互听欢城煤矿村庄下采煤试验研究.pdf

中州煤炭 l g 9 2 年 第3 期 绰 ， 互 听欢城煤矿村庄下采煤试验研究 煤椭 明 院 所 ， 欢城 煤矿 位于 山 东省 微山县 欢城境 内，该 矿四 周特 庄 分布较 密． 井田 内有 于村 、丁庄 、 芥睥 口等 6个自然村。 共压可采储量 1 2 0 O h -t， 占矿 井总可 采 储量 的6 4 ％。1 9 8 6 年 6 月 工作 面 巳回采至于村村庄保护煤枉迪界，矿井面临采 辗接替紧张的困难，如何解决特庄下采煤的技 术问题 巳迫在 眉 睫。 1 9 8 6 年在 中 国地方 j 采矿联 合 经营 开 发套 司的支持 下 ，煤 科 总腕舍肥 所和 欢域煤矿合作进行7欢城煤矿村庄下采煤的试 验 研 究工作 经过 4年 多的试 验研 究，基本 上 解决 了欢城煤 矿特庄 下采煤 的技术 问题。 一 、试采区地质条件及房屋结构特征 试 采地点 为 3 1 4 0 6 3 1 4 0 8 、 3 2 4 1 0 、 3 2 4 1 2 四个 工作 面。 开采 3 和 3 两 个煤层 ，其开 采技 术条件 见 表 1。 袁 l试 采 区地 质务件 工作面 走由盖 幢● H 皋垂颧南 { 秉i 射 m 景厚 城 屡 名称 m m 度 l 上限 ． F 限 r m’ 3 1 4 0 6 3 1 1 1 9 7 2 ， 2 S l 蛐 B 3 4 o 0 l 0 1 9 9 2 1l 2． 2 3 2 4 1 0 3T 41 0 8 5 2 2 9 2 l 8 2 ． O 3 2 4 1 2 3T 3 9 0 2 2 1 2 3 0 2 0 3 煤层 厚为2 ． 0 ～2 ． 8 m，平均 2 ． 2 m。 其直 接顶为黑色泥质粉砂岩，节理发百，老顶为 8 ～ 1 0 m的 中细砂岩 ，呈 灰 白 邑；3 T 煤层 位于3 堞屡之 下，相距 3 0 m左右 ， 3 煤层 犬部分 无直 接顶 ． 老顶 为荻 白 色 中细 砂 岩 ， 坚硬不 易冒落 。 试采区上方为于特和丁庄， 于村有岳民6 9 0 户 ， 3 1 6 0 口人 ，丁庄 有2 9 0 P ． 1 3 8 4 人，由于 两 村基奉连 在一起 ， 共压煤 炭t 8 7 ． 0 5 h -t 。村 庄地表为第四 系冲积层，屡厚约3 8 m。地面标 高 十4 0 ． 5 ～ 十4 1 ． 5 m，村 庄 民房 太部 分为片 石 带状基础、砖墙瓦顶的单层旁犀，也有少量的 片石基础 ， 土墙 瓦顶 或草 项。 二、村庄下采煤方案的选择 根据 欢城煤 矿的 地质条 件 ，结告 国内外 多 年 来建筑物 下采煤 的经 验，试 采前 ，我们初 步 提 出 以 下 四 种 方 案 。 1 村庄 按 迁， 采 用长 壁全 陪法开采 ； 2 时 少量房 屋 进行 维修加 固，采 用风 力克填法开采 3 时少 量房 屋进 行雏 修加 固，采 用务 带法开采 4 就地 重建 抗 变彤结 构旁屋。 由于欢城煤矿地面村庄密集，周围又都是 霉饕 罄勰餐勰勰_叠棼霹蛰霹棼蕊鼋l蕊谣饕蔺饕罂I蘑棼蓊棼饕 蘑饕 _蠲棼饕_蠲螬饕_勰釜饕蓥旃棼 3 煤 层平均 生产 能力 因受客观 煤 层地 质 条件艉制而处于一定位置，对蝽采产量的提高 影响不大。 4 综采 面平 均单产 和月进度 对 蝽呆产 量 的影响排在最后，说明它们在这几年内对增加 缘采产量的影响相对前五个 因素来说不太明星。 