南屯煤矿公路桥下采煤方案研究.pdf

煤矿 现代化 2 0 1 1 年第1 期 总第1 0 0 期 霸疙燥矿公路珠 粟壤 赛珥究 徐建国 南 屯煤矿 ，山东 邹城2 7 3 5 1 5 摘要邹济公路跨矿 区铁路桥压 占了南屯煤矿大量 3下煤层资源。为了保 障公路桥 的安全运行 ， 同时实现尽量 多地采出煤炭资源， 本文针对公路桥下南屯煤矿 7 3下 2 1工作面 开采方案进行研究， 对 比分析 了工作面全采 、 刀把形和 凹字型布置三种采煤方案对桥梁的采 动影响预测研究。结果表明， 采用凹字型工作面采煤方案既可保证公路桥免受采动影响， 又 可最大限度的开采煤炭资源。 关键词 公路桥； 建筑物下采煤 ；开采方案；方案设计 ；概率积分 法 中图分类号 T D 3 2 5 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 9 0 7 9 7 2 0 1 1 0 1 0 1 2 8 0 2 新邹济公路为济宁至邹城的一条快速通道 ， 起点 为济宁太 白东路与济宁东环平交 口处 ， 终点为邹城西 环与矿建路平交 口处 ， 路线全长 2 4 ． 7 k m； 线路 自西向 东穿过南屯矿区。公路按一级标准进行设计 ， 路面宽 1 42 m， 路基宽 3 3 ． 5 m， 桥梁载荷按标准公路 一I 级。 邹济公路在南屯煤矿七采区上方跨越南北走向的矿 区专用铁路线 ，需要架设公路桥梁 ，将压 占7 3 下2 1 工作面煤炭资源。由于新邹济公路属于高等级公路 ， 公路桥对移动变形 比较敏感 ， 采动影响下安全运性风 险交大。因此有必要开展 7 3 下2 l 工作面开采方案设 计研究 ， 避免采动影响公路桥的正常运行。 1 工程概况简介 1 ． 1 7 3下2 1工作面地质采矿条件简介 7 3 下2 1 工作面位于南屯煤矿七采区北部。工作 面设计走向长约 1 9 7 0 m， 倾向宽约 2 2 5 m。 该区域第 四 系平均厚度 1 1 l m，其下为侏罗系砂岩层和石炭二叠 系含煤地层。 计 划 开 采 的 7 3下2 1工 作 面 煤 层 平 均 厚 度 3 ． 4 0 m，煤层赋存稳定 ，计划采用综采工艺一次采全 高。 7 3下2 1工作面上方地表平均标高 4 4 m；煤层底 板标高为 ⋯ 3 7 5 m 5 5 0 m， 平均 一 4 6 0 m； 煤层倾角平均 为 6 。。 1 ． 2 邹济公路跨铁路桥和 7 3 下2 l 工作面相对位置 关 系 新邹济公路按一级标准进行设计 ，路面宽 1 4 2 m， 路基宽 3 3 ． 5 m， 桥梁载荷按标准公路 一I 级。 按公 路规划设计和南屯煤矿井上下对照图， 新邹济公路 自 西向东穿过南屯矿区， 矿区内路线长约 8 4 0 0 m。在七 采区上方 ， 新邹济公路跨越南北走 向的矿 区专用铁路 线 ， 需要架设公路桥 ， 压 占了 7 3下2 1 工作面 的煤炭 资源。 公路桥与地下工作面的具体相对位置关系见 图 山东省技术创新项 目 2 0 1 0 3 0 8 0 8 0 3 3 1 2 8 1 所示。 图 1 公路桥和 7 3 2 1 工作面的相对位置关 系 2 7 3 下2 1 工作面开采方案设计研究 2 ． 1 开采方案设计 根据 7 3下2 1 工作面的地质采矿条件 ， 初 步设计 了以下三种开采方案 1 方案一 设计 7 3下2 1工作面全部开采 ； 2 方案二 刀把形设计。设计 7 3下2 1 工作面从 东向西推进 ， 开切眼处工作面宽为 1 0 0 m， 当工作面推 过铁路线约 3 5 0 m时 ，工作面宽 由 1 0 0 m变为原设计 的 2 2 5 m， 直至推进到停采线。 3 方案三 凹字形设计。设计 7 3下2 1 工作面从 东向西推进 ， 开切眼处工作面宽为原设计 2 2 5 m， 推进 5 8 m后 ， 工作面采宽由 2 2 5 m变为 l O O m， 当工作面推 过铁路线约 3 5 0 m时 ，工作面宽由 1 0 0 m变为原设计 2 2 5 m， 直至推进到停采线。 2 ． 2 开采方案影响预测研究 2 ． 2 ． 1 开采沉陷预测模型和参数 目前兖州矿 区普遍采用概率积分法进行地表移 动变形预计 ， 并且应用效果较好 ， 因此本次地表移动 变形预计仍采用概率积分法模型。 根据概率积分法的 基本原理 ，概率积分法 预计所需要 的几个预计参数 为 下沉系数 q 、 主要影响角正切 t g B、 水平移动系数 b 、 最大下沉角 0和拐点偏距 s 等。 依据 2 0 0 0年兖矿集团公司和中国矿业大学合作 共 同完成的“ 兖州矿区地表移动变形规律综合分析与 煤矿 现代化 2 0 1 1 年第1 期 茎 研究 ” 课题研究成果 、 本矿和邻 近矿 区的观测站实测 资料 ， 综合采区的覆岩特性 、 采矿方法 、 重复采动性等 地质采矿条件 ，确定 7 3 2 1工作面开采预计概率积分 参数 下沉系数 0 ． 