2主要 影 响角正切偏小 ，约相 当于 全 采 的6 O ％左 右，这 是 盆 地 平 缓 的 主 要 原 因 I 3 地表移动 总时 间及 活跃期 都明显 小于全采。在采矿地质条件大体相同的情况 下 ，条 带开采地 表移动 总时间及 活跃期 分别 相 当 于全采 的 7 O 和4 O ％～ 5 O 。 此 外， 由于煤柱 长期被 水浸 泡致使最大 下沉增加约2 5 f 图 3 ，对于建筑物保护 是极 为不利 的。 2 ．建 筑精秽 动 与变形 Ⅲ Ⅲ Ⅲ 维普资讯 图 3 沿 倾 斜 主断 地 表下 沉 曲线 为保 障开采影 响期 间居 民生命 财产的安 全 ，探索建筑 物 破坏与采动 影 响的关系 ，对 1 7 幢房屋作 了长期系统观测。设墙壁及其对 应 的地 表点2 7 8 个 ，得到 了地 表 同 建筑 物之 间穆动 与变 形的相 关关 系 表 5。 地 衰 与 ■靛 物 移 动 壹 形相 关 关 系 衰 5 水 平I 忡 张 I e _ 0 ． 1 5 fl 0 ． 5 0 6 e l 1 1 『 o ． 7 0 7 10 ． 2 3 变形 J 压缩I P 女 一0 ． 2 8 2 0 ． 2 0 5 ￡ l f1 0 ． 4 5 3 1 0 ． 2 1 九 矿广场工 人村 多数建筑 物质量不 高 ， 如之年 代较 久 ，采前2 l 幢 占总 数l 8 ％的房屋 已有裂缝 ，其 中 4幢达 到 Ⅱ级 破坏 。受 开采 影响有2 8 幢 占总数2 4 的房 屋 发生 了破坏 ， 达 到 Ⅱ级的1 O 幢。究其 原因 ，主 要是下 沉量 增大所 致 ，如果 条 带煤柱 不受水 浸泡 ，下沉 系数0 ． 1 5 左 右 ，房 屋受损 程度将 大大降低 。 采后 对有裂 缝 的房屋 作 了 全 面 修 缮 ，费用 5 ． 5 3 万元，为建筑物原造价的2 ． 5 。 3 ．开采 方式分析 试采 中上煤机采 ，HZ WA一 1 2 0 0型 带 冒 点柱 ，下煤 部分 机 采 部 分 炮 采 ，HZ W A 一 2 4 0 0型 金 属支柱 、HDJ A- 1 0 0 0铰接 顶梁 ， 齐粱直线正悬臂布置。走向条采和倾斜条采 相 比，前者 具有辅 助工、费 较少 的特 点，后 者 工 作 面 单 产 较高。倾斜 条 采 平 均 月产 1 0 8 1 5 t ，基 本与该矿 正常情 况下生 产水平 相 2丑 等 ，走 向条采 平 均月 产 8 3 3 0 t 。从 倒 面搬 家 上 比较，倾斜 条采 平 均多 1 ． 5次， 以每 次搬 家费3 5 7 元计算，需要多支出5 3 5 元。走向条 采平 均 日 进 6 m，掐 机尾频繁 ， 同 样需要辅 助费 用 ，全面 考虑 上述 原 因，倾 斜 条 采 略 优 。用倾斜条 带开采 时，前方 提前掘进 2 ～3 个开切眼，受上煤开采动压影响，提前掘进 的巷道多需二次维修，费用每米 5 O 元 为避 免这 种现象 ，在 走 向条采 时下 煤顺 槽随采随 掘 ，巷道 维修费明显 下降 。 试采 回采 率 比 设 计 低 9 ． 2 ，少 采出 1 1 ． 8 万t ，主要 是面 积 损 失 造成 的 ，l l 、 1 2 条带 设计应 采1 7 ． 7 6 万t ，实际仅采 出 7 ． 4 万 t ，少 采1 0 ． 3 2 万t ， 占少采 出总量 的 8 8 ％。 矿井恢 复生产 以后为慎 重起见 ，靠进断 层交 叉点处 防水煤柱 加大 ，把原计 划开采 的条带 捌 入煤 柱 范围 ，因 而不 能正 常开采 。其 它诸 条带实 际采 出量 与设计 采 出量基 本相等 。条 带开采 范围 内实际 回采 率达 到 了6 4 ． 2 计 算 方法；b ／ a b x1 0 0 ，a 、h分 别为 留 宽 和采宽 。 4 ． 经 济 效 果 建筑物 下采煤经 济效益 计算很 困难，被 保护 的广场工人 村原造 价仅 2 1 8万 元 ，若 移 地重建面积相同的房屋，包括征地、三通及 其 它附加费 用则相 当可观。 唯因 目前 尚无计 算方 法，这 次仅从 以下 三方 面分析 比较 1挽 回基建投 资损 失。九矿设 计 的 吨煤 可采 量基建 投资4 ． O 5 元 ，解放 煤量 2 9 ． 6 万 t ，挽 回损失 1 1 9 ． 8 8 万 元 2创 收 。1 9 8 0 年 计戈 4 吨煤 成 本2 2 ． 3 元 ，实际 吨煤 盈利O ． 4 1 元 ， 以 采 出 2 9 ． 6 万 t 计 ，共 获利 1 2 ． 1 4 万 元。 3节 约搬迁费 。工人 村原 造 价2 1 8 万 元 ，采 后维 修 费 5 ． 5 3元 ，节 省新 建房 费 2 1 2 ． 4 7 万 元 。 上述 三项台计 ，试采创 经济效 益 3 4 4 ． 5 万 元 。 责任编辑李硕 维普资讯