从相反的角度分析，说明这两个 因素对增加综 呆 产量 的作 用不 大， 它们 的优势 尚 没有发 挥 出 来 实际情况也是如此，从1 9 8 6 年到1_ 9 9 1 年， 我局综 采面 的平 均 月产 以0 ． 8 7 ％的速度 下 降； 综采 面平 均 月进度 则 以1 3 ． 5 的速度下 降 缘 采面 月进度因受工作面长度及采掘关系的影响 L 6 ‘ 较 大，它 与蝽 呆产 量 的关联度 座位 于中 间比较 理想．但此 时 的综 采面 月进 度与蝽 采产量 的关 联度显热俯小。嫁呆面平均单产受其它综合 因 素的影响较大．它与综呆产量的关联度位于倒 数第二，适 说明我 们对 它 的重视 程度 不够。 很 显然， 它 的发 展潜 力很 大 ，要想 使我 局缘 呆产 量有一个较大的提高，争后 的重点应该在加强 综 采面 管理 ，提 高工人技 术 素质 ．合理设备 选 型及配套 上 下 功 夫，使综呆面单产能有一个 较 大幅度 的提高， 它必 然对 综采产 量 的增加 发 挥 巨大的作 用 ⑤ 维普资讯 生产矿 井，新村 址选择 困难 ，并且搬 迁 费 用很 高， 因而 无法 考虐搬迁 。叉 因风力 充填 开 采成 本 高，所 麒也 不宜 考虑 充填 法开采 。就 地重 建 抗 变形 结构 房 屋费 用 高，对 于欢城 这样 的小 型 矿 井来说 ，经 费无 法解 l虞。 同时， 欢城 矿地 处 平原 地带 ，奎 采后地 面下沉量 大 ，积 水 不 易排 出，易 造成 房 屋受水 淹危险 。在分 析论 证上 进 四种 方案 的基 础上最 后确 定采 用条 带 冒落 法开 采 技 术 方案 。 三、条带开采法采留宽度的确定 及条带煤 柱稳定性分析 1．条 带开 采法采留 宽度的 确定 根 据 3 煤层 的开采地 质条件 厦邻近 矿 区 条蒂 法 开采经 验，结夸 3 煤层 回 采工作 面的 初次 来压步 距 3 厦 3 T 煤层 工作 面栅次 来 压步距 为4 O ～5 0 m ，3 1 4 0 8 厦3 1 4 O 6 工 作面条 带开 采宽度 初步 选 定为2 0 m。 由 于 3 煤 层顶板 为黑 色泥质砂 岩 ，再 根 据工作 面初次来压步距的实践经验，估计蒂带 采后 采 空区不 会被 冒落矸 充填 ． 固而 煤 柱呈 单向 受力状 态 ，恨据煤 柱单 向受力状 态计算 方 法．保 留煤枉 宽 度为 a旦 1 1一 s s 旦 二 2 Ⅱ 式 中 a一保 留煤柱 的宽度 ， m s一 留谩煤柱 的损 失率 ， ； b一条 带采莞 ， m Y一上覆岩 层的 平 均客重 ， t ／ m， ； H一 平 均开采 深度 ．m 口 一 煤 枉的允许抗 压强度 ， k g／ c m i 根据 实验室测 定， 3 煤层的允 许抗 压强 度 为 1 3 l k g ／ c m ；3 煤层上覆 岩层 的平 均容 重 为2 ． 1 8 t ／ m ；3 煤层 的平均开 采深度 为 1 9 6 m。 将上 述 各值代 八2式得 s3 2． 6 ， 取 s5 0 ，并 代八1式 得 a 2 0 m。 由于3 煤层 和 3 F 煤层层 间距只有 3 0 m，为 了做 到 上下煤 枉能 对齐， 3 煤 层也 确 定采宽 2 O m，留宽 2 0 m。 另外在 试 采的 同时还开 展 了地 表移 动 与 变形 观测 ，条带煤枉 稳 定性观 测厦 地 面房屋 受采动 影响破坏情 况 的统计 调 查， 以检 验条 带 开采参 数确 定是否合 理。 