建筑物下采煤技术在蛇形山矿的实践.pdf

事故与防治 A F E T Y 建 筑 物 壤 技 柬 莅 蛇 山 矿 曲 实 戥 文／王 福全陈海 荣 开采 前通 过 对 建 筑物 受 采 动 影 响 的移 动 变 形 预计 ， 确 定 开采方 案 ， 建立 地 表各建 筑物 监测 系统 。再对 试采 过程 中 所获 得 的大 量观测 资 料进 行综 合 分析 ， 以掌握 开 采 引起 的 地表 移动 规 律 以及对 地面 建筑 物 的破 坏情 况 。可 为建 筑物 下 采煤提 供宝 贵经验 。创 造 良好经济 效益 和社 会效益 。 位 于蛇形 山矿 西部 的 1 9采区 ，对 应地 表 分布着 大量 的 建筑 物 ， 主要 建筑 物为 蛇形 山开发 区建筑 群 ， 还有 矿 区铁 路 专线 、 公路 等 。1 9采区 工作面 的回 采 ， 会 直接 影响 这些 地面 建筑 物 及铁 路 、 公 路等 。为 安全 、 顺利 开采 该 采区 的煤 炭 资 源 ， 2 0 0 0年 洪 山殿 矿业 公 司特 委 托煤 炭科 学 研 究总 院唐 山 分 院对 1 9采 区建筑 物下 、 铁 路下煤 层 开采进 行可 行论 证 。 一 、概况 1 9采 区地质 特征 1 、 地 层 含煤 地层 属 二迭 统龙 潭煤 系 。 自上而 下 依次 为 1 第 四系 黄土层 。 2 三迭系 大冶群 四方井段 灰岩 层 。 3 二迭 系上 统 大隆组 其上 部 为深 灰色簿 ～ 中厚硅 质 泥岩 ， 致密 坚 硬 。 4 二 迭系 上统 龙潭 组 上 段主 要 由砂岩 、 砂质 泥岩 、 泥 岩及 煤组 成； 下段主 要 由砂质 泥岩 、 泥 岩及 砂岩 组成 。 2 、 煤 层 采 区 内共 含煤 6 层 ， 可 采煤层 总厚 度 6 ， 7 m 。 3 、 地 质构 造 为 一单斜构 造 ， 无 大 的断层 。 4 、 采区 开采 技术 条件 采区 分 为三个 区 段 ， 每 区 段两 翼 分煤层 各布 置一个 回采 工 作面 ， 采用 走 向长壁 式开 采 。 二 、 采 区试 采方 案的确 定 唐 山 院在 可行 性 研 究报 告 中提 出了 四 种开 采 方 案 ， 通 过对 四个 方案 的分 析与 比较 ，发现 顺 序开 采 四煤 的 方案 对 建 筑 物 的影 响破 坏 最 小 ， 但 采 出量 小 ， 损 失 煤炭 资源 较 多 ， 不 宜 采用 ； 顺 序 开采 四 、 一 、 三煤 方 案 有 四分 之 一 的房 屋 受 到I I I 级破坏 ， 其 中可能受损房屋 ， 均为三层 以上楼房， 加固 维 护难 度大 、 费 用高 ， 不宜 采用 ； 顺序 开 采四 、 三 煤 方案 对建 筑 物 的破 坏 均 在 I I 级 以 内， 维修 工 作量 小 ， 顺 序 开 采 四 、 一 煤 方案 对 建筑物 的破坏 及开 采预 算 虽 比顺 序开 采 四 、三 煤 方 案大 一些 ， 但其采 出量 大 。考虑 到采 区 内一煤 与三煤 的层 间距 比较 小 ， 为 确 保开 采 安 全 ， 决定 先 采用 顺 序 开 采 四 、 一 煤 方案 作为试 采方 案 。 三 、 地表 移动 和变 形 的观测 l 、 观测 站 的布设 为 了保 证地 面 建筑 物 的安 全 ， 在 采 区工 作面 回 采前 ， 根 据 开采 方案 与地 面 的相 互位 置关 系 ， 设置 了地 面观 测站 ， 布 设 了一 条走 向观测 线和 一条倾 向观 测线 及建 筑物 观测 点 。 2 、 开采 过程 中引起 主要 建 筑物 最 大移 动 与变 形预 计 值 与 实测值 对 比 庸■ 下巩 馕辩位 水平壹形一 按水平 壹黟 - - ， 位述一的t 桷号‘ ， 柚 I G m／ 一 】 ‘ ， “_ ， 一 】 ●欲 按 实 预计 赛 筷计 赛涮 筷计 实 涮 H 1 1 6 j 1 H8 6 ． 6 ． 6 ． 口 j 1 ． 2 - O ． ● Z 1 ． O o - 3 ． 