千米埋深煤层建下开采技术研究.pdf

2 0 0 8 年 第3 期 东 撼晨 科技 1 2 5 - - T - - 米 埋 深 煤 层 建 下 开 采 技 术 研 究 刘业献 ， 韦荣律 淄博矿业集团唐 口 煤业公司， 山东 济宁2 7 2 1 0 0 摘要本文通过对唐口煤矿 1 3 0 、 2 3 0 采区的工程地质分析， 应用概率积分模型对开采后地表移动变形进行了预测计算， 根据井下煤层开采 的实际情况， 对地表移动影响预测范围内的建 构 筑物损害进行了合理评价。 关键词深部开采 ； 建 下采煤 ； 地表变形 中图分类号 T D 8 2 3 ． 8 3 文献标识码B 唐口煤业公司设计生产能力 3 M t ／ a , 采用立井开 拓 ， 工业广场内布置三个千米深立井井筒 ， 一水平标高 一 9 9 0 m 。1 3 0 、 2 3 0 采区为矿井 的正在开采的采区。采 区煤层埋藏深达千米， 井下地质条件复杂， 地表建 构 筑物较多， 建 构 筑物压煤量巨大。 1 采区煤层赋存条件 井田内地层 自上而下有第四系、 侏罗系上统蒙阴 组 、 二迭系石盒子组和山西组、 石炭二迭系太原组、 上 石炭 系本溪组 、 奥 陶系中下统 和寒武 系。其 中石 炭二 迭系下统山西组 P l 1 厚 8 0 m左右， 主要由浅灰、 灰白 色中 、 细粒砂岩及灰黑色粉砂岩 、 泥岩和煤层组成 。砂 岩含量较高， 含煤 4层 1 、 2 、 3 3 、 3 下 ， 3煤层 含 3 、 3 下 厚度大 ， 储量丰 富， 为本 区主采煤层 。 2开采技术方案研究 2 ． 1 煤层开采 后地表 移动变形计算 依据 建筑物、 水体、 铁路及主要井巷煤柱留设与 压煤开采规程 ， 确定应用概率积分法数学模型进行地 表移动变形 的预测计 算 。 最大沉值 g m C O ,S O l ， m i la ； 位置 ∞ 最大倾斜值 i ， m in i m； 位置 0 最大曲率值 1 ． 5 2 ， 1 0 3 ／ m； r 位置 0 ． 4 r 最大水平移动值 6 ， m m； 0 最大水平变形值 e 1 ． 5 2 b _W o n ，r am／ m； 位 置 0 ． 4 r 式中 一计算点的坐标， m ； 坐标原点为计算边界 考虑拐点偏距 在地表的投影。 2 ． 2 不同开采方案对地表影响程度及经济效益对比 1 1 3 0 、 2 3 0 采区全部煤层开采。开采后预计地表 *收稿 日期 2 0 0 8 0 52 6 作者简介 刘业献 1 9 7 3 一 ， 男 ， 山东淄博人， 工程师， 主要从事采 矿工程方面的工作， 现为淄博矿业集团公司唐口煤矿技术科副科长。 最大 下 沉 达 5 0 0 0 ra m、 运 河 河 堤 及 大 桥 最 大 下 沉 5 0 0 0 ra m、 地面村庄潘家庙下沉量最大， 下沉达 2 8 oom m 。 开采结束稳定后的地表最大倾斜值 0 ． 5 ～4 ． O m m ／ m 、 最 大水平变形值为 一0 ． 5～2 ． 4 m m ／ m 。该方案 3煤层 全部开采， 利润最好。但对地表重要建 构 筑物影响 很大， 故考虑区域部分协调开采的方案。 2 1 3 0 采区主要地表建 构 筑物下协调开采， 2 3 0 采区全部煤层开采。采后预计地表最大下沉 2 8 oom m． 运河 河 堤 最 大 下 沉 2 2 oom m、 运 河 大 桥 最 大 下 沉 3 8 0 ra m 、 3 2 7国道最大下沉 1 4 oom m 、 地面村庄潘家庙下 沉量最大， 最大下沉 2 8 oom m。开采结束稳定后地表建 构 筑物最大倾斜值 一 0 ． 3 ～4 ． 5 m m ／ m 、 最大水平变形 值为一0 ． 2～3 ． O m m ／ m 。该方案约可采出煤量 2 3 5 0 万 l ， 可实现产值7 5 2 0 0 0 万元、 实现利润 3 0 5 5 0 0 万元。 3 1 3 0 采区主要地表建 构 筑物下协调开采， 2 3 0 采区煤层采 1 0 0 m、 留8 0 m条带法开采。