建筑物及铁路下采煤的应用.pdf
建筑物及铁路下采煤的应用 山西大同市同煤集团郑向东 摘 要 研究建筑物下铁路下和水体下采煤的目的Z就是既要保护建筑物不受损害9又能尽量多的采出煤G这就要求 在地下开采过程中9对所在矿区的地质资料9地表移动的规律9进行深入细致的研究9制定出切实有效的防止措施9完 成开采的全过程G 关键词 地表移动 压缩拉伸变形煤柱采煤方法 一地质资料及特性 1地质资料 大同矿区地属黄土高原9多山多丘陵9水资源贫乏9地表水几 乎没有9对矿井的开采没有影响9在这里就不对其作出论述G 矿区的煤层地质情况是9煤层多为近水平煤层9煤层多为坚 硬顶板G 2 层为砾岩顶板定期的实施放顶工作93 层及其以 下各层多为砂岩9跨落步距一般在30 50米之间9注水软化后能 充分跨落9充满采空区G 各矿井的开采设备条件工艺是9机械化开采9长壁式采煤 法全部垮落法管理顶板9这样回采率高9非生产消耗低9并且可以 降低通风井巷工程运输成本9但是对地表的影响是较大G 2岩层移动特性 当地下煤层大面积采空后9周围的岩层失去了平衡9在重力 的作用下产生变形和移动G使用长壁式采煤法全部垮落法管理顶 板开采近水平煤层时9采空区上覆岩层稳定后9一般形成由上而 下的冒落带裂隙带及整体移动带G在一定的开采深度一般是在 100 150米9当煤层采出一定面积后9引起岩层移动并波及地 表9使地表出现一种空间上和时间上连续的有规律的移动和变 形9形成某种形式的盆地9其形成的一个过程是9对用长壁式采煤 全部垮落法开采的煤层9当工作面自开切眼推进达1/8 1/2 为平均开采深度时9开采引起的岩层移动开始波及地表9 在 地表出现一个相应的盆地9随着工作面继续推进9地表移动盆地 的范围继续扩大9盆地各点的下沉量也继续增大G当工作面继续 推进到一定距离采空区达到一定宽度后9盆地的下沉量达到该 地质采矿条件下的最大值9继续增加开采宽度9地表移动盆地的 范围将不断扩大9但下沉量不再继续增加9 二建筑物下采煤 一在建筑物下采煤9首先要解决的是地下开采引起的地 表移动和变形下沉水平移动倾斜曲率和水平变形9对建筑 物的影响和损害G 1地表的下沉和水平移动G建筑物受地表均匀下沉和水平移 动的作用时9其结构内部不会产生附加应力9只会发生整体下沉 或水平移动G因此9对于一般建筑物不会造成损害9但是对于管 路铁路这类结构物9由于高差和位置上的变化9则可能受到损 害9影响正常使用G当地表下沉较大9形成坑洼积水时9则可能使 建筑物受到损害9影响正常使用G 2地表倾斜变形G这种变形通常仅对底面积小而高度大的建 筑物9如水塔烟囱高压电缆塔等有不利影响G因为地表倾斜会 使这类建筑物的重心偏斜9影响它们的稳定性9偏斜严重时则有 倾倒的危险G 3地表的水平变形G 这种变形对建筑物的影响较大9地表的 水平变形通过对建筑物的底面和侧面9使建筑物受到附加的拉伸 和压缩应力G由于一般建筑物抵抗变形的能力小9在较小的拉伸 变形作用下9建筑物的薄弱部位如门窗附近就会出现裂隙G建 筑物抵抗压缩变形的能力较之抵抗拉伸变形的能力要大些G压缩 变形较小时9建筑物一般不会出现破坏现象G但是当地表压缩变 形较大时9则可能使建筑物的墙身受到挤压而破坏G 4地表曲率变形G 这种变形引起地表凸起弯曲或凹陷弯曲G 如地表局部发生凸起变形9会使建筑物两端悬空9产生向上张开 的裂隙G局部的凹陷变形会使建筑物中间悬空9产生向下张开的 裂隙G建筑物愈长愈高时9受地表曲率的影响愈严重G 通常情况下9建筑物所受地表变形的影响9往往是几种变形 综合作用的结果G地表拉伸变形和正曲率引起的凸起弯曲会同时 出现9而压缩变形和凹陷弯曲同时出现G 另为还应指出的是9地表变形对建筑物的影响9不仅因变形 性质不同而有所差别9而且由于建筑物的布置位置长度高度 