0 n p 眦 1 6 3 t o 1 S 4 6 o 6 、 6 6 ． 2 1 ．o 1 ， 0 7 o - 4 ． 1 j 口 ， ， ● - 3 ， 6 ， ． n H ， ． 1 j j 2 1 ● 8 T 6 ． 2 T j ． 0 9 o - 3 ． ● ， O ， ‘ 摹 p - -2 ， 1 j n H ● 1 T 1 ● 2 ， ． 6 、 S 6 o 6 ． 1 1 ． 口 2 - I 、 ， O 、 ， 5 - -1 ． j l I H j 1 4 9 1 3 7 6 o 8 、 8 j ， ． 1 2 1 4 2 - 3 ． 8 ， ． 1 ． O j - I ． n 6 o 1 6 0 7 o 1 ● l l 8 ． ” T ． 8 T 1 ． ● T - 3 ． 8 9 1 ， 2 ， ． - I ． 9 6 o n p 刚 1 1 j 1 T ‘ ● p 0 ． T I ． 1 o 3 ． 2 - I ． T 3 ． 6 7 o - 3 ． 1 6 o n t I { l ‘ 冉 ， 1 j T 摹 0 ． T 1 0 ． ， T 3 、 0 - 3 、 口 ， ． ● ． 1 一 2 毒 p mp 眦 1 7 1 口 ．| 1 H2 ● ． 8 ● ● ， O o 口 ， T l p - ． ． ● l p O ． j - ． ， 1 l p I l H 2 j 1 T 2 ， ． 1 j 2 T ● ． J o 3 ， 1 o 1 ． 1 6 o - 3 、 ， 1 ， 0 6 o - 3 ． 8 T I1 1 6 o 1 7 1 6 o 1 j ● 4 3 ， ， ， ． j 8 、 ， 2 - 3 ． “ 口 ． 8 j - I ， ， l p n p S ， 1 1 2 ． 1 1 1 ● I T ． 口 S 6 、 O 1 2 ． 2 - 1 ． 7 1 1 、 6 o - 1 ， j 2 I p S 3 ， ． 1 “， ． 1 2 j ‘ T ． 6 9 a T ． 1 2 2 2 - I 、 2 1 ． j ， ． - 1 ． 0 I S 3 ● 1 2 ， ， ． 1 1 8 T 8 ， 1 l p T 、 6 4 o 2 ● - I ． 9 6 o 1 ， 6 4 o “ -2 ， 0 和 np S 3 j 1 1 3 ● p 1 脚 8 ， 2 1 T ． 8 8 2 ． j - 3 ． 2 1 t ． 8 T - I ， 2 1 n S 3 6 1 腔 1 t 2 o ．， 矗 ， ． 8 ， ● j 2 ， j 扣 一 支， 5 2 ， 韶 - 3 ． 6 冉 n口 3 、 地表移 动参 数 根据 试验 开 采 范 围 内的实 测 资料 ，进 行综 合 分析 得 出 主要地 表移 动参 数如 下 1 地表 移动 的角 参数 一 5 1 维普资讯 ●故 与防治 下 山移 动角 B 7 8 。； 上 山移 动角 T 8 2 。 ； 走 向移动 角 8 7 1 。； 下 山边 界角 B。 6 0 。3 0 ’ 上 山边界 角 Y。 6 9 。 2 O ’ 下 山裂 隙 角 B’ 5 3 。 3 0 ’ ； 上 山裂 隙 角 Y’ 6 0 。 走 向 裂隙 角 8’ 7 9 。3 0 ’ 2 最大下沉速度 V m a x 1 ． 5 W m a x √C．*--H 1 3 ． 8 m m ／天； 其 中 W m a x 一最 大 下 沉值 ； C 一回采 工 作面 平 均 日推 进 速 度 ， 米 ／日； H 一平均 开采 深度 ， 米 。． 3 最 大下沉 速度 的滞 后角 由分 析得 出滞 后角 中 为 8 O 。 ， 从而 得 出地 表最 大下 沉 速 度 点出现 于开采 工 作面后 方 0 ． 1 8 m处 ； 4 超前 影响角 超前 影 响角 1 6 2 。 ，则超 前 影 响距 d H c t g 1 O ． 5 3 H ， 即地表 在回 采工 作面前 方的 0 ． 5 3 H处 开始 移动 。 