问题探讨 2．条带 煤柱稳 定 性分析 为 了解蒂带 煤 柱的稳 定性 ，试 采期 同 ．我 们在3 1 4 0 6 和3 2 4 1 0 ． -T - 作 面 ，分 剐碡 取一 十开采 条带，并 在 其停 采 线位 置预先 开挖呷 筹贯穿上 下炳糟 的巷 道，在 此 巷道 煤枉 倒设 置煤体 应力 观 测点 ．其观洲 结 果如 图 l 、 图 2听示 。 由图 1 可以看 出3 上 煤层 工作 面距测 点 4 5 m赴，煤体 应力就 开始 变化， 随着工 作 面的不 断推进 ，应 力 值也不 断增加 。 当工作 面跨过 设 置煤 体应力 测 点蝶柱 后 ．应 力仍 呈增加 趋势 。 当工 作 面距 测点位 置4 0 m后 ，蝶体 应 力才 基拳稳 定。此 时 其最 大应 力值为 4 0 k g ／ c m ， 远小 于 3 煤层 的抗 压 强度 1 3 l k g／ c m 。 由图 2可 以看 出．在 观 测煤柱 的前方剥 得 的超前 影响 值 与 3 1 4 0 6 工 作 面的 观 测 蛙 果 基 奉 一 致 。 当工 作 面跨过 观 测煤 拄后 ，卫观测 7一个 回采蒂带 ．此 时观 测 煤柱承受 多十条带 回采产生的集 中应力影响， 尽 管如此 ，应力仍 呈 缓慢 增 长趋势 。 当工作面 距 测点6 o 左右 ，应 方才基 拳稳 定 ，此 时其最 大应力值 为6 5 k／ Cm ， 也应 远小 于 3 煤层 的 抗压 强度 1 5 5 kg ／ cm0 。 根 据上进分 析， 我 们 可 以看 出试 采区条 带开 采工 作 面煤柱 应 力，只 是 随着采 空 区面积 的扩 大呈 缓l 蔓增 长趋势 ，最 终 选纠穗 定，而其最 大应 力值 远低 于煤柱的抗 压 强度 ，显然 试采 区紊带 煤柱 的强度 和稳 定性 足能满 足要求 。 ’ 、 雠 ， c “ ㈣． R ／ ， _ ／一 9 ． 1 7 1 o． 1 0 l n ． I l _ l 0． 2 l O ． 3 0 儿 4 l l 2 5 B■ L 囤 1 3 上 煤最争带壕拄应力变化曲线 囤 2 3 f 煤 层 杀带 煤 枉 应 力 变化 曲践 l 7 维普资讯 中州煤炭 L9 9 2 t F 3 四、地 表移动观 测及地面房屋受 采动影响破埽 隋况 1．地襄移动观测 为掌握条带法开采地表移动变形规律和地 表 变形 与建 甍转 变形破坏 的 关 系，试采 前 ，我 们 在 试 采 区上 方地 面建 立 7地表 移 动和建 筑轴 沉降 变形观测 站 。如图 3所示 其 中 包括 倾斟 观潮 线一 紊 ，走向观潮 践蒂 噩部 分房屋 观测 点。观 测 时 闻从 l 9 8 7 年 3 月到 1 9 8 8 年 l 0 月。 经 埭舍分析地袁 _ 移动观潮 资料，取得奉矿地表移 动变形部分参数， 见表 2 。 匿 3 试 采区上方地表耪动观潮站布 置示意圈 2．条带开采对于村房屋的影响 于特西南部位于试采区上方，地面有房屋 4 5 0 奈 闻， 井下开 采面积为 1 4 1 0 o m 。 由于 采 用 了条带法开采，同时又是非克分采动，地表移 动和 变形 值均很 小，房 屋 附近地 表 最大下 沉 值 仅为 3 2 m m，最走倾 斜为 1 ． 1 3 m m ／ m， 最 大 由 率为0 ． 0 6 7l 0 ， m。在这种微小的地表移动 和 变形 争件 下 ，房屋一艘 不套遭 到破坏 。