7 8 ； 水平移动系数 0 ． 3 0 ； 主要影响角正切 2 ． 1 0 ； 主要影响传播角 8 7 。 ； 拐点偏移距 0 ． 0 7 5 H。 2 ． 2 ． 2各开采方案的沉 陷预测及 对公路桥的影响研 究 根据选定的预计参数 ，沿公路桥 的横 向和纵 向， 采用概率积分法预测 了 7 3下2 1 工作 面三种设计 方 案开采后对新邹 济公路跨矿 区专用铁路 线桥梁 的影 响 。 由于篇幅有限 ，仅列 出三种方案的下沉等值图， 见 图 2 ～4所 示 。 L 一 ，一 一 寸 f 0 一～0⋯一 ～ ～ 、 蔗 n 一 一 ⋯ 一一 一 } ⋯ 一 I ～ { ⋯ ～ ～ ㈠ f⋯ 、】 1 口 ’ 一 一一}一 一 一1l ／ ] u t 、、 一 旦 一 0 一 {_ 十 _一 ～ 十 ⋯ 一一 卜 ／ l f 7 1 一 ～ ， ； i 5 J ， 一 ．． j 1 { 』 f 1 ] 图 2 方案一开采后地表下沉等值线 ～ 二 l ⋯ lL 一 一 乏 f I I 1 ， 一 一⋯ 一 ～ 、_ 十 一 ，m t f ， I I ／ 广一 、 一 } 毒 1l T 1 E ～j - ～ 一 ⋯ 一 一十 一 寸 ⋯ ～ 一 j j 』 ＼ } j h f j ／／} ， 一一一l ～ 一一i 』7 l ， 图 3 方 案二开采后地表下沉等值线 ” 图 4 方案三开采后地表下 沉等值线 由预测分析可知 ， 按设计 的方案一开采后 ， 桥梁 的移 动变形极 值主要集 中在 其北侧 ，最 大下沉 约 1 1 4 m m； 横 向最 大倾斜 约 2 ． 2 mr r d m， 纵 向基本不受倾 斜影响； 横 向最大水平移动 1 8 5 ra m， 纵 向基本不受水 平移动影响 ； 横向最大拉伸变形约 2 ． 8 mm ／ m2 ， 纵向基 本不受水平变形影响 ；按照方案二和方案三对 7 3 2 1 工作面进行部分开采后 ， 对新建桥梁基本不产生采动 影 响 。 2 ． 3 开采方案确定 根据各方案的预测结果可 以看 ，按照方案一对 7 3下2 1工作 面进行全采后 ，将对新建桥梁产生一定 的采动影响 ， 主要表现为桥梁一定程度 的下沉 、 倾斜 和微裂缝 ； 而方案二 、 和方案三开采后对铁路桥基本 不产生采动影响。本着桥梁避免采动的原则 ， 因此推 荐方案二和方案三为 7 3 下2 1 工作面的开采方案。但 方案二可采 出煤 1 6 2 ． 4万 t ，方案三可采 出 1 6 4 ． 3万 t ， 又本着高效采煤 的原则因此推荐方案三为 7 3下2 1 工作面开采设计方案。 3 结论和建议 本文从工程背景出发 ， 在分析研究了工作面地质 采矿条件 、 井上下对照图以及新邹济公路设计 的基础 上 ，开展了公路桥下 7 3下2 l 工作面开采方案研究 。 通过研究得 出的主要结论和建议如下 1 方案一 中， 7 3下2 l工作面全部开采后 ， 可采 出煤炭 1 8 2 万 t ； 将对新邹济公路桥产生一定的采动 影响， 预测桥梁北侧， 最大下沉值约为 1 1 4 m m， 最大 倾斜值约 2 ．2 m m ／ m， 最大水平移动值约 1 8 5 ra m， 最大 拉伸变形值约 2 ． 8 mm ／ m。 对桥梁的安全运行有轻度 的 影响 ； 2 方案二 和方案三 中， 7 3下2 1 工作面局部开采 后 ， 均对公路桥基本不产生采动影响。但方案二可采 出煤 1 6 2 ． 4万 t ， 方 案三可采 出 1 6 4 ． 3万 t ， 因此推荐 方案三为 7 3下2 1 工作面开采设计方案 ； 3 考虑到桥梁本身就建设在 7 3 2 l 工作面老 采空区上方 ， 且又受到 7 3下2 1工作面部分开采 的轻 微影 响，老采空 区可能在新 的采动影响下失稳 “ 活 化 ” ，因此建议在桥梁上设置监测点监测其移动变形 情况 ， 以确保桥梁的安全运行 ； 4 由于地表移动和变形规律的复杂性 ， 计算分 析结果难于避免误差的存在 。 为确保新邹济公路桥 的 安全运行 ， 在 7 3下 2 1 1 工作面开采期间， 应当专门成 立安全小组 ， 定期监测桥梁 的移动变形 ， 如发现问题 及时作出必要的调整 。 参考文献 [ 1 】 何 国清，杨伦 ，凌赓娣 等． 矿山开采沉陷学 1 ． 徐 州 中国矿业大学出版社 ． 1 9 9 4 ． [ 2 ] 国家煤炭工业局 ． 建 筑物 、 水体 、 铁路及主要 井 巷 煤柱 留设与压煤开采规程 f S 】 ． 北京 煤炭工业 出版 社 ， 2 0 0 0 ． 作者简介 徐 建 国， 男， 山东高唐人 ， 1 9 8 9年毕业于 山东科 技 大学， 现任南屯矿地测科科长， 副总工程师。 收稿 日期 2 0 1 0 1 1 - 7 l 2 9