三下 采煤在北平铜煤矿的研究与应用.pdf

S C I E N C E T E C H N O L O G YI 斟学技肃 I 一、北平硐煤矿“三下”压煤的基本情况 湖南省煤业集团宝源矿业有限公司北平硐煤 矿的6 2 采区储量资源大多为建筑物下、铁路下、 水体下等“三下”压煤。 6 2 采区位于井田西翼深部，东起一3 7 5 水平， 西止三都平野大断层，南抵保梨断层，北至C1 4 勘探线，南北走向长1 7 0 0 m ，东西倾向宽7 4 0 m ， 面积1 ．2 6 k m 2 。采区地表东翼地形为高山，地面 标高 1 4 7 ～ 2 4 2 m l 西翼地形为立陵，地面标高 1 4 0 ～ 1 4 5 m 。 采区内地质构造相当复杂，主干构造有北平 硐向斜、三都平野大断层和保梨断层，其他还分 布着十多条断层，均为倾向断层，对井巷布置和 煤炭回收带来诸多不利，水文地质条件中等，有 七个含水层，断层水对采区煤层开采具有较大水 害威胁。地表水体主要有宝源河、工农水库、石 磴组灰岩强含水层。 二、“三下”采煤设计方案及改进的妊要性 北平硐煤矿6 2 采区的“三下”原开采方案 为走向条带开采，结论为- 3 9 0 m 以上水平浅部采 5 0 m ，留7 0 m ，- 3 9 0 m 水平以下深部采6 0 m ，留 8 0 m ，煤炭采出率为4 3 ％。 基于断层极为发育，且断层多呈倾向分布， 煤层倾角比较大，煤柱稳定性差，搬家倒面极为 频繁，采取走向条带开采布置，倾向断面将工作 面分成多个块段，很难满足现场生产的需要，根 据本区域地质构造极为复杂的特殊性及参照娄底 地区资江河下采煤的成功经验，宝源矿业有限公 司经过反复研究和论证，将原设计的6 2 采区走向 条带开采方案改为沿倾向条带留设煤柱的方案。 三、改进方案及其分析 1 ．条带开采采留宽确定原则 1 地表允许变形原则。即条采后，地表能够 形成单一均匀的下沉盆地，而不出现波浪，地表 产生的变形要小于建筑物的允许变形，同时要控 制断层薄弱面因井下开采而活化使地表局部产生 集中变形。 2 煤柱稳定性原则。即保证留设条带煤柱有 足够的强度支承覆岩荷载，并且能够保持长期稳 定。 3 采出率原则。即在满足地表变形和煤柱长 期稳定性原则的前提下，采出率应达到最大。 2 ．采留宽的确定 1 采宽b 的确定。根据目前理论研究和实 践，采宽b d , 于采深的1 ／3 时，地表不出现波浪形 盆地，一般取b 1 ／4 - 1 ／1 0 H 。 2 留宽0 【的确定，根据三向受力状态，煤柱 条带宽按Q p 0 ．0 0 5 h H ，条带开采煤柱最小 留宽应满足0 【m i n 2 Q p S 。 本采区设计留宽0 【与采宽b 的取值为密 集建筑群区域，采宽b 取9 0 ～1 l O m ，留宽a 取 5 5 ～6 5 m 。水库区域，采宽l3 0 ～2 0 0 m ，留宽 8 0 ～1 2 0 m 。 3 ．保留煤柱的强度和稳定性 根据断层煤柱防水隔离煤柱计算以及煤柱的 稳定性，断层煤柱作倾向条带留宽留设。保梨断 层留宽取6 0 ～1 0 0 m ，保二断层取7 0 ～1 2 0 r e ，保三 断层两盘各留3 5 m 。 万方数据 1 水库区域保留煤柱的强度和稳定性计 算。K 值按下式计算K 4 H 【o 【d - 4 ．9 2 Ⅸ b mXH 1 0 。3 3 】／d 【Ho 【 0 ．5 b 2 H - b ／0 ．6 】，经 计算6 2 4 3 面K 值 1 ．3 7 ，6 2 4 5 面K 值 1 ．8 6 ， 6 2 4 7 面K 值 1 ．8 4 。 2 密集建筑群区域保留煤柱的稳定性计算。 I 块段煤柱K 。 1 ．5 l ，Ⅱ块段K 。 1 ．4 9 ，Ⅲ块 段K m 1 ．4 8 。上述计算K 值均大于1 ．2 ，故满足要 求。 3 条采地表移动和变形极值计算。