但 由 于 试采 前地 面房屋 曹受到 相邻工 作面 采动的 影 响 ，经过 这 次重 复采动影 响 后，原 来遭 受 过 采 动影响 的 房屋 ，裂缝 一艘 增 太 2～ 4[ T l [ T l 。处 在3 1 4 0 6 - r 作 面 停 采 践上 方地 表拉抻 变形 区的 房屋 ， 裂造 最 走增 大 了l 3 ． 2 m[ T l 。 原 来未 受到 过 采动影 响的 房屋 ，仅 出现 了几 处 2～ 3m m 的 裂 缝 。 3． 界牌 口地 面房 屋 受采动影 响破坏情 况 为 了提 高煤炭 资源 回收 率，在于 村村 庄下 试 采取得 一 定经验 的 基础 上 ，我们 决定适 当提 高回采率开 采界牌 口特 庄下 3 煤 屡， 宜1 9 8 - l O 月到 1 9 8 9 年 l 胡 共回采 了界牌 口村庄 下3 1 5 0 1 、 3 1 5 0 2 、3 1 5 0 3--十 工作 面， 采出率为 5 8 ～6 3 ％， 在 回 采期 闻地 面房屋遭 到 不 同程度的破 坏 ．采 后 房屋 裂缝宽一 般 为 2～1 5 m [ T l 。 位 于采 区西 北 角 的 界悍 口小 学 破 坏严 重 ， 最 大 裂缝宽 为 3 0 ～4 0 mm，其原因是 ①学校地基原为一天 玩，填平后建的房， - 房基地基土的工程地质书 件不 良，受采动畿 是 气- 1 降 水后 易引起 地 面 沉降变形。②学校离 3 1 5 9 3 工作面开切艰处一 蛆断屡破碎带较近，采后地表变形较正常地段 大，所以学校受幕动影响较严重，需进行加 固 维修 其 它旁屋在 I 级破 坏 范围 内，不需 雏謦 仍可正常使用。 五，技术经济效益及结论 1． 技术经济 效 益 1 直 接经 济效益 明里 。试 采四年 来 共 从村庄 下回 采 7 6 8． 8 3 “t煤炭 ，不仅减 少 7煤 炭 资源损 失 ，而 且还 保 住 了地面村 盘的房屋 。 2 连 长 了矿 井服务 年限 。欢城 煤矿村 下 共压 可采煤炭 储量 1 2 0 0 3 “t ， 占矿 井总可采 储 量的 6 4 ％，在 无新址 迁村 和不 易就地 重建新房 的情 况下 ， 采用务 带法 开 采村庄 压煤 ，按 5 6 采出率计算 ，奎矿 币从 村庄 下回收 6 6 0 万 t 煤 炭，这样 既减 少 了地下 煤 炭资源 的损失 ，叉连 长 了矿 井服务年 限 1 4 年 左右 以年 产 4 5 万 t 计 算 。 f 3，保证 了矿 井l严量 ，缓解 7采掘接替 紧张的 状况 。 欢战煤 矿原设 计 年产 l 5 万 t， 经技 术 改造后 ，现年 产 2 l 万 t ，由 于开采强度 的增 扣 ， 1 9 8 6 年 6 月 工作 面就 已回 采到 了于村 特庄 保护煤拄 边界， 而老 井耒开 采区全部在 村庄下， 新 井又 耒建成， 因而 急待 解决 村下采煤技 术问 题，进行 村下 采煤试验 后 ， 不仅保证 了矿 井年 表 2 试 采 区上 方 地表 移动 和 变形 参 数 地表最大下沉量 下 暮羲 最大T沉速度 最 是下沉南 主要影响角 崭点偏移距 术平移动毒美 地囊耪动时 f mm1 m ／ d、 0 虞 正 t s fl m 问f d】 0 ， 8 7 D ． 