宽度材料性质等情况不同9使得建筑物所受影响的情况和程度 也有所不同G 二建筑物的保护等级 为了在开采前便于预计建筑物受破坏的程度9从而确定对建 筑物采取什么样的保护措施9要根据地面建筑物的造价用途服 务年限完好程度确定各种类型建筑物的保护等级9其主要指标 就是地表最大允许变形值G 保护 等级 建筑物重要程度建筑物 地表最大允许变形 T mm/m R km G mm/m G G/ mm/m 一 对采动很敏感9只允许微小变形的地面 建筑物 发电厂冶金厂炼油厂井 架等 2. 5201. 52. 0 二 对采动较敏感9允许一定的的变形9但 变形后9不难修缮的建筑物 一般工厂学校楼房铁路 车站等 5. 0123. 04. 0 三 对采动不敏感9能经受较大的变形9加 强维修9可以使用的建筑物 一般房屋铁路支线等 1066. 08. 0 四 价值不高的9并能经受较大采动影响的 建筑物 石房木房等 1549. 012. 0 三减少地表变形的开采措施 1减少地表下沉 1使用充填法管理顶板G 从采矿实践中发现9地表下沉与 开采厚度有十分密切的关系9开采厚度越大9地表的最大下沉值 也越大G采用全部冒落法管理顶板时9地表的下沉可达采高的 60 80 G 而用水砂充填法管理顶板时9最大下沉值为采高的 8 20 G如果充填得十分密实9下沉值还可以进一步减少G另 外9还有风力充填及矸石充填G 2条带式开采法G 就是在开采区段内开采一带保留一带G 采留条带的宽度根据上覆顶板的岩性及煤层来决定9以保留的 844 科技信息专题论述 条带煤柱不致被压碎能起到支撑顶板和上覆岩层不冒落并且 不会导致地表出现波浪沉陷为原则来确定G条带可沿倾向布置9 也可沿走向布置9在顶板岩层节理发育的情况下9尽可能与节理 方向斜交布置G大同矿区现在的主采煤层都为近水平煤层9顶板 多为较坚硬的砂沿9煤层为 1 3G比较实用这种方法G其主要缺点 是回采率低G另外使用条带式开采法开采多煤层9或厚煤层分层 开采时9应注意上下层中保留的条带煤柱上下对准9以免应力集 中使煤柱遭到破坏G 3分层开采G就是将厚煤层分层开采9这样能起到减少地表 一次下沉的作用G应控制好每一分层的厚度9以其造成的变形值 不超过地表最大允许变形值为易G下分层的开采必须在上覆岩层 移动稳定后方可进行G 2消除或减少开采影响的迭加 大同矿区就是在几个煤层同时开采的情况9这样就可能是有 工作面彼此重叠 1合理布置各煤层的开采边界G 对地表的有害影响主要出 现在开采边界的两侧9具体的方法是开采边界不要出现在保安煤 柱范围内尽量使用较长的回采工作面或将几个较短的连成一个 台阶式的长工作面将边界布置在地面建筑物稀少的或次要的建 筑物下面9要连续不停的回采9避免工作面在建筑物下长时的停 顿G 2干净回采G 在采空区范围内残留煤柱9如果其尺寸不适 当9就会造成地表正曲率和拉伸的叠加G所以应尽可能干净回采9 开采浅部煤层尤为重要G 3协调开采 在数个煤层或厚煤层几个分层需要同时开采时9合理布置各 层的回采工作面的位置9使一个工作面产生的地表变形被另一个 工作面产生的变形所抵消9从而减少开采过程中以及最终的地表 变形程度G 4提高回采速度 在地表移动盆地形成过程中9地表总是要经历倾斜拉伸和 压缩等变形的作用而后趋于稳定G提高回采工作面的推进速度可 以缩短这一过程的影响G因为工作面推进过程中地表的变形量小 于停止推进移动稳定后的变形量G 四建筑物的地面保护措施 当采取井下开采的一些措施还不能消除采煤对建筑物的损 害时9可同时在地面采取加固建筑物的措施9增加建筑物的抵抗 地表变形的能力9常用的保护措施有设置变形缝钢筋混凝土圈 梁钢拉杆设置变形补偿沟等G 三铁路下采煤 铁路下采煤包括在线路桥涵隧道车站下的采煤问题G要 