采动 程度n l 0 ．1 2 6 ，n 2 0 ．9 8 。因r l I 、n2 均小于 l ，故本条带为非充分采动状态。最大下沉值 W 。。。m 2 9 0 m m 。主要影响半径RL 2 0 5 m ，R 下 2 5 0 m ，R 2 2 7 m 。 4 最大倾斜值i m a x 1 ．4 m m ／m 。在本设计 条采模型条件下，地表移动与变形由上述计算其 极值为，密集建筑群区最大下沉值2 9 0 r a m ，最大 水平移动1 0 2 m m ，最大倾斜1 ．4 m m ／m ，最大水平 变形0 ．7 5 m m ／m ，对照I 级保护建筑物允许变形 值最大倾斜≤3 m m ／m ，水平变形允许值≤2 m m ／ m ，可知上述计算极值均未超过允许值，井下开采 对地表建筑物损害不大。 四、地表建筑物受开采影晌损害评估及安全 开采保护措施 1 ．地面建筑物受开采损害评估 按照本设计留设断层防水煤柱和条带煤柱， 由上述计算分析可知，地表变形极值均小于国家 制定的I 级保护建筑物的允许变形值，即对地表 建筑物损害不大，维护费用不高。 2 ．铁路受开采损害评估 采区内铁路个别地段最大下沉值为2 9 0 m m ， 最大倾斜变形1 ．4 m m ／m ，最大水平拉伸变形 0 ．7 5 m m ／m ，最大水平压缩变形0 ．7 5 m m ／m ，将 受I 级变形影响，在个别地段拔道，调整轨距的同 时，略微起垫路基即可，维修和维护工程量小。 3 ．水库受开采损害评估 水库个别区段最大下沉值3 9 5 m m ，最大水平 I 斟学技水IS C I E N C E T E C H N O L O G Y 拉伸变形0 ．8 4 m m ／m ，最大水平移动13 8 m m ／m ， 将受地表I 级变形影响，不会使坝体产生裂缝， 水库地表会产生细微裂缝，不会引起水库漏水。 4 ．试采工作面监测数据分析 6 2 4 l 面是6 2 采区第一个三下开采的工作 面，走向长2 4 0 m ，倾斜135 m ，井下开采标 高- 3 7 2 ～- 4 3 0 m ，地表标高 2 2 6 ．6 ～ 1 6 1 ．3 m ， 开采四煤，厚1 ．3 ～1 ．6 m ，平均1 ．4 5 m ，一 次采全高，煤层倾角2 4 。～33 。，采用走向 长壁后退式采煤法，全部垮落法管理顶板。 经观测，下沉值在士3 m m ～土1 1m m ，下沉 速度为0 ．2 l ～0 ．4 5 m m ／月，地表变形情况， 最大倾斜在一0 ．4 6 1 ～0 ．4 6 3 r a m ／m ，最大 曲率一0 ．0 5 1 ～0 ．0 4 2 1 0 - 3 ／m ，水平最大变 形一0 ．4 4 7 ～0 ．4 2 6 m m ／m 。 水库监测，观测点沉降总体变化幅度不大， 其下沉值都在ll m m 以内，最大倾斜0 ．4 6 3 m m ／ m ，最大曲率- 0 ．0 3 5 1 0 一／m 。 6 2 4 3 工作面现正在开采中，监测也在进行。 从现有观测数据分析可知，各个观测点变形量都 很小，变形值均小于矿山地表临界变形值，对地 表及建 构 筑物不会造成破坏性影响，属正常 的变形范围内。 五、效果及结论 “三下”采煤方案从走向条采优化为混合式 开采后，大大降低了万吨掘进率，及时缓解了采 掘接替平衡矛盾，加长了工作面倾斜长度，提高 了产量，延长了采期，增加了经济效益。 研究结果表明，北平硐煤矿6 2 采区“三下” 压煤采用混合式开采方案是可行的，在正常情况 下，倾向条带和走向条带开采后，地面建筑物、 工农水库及铁路的损害程度不会超过I 级。经开 采验证，水库、铁路及地表建筑物的破坏程度完 全控制在I 级以内，没有出现地表明显下沉和房 屋裂缝。 作者单位湖南省煤业集团宝源矿业有限公司 责任编辑李元 中国爆炭工业2 0 1 0 ／∞4 9 万方数据