船 4 7 9～4 9 5 1 8 维普资讯 7 矸 ． I 屠 锣 ／ 但 问题探讨 叫 关于发生火灾时井巷摩擦 阻力 系数 O c 及风 阻 值 R的研究 焦作矿院 杨运 良 ／ } 7 参‘ 【 搪i要 】本 文通过 理论 舟析 提 出- 『确 定矿 井发生火 灾时 井巷摩擦 阻 力 系数 Ⅱ及风阻值 R的计算式G／o 。R／R 1 ／[ T／T 。 R。 ／R。 。 ]和诺谟 图， 并 通过模 型 实验证 实 了理论 算 式与 诺谟图 的正确性。 这对 努 高矿 井发 生火 灾 时通风硬测 的准确性， 无疑是 重 要的 当舟下某处发生火灾时，因风量和巷 道 中 的温度分 布发生变化致使井下通矾网路中的压 力分布 混乱 ， 这不 权难 _I ； ￡ 维持 正常 遥风 ，而且 有时某些风路中的风流会发生反向，有害的火 灾气体有可能流其他作韭场所 ，造成 重大伤 亡。为了有效地进行救护和灭火工作，必须了 解井下 网路 中风流的变化 ，采取有效地通风措 施以肪止 火灾气体流其他作业场所，这时计 算井下火灾时通风压力损失及井巷 中的风 量变 化则是不可缺 少的。近年来有人对倾斟巷道 发 生火 灾 时的 啦风压 计算和 通风 压 力损失 进行 了 较深入的研究工作 但j 鬯， 关于发生火灾时井巷 摩擦 阻 力蒹 敷和 l风阻 值的变化 缺 乏实验研 究 ， 且 一些理论 研究 的算 式复 杂 、参数较 多 ，很 难 用于实际 中击 。奉文 通过 理论分析 与模 型 实 验 根据对不同流态的风流都普遍适应的矿井 风 流沿程 阻 力计算式 h LV ／2 P a 1 将 d 4 S．／ U代 1 式可 得 h VS 2n Q RO p c 2 式 中 一 达西 系数 ，无 因欹 ； D一 空气 密度 ， k g ／ m ； L一 井巷 长度 ，m ； ※※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ 袋 ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ 产量 ，而且还赢得 了新井建设 时闽，缓解 了采 掘接替 紧张的状 i 2．结论 。 一 1由于 嬗城 煤矿 具体 条件所限 ． 无法采 用迁柠或就地重建抗变彤姑构屠屋方案．同时叉 难 于 采取 其它战步 地表 下沉的采 煤方 法 ，在这 种 情况 下 ，采 用素 带法开采 ．证 明技术 上是可 行 的 ，经 济 上 是 夸 理 的 。 2通 过对 该矿 地表移动 变形 的 实剥计 算 取得 了该矿 紊 带法开采 的地表移动 变形 枣数 ． 为该矿 埒设 建筑物保 护渫 柱 ．村 庄 下采煤 地表 变形预计 提供 了可 靠的依 据 ．也 为类 似备件 的 矿 井提 供 7参考 。 3 地表 移动观 洲 资料 表 明 ．地袁 下 沉 盆地为一无 波浪的 下 沉艰 小 的平覆 盆地 ，其特 点是 地表 下沉值 ，下 沉速度都稚 小，且 比较均 匀．没有 活跃期 ，地 面建 筑物 壁采动 彰响小。 4通过 于村 和界 牌 口两十 村庄 下条 带 开采的 试采 经验 ．我 们钛 为 欢城 蝶矿条 帚开采 宽度 取 l 8～2 0 m， 采 出率取 5 5～6 O ％比较适 宜 5“昂 牌 口村庄 房屋破 坏情 兄可 以看 出 ．位于 地质 构 造破 碎带 附近的 房屋破坏 比较 严重 ．囡此夸 后对 于 位于 地质构 造破碎 带 附近 的 房屋 ．采前要 采取 加 固保护 措 施 。 ⑤ l 9 - 一 勺 维普资讯