保证安全正常行车9首先要保证地下开采不会导致铁路线路发生 突然变化9如塌陷9滑坡等G同时还要及时清除开采引起的线路各 部分的变形9使线路各部分始终符合铁路部门所规定的技术指 标G这就要求我们从以下几个方面来考虑 一地表移动与线路的关系 对线路影响大的地表移动有大的裂缝地坎壕沟塌陷坑等 非连续性的变形G 1用冒落法开采浅部煤层G当采深小于20倍采高时9会引起 地表剧烈变形9采空区边界上方地表常会形成裂缝或出现不规则 的塌陷G 2采空区上部有过去小煤窑开采的老塘9或其他未填实的采 空空间9开采后就可能引起地表的塌陷G 3在煤层上覆岩层中有厚层的坚硬岩层9如砂岩9随着工作 面的推进9顶板呈现大面积的周期性折断9其上覆地表往往呈现 剧烈的移动G 4煤层上覆岩层为断层或地质构造所破坏9这种情况无论开 采深度如何9在其下进行开采9地表往往有可能突然或在不长的 时间内形成地坎G 二地表移动对路基强度和稳定性的影响 地表被采动后9将产生水平方向和倾斜方向的不均匀移动9 对路基产生附加的拉伸或变形G而水平方向由于变形量小而且发 展较缓慢9列车通过时动载荷的夯实作用9影响不大G但倾斜变形 就是不可忽视的9按规定路基稳定系数不能小于1. 259如验算预 计移动数值小于1. 25时9就必须事前采取措施9如加宽路基9以 保证采动后路基的稳定性G 三地表移动对道床轨枕钢轨道岔等的影响 1地表下沉引将起线路坡度及轨平的变化9轨枕及轨道也将 随之下沉9导致路面不平9列车通过时会发生剧烈震动G而引起轨 平变化9如相差较大时9就可能使运行的列车倾倒G 2地表移动将引起线路爬行和横向的移动9线路方向的水平 移动9在压缩变形区会引起钢轨的窜动9造成轨缝闭实9出现涨 轨G在拉伸变形区9可能拉断鱼尾板或切断螺丝G而横向的移动 会使线路发生横向移位9影响行车安全G 四应采取的技术和组织措施 1根据矿区地表移动的实测资料9预计线路的地表移动和变 形G组织地面维修力量9准备所需材料9制定经常的和应急的观 察检查以及维修的工作计划和工作制度G 2建立地面观察站9对地表移动进行观察G 及对线路附近的 小窑采空区进行调查9采取措施以防突然塌陷G 3全面整修线路9加宽路基9加固受影响的桥梁涵洞G 以增 强其抗变形的能力G 4编制好的切实的地下开采设计 1在采区布置上9应尽量使采动线路处于盆地主断面附 近9避免处于其边缘9并力求扩大采区面积G 2根据开采深厚比的大小9结合矿区地质开采条件9选择 采煤方法和顶板管理方法9开采浅部煤层时9考虑使用充填法G 3采用长壁式采煤法开采厚煤层时9第一及第二分层厚度 最大不要超过2. 5米9不留煤柱G 4尽可能使采煤工作面推进方向与线路纵向方向一致G 5严禁使用非正规的采煤方法G对非正规采过的老采区旧 巷道9在开采过程中要划定范围9派专人巡视9监督地表移动情 况9做好相应的应急准备G 5在开采过程中9对有变形的线路不断的进行维修9消除线 路变形9如起道拨道窜轨等G保证线路始终符合安全行车的要 求G开采结束后9必须对线路进行一次全面的整修G 6在整个铁路下采煤期间9必须与铁路部门紧密配合G 四结论 从同煤集团目前的能源情况来看9煤炭资源的日益匮乏及开 采难度深度的加大9制约着集团的发展G建筑物及铁路下的开采 不论从地质条件的角度还是技术设备的角度都是切实可行的9 尤其比较适用充填法或条带法G但在实际的开采中9根据实际情 况9合理布置采区9确定采煤工艺9制定具体的防护措施就使其投 入成本较大9对技术设备要求及人员素质的要求高G 参考文献 [1]铁路下采煤M.煤炭工业出版社91978. [2]建筑物下条带开采的实践与认识M. 1978. 5 [3]刘宝琛9廖国华.煤矿地表移动的基本规律M.煤炭 工 业出版社91965. 944 科技信息专题论述
矿业文库