四 、 建 筑物 的损坏 特征 1 、 建筑 物分 布及 其结构 1 9采区对 应地 表建 筑物 大 部分 位于 工作 面开 采 的走 向 方 向 ， 开 采所 受到 影响 的建 筑物 有 7 2栋 。均按 正 常地 层应 力 平衡设 计与施 工 。 2 、 采动 影响建筑 物 的变 形状况 开采 过程 中， 上方地 表 建筑 物 随着 回采 工 作面 的推进 ， 前方 及 上 山方 向的建筑 物 受到 不 同程度 的采动 影 响 ，具体 表现 为轻 微损坏 型和 相对 较严重 损坏 类型 。 五 、 地表 移动 与变形规 律 根据地面观测站的实测资料可看出， 开采过程 中引起 主要建筑物最大移动的变形预计值与实测值较接近 ，但预 计值普遍比实测值大。其原因， 一方面是实测资料精度也不 够高 ， 造 成所 取 参数精 度 不高 。另 一方 面 ， 由于采 区 工作 面 回采 是逐 个进 行 的，而每 个 工作 面 的回采 对 建筑 物 的影 响 又都 是逐个 累加 。因此 ， 造成 不 同时间建 筑物 所受 的影 响与 其最终的移动变形值不等。 实测表 明 ， 地 表 下沉盆 地 内 ， 各 个 部分 的移 动 和变 形 性 质及 大 小不尽 相 同。在 采空 区上方 地表 达到超 充分 采动 ， 在 此采 动 影 响范 围内 ， 地 表下 沉盆 地 可划 分为 三个 区域 ， 即 中 性 区 、 压缩 区和 水平拉 伸 区。中性 区 下沉值 达到 地质 采矿 条 一 5 2 一 件下 的最 大值 ， 其 它各 项变 形值 近似 于 零 ， 地 表一 般 不 出现 明显 裂缝 。压缩 区地 表 下沉值 不等 ， 地 表 下沉 向盆地 中心 方 向倾 斜 ， 产 生压 缩变 形 ， 但 地 表一 般不 出现 裂缝 。水平 拉 伸 区地 表 下沉 不均 匀 ， 地 表 向盆地 中心 方 向倾 斜 ， 产 生拉 伸 变 形 ， 当变形超 过 一定 数值后 ， 地 表将 产 生拉 伸裂隙 。 六、 地表移动变形对建筑物影响的综合分析 建筑 物受 井 下开 采 影 响而发 生 破坏 ，除与 地 表变 形 大 小有关 外 ， 还与 建筑 物本 身 结构 、 材 料 、 强度 、 地基 性质 及所 处方 向位 置 等有 密切 关系 ，根据 不 同 时期 的建 筑 物损坏 调 查资 料得 出 位 于 下沉 盆地 中性 区 的建筑 物 ， 其对 应地 表 下 沉 值 虽 比较大 ， 但建 筑物 随地 表 均匀 下沉 ， 在 建筑物 上 不 产 生附加应 力 ， 对 建筑 物 的危害 并不 大 。 七 、 几 点认识 1 、 1 9采区 的试 采证 实 ，建筑 物 的移动 与变 形 基本 符合 地 表移 动规 律 。 2 、 开 采过 程 中的地 表 最大 移动 变 形值 大 于稳 定后 的地 表 最 大变形 值 ， 在考 虑建筑 物 加 固措施 时 ， 不能 根据 稳定 后 的预计 值 ，而必 须根 据开 采过 程 中 的最 大变 形值 进 行维 修 加 固设计 。 3 、 在 基 本 掌握 该 矿 地表 移 动 规 律 的 条件 下 ， 根据 建 筑 物 部分 开采 的初 步经 验 ，再开 采 建筑 物下 煤 炭资 源 是 比较 可靠 的 。 八 、 存在 的主要 问题 及建 议 1 、现本 采区地表下沉 对铁路及 公路 的影响还不 明显 ， 随 着开采深度 的增加 ， 地表移动 影响范围会随 之增 大， 建议沿 立 双铁路方 向增 设一条观测线 ，以获取地表 下沉对 铁路及公 路 的影响资料 ， 从而 为本 矿区铁路 下、 公路 下采煤提供依据 。 2 、 随 着 开 采 深 度 的 增 加 ， 地 表 移 动 影 响 范 围增 大 ； 其 稳 定期 增 长 ， 破 坏 程 度 变 小 随着 开 采深 度 的再 增 大 ， 井 下 开 采 对 地 表 不 产 生 影 响 ． 以及 在 理论 上是 否 有 一 个 界 限 这 都需 在 以 后 观 测 工 作 中 加 以 论 证 。 本栏目协办 湖南中奇建筑工程有限公司 湖南 1 6 9化工有限责任公司 湖南白沙能源股份电力分公司 维普资讯