采后预计地表 最大下沉 2 4 0 0 m m、 运河河堤最大下沉 2 2 oom m， 运河大 桥最大下沉 3 8 0 ra m， 3 2 7国道最大下沉 1 4 0 0 m m ， 地面村 庄潘家庙下沉最大， 为 8 oom m 。开采结束稳定后地表 建 构 筑物最大倾斜值 一 0 ． 3～ 3 ． 5 m m ／ m、 最大水平变 形值为 0 ． 1 ～一 3 ． 0 m r n ／ m 。该方案可采煤 1 9 5 2万 t ， 可 实现产值 6 2 4 6 4 0 万元， 实现利润 2 5 3 2 6 0 万元。 4 1 3 0 采区主要地表建 构 筑物下协调开采； 2 3 0 采区煤层采 l oom 、 留 l oom条带法开采。采后预计地 表最大下沉 2 4 0 0 m m 、 运河河堤最大下沉 2 2 oom m， 运河 大桥最大下沉 3 8 0 ra m， 3 2 7国道最 大下沉 1 4 0 0 m m， 地面 村庄潘家庙下沉最大 ， 下沉 8 oom m 。开采结束稳定后 地表建 构 筑物最大倾斜值 0 ． 2～一3 ． 5 m m ／ m 、 最大水 平变形值为 0 ． 1 ～一3 ． 0 m m ／ m 。该方案约可采出煤量 1 8 5 2 万 t ， 可实现产值 5 9 2 6 4 0万元 ， 实现利润 2 4 0 2 6 0万 元 。 5 1 3 0 采区主要地表建 构 筑物下协调限厚开采 河堤保护煤柱范围内， 限采厚 2 ． 5 m ； 2 3 0采区煤层采 1 0 0 m 、 留 l oom条带法开采。采后预计地表最大下沉 2 4 0 0 1 ／ 1 i n 、 运河河堤最大下沉 1 0 0 0 ra m、 运河大桥最大下 沉 1 5 0 m m、 3 2 7国道最大下沉 6 0 0 m m 、 地面村庄潘家庙 下沉最大， 下沉 6 oom m。开采结束稳定后地表建 构 筑物最大倾斜值 一1 ． 5 1 ． 5 m m ／ m 、 最大水平变形值为 维普资讯 1 2 6 东 瞧晨 姊伎 2 0 0 8 年第3 期 一 0 ． 2 ～1 ． 5 m m ／ m。该方案可采出煤量 1 2 8 6万 t ， 可实 现产值 4 1 1 5 2 0 万元， 实现利润 1 6 6 6 8 0万元。 6 1 3 0 采区主要地表建 构 筑物下协调限厚开采 河堤保护煤柱范围内， 限采厚 2 ． 5 m ； 2 3 0采区煤层采 1 2 0 m、 留 l oom条带法开采。采后 预计地表最大下沉 2 4 0 0 m m、 运河河堤最大下沉 1 0 oom m ， 运河大桥最大下 沉 1 5 0 ra m， 3 2 7国道最大下沉 6 oom m， 地面村庄潘家庙 下沉最大， 下沉 7 oom m 。开采结束稳定后地表建 构 筑物最大倾斜值 一1 ． 5～1 ． 0 m m ／ m、 最大水平变形值为 一 2 ． 0 ～1 ． 0 m m ／ m 。该 方案约可采 出煤量 1 2 4 9 ． 4万 t ， 可实现产值 3 9 9 8 0 8万元 ， 实现利润 1 6 1 8 2 2 万元。 2 ． 3 建筑物下采 留比的确定 1 煤柱采出宽度 b的确定 采宽 b的大小一般与煤层开采深度 H 、 顶板覆岩 的岩性、 初期来压及周期来压步距有关。一般有 1 ／ 4 t ／ b 1 ／ 1 0 t ／ 根据区域井下煤层的实际地质开采条件以及对地 表移动关系 的实际分析， 采 区煤层 开采深度 9 2 0～ 1 0 7 0 m ， 平均采深 9 9 0 m。但也应该考虑到 ， 区域第四系 冲积层厚 2 1 3 m、 第三系层厚 3 5 7 m， 实际地层基岩厚度 并不大等 因素 。 一 则选取 2 3 0采 区条带法开采工作面采 出宽度为 1 0 0～1 2 0 m。 2 留设煤柱宽度 。的确定 条带法开采煤柱宽度 。的合理选取是关键， 留设 煤柱宽度 。的尺寸应满足获得有效的、 稳定性的和长 期的支撑上覆岩层的作用， 计算如下 o值应同时满足以下要求 Ⅱ6． 5 6 1 0 b 一 旦 5 m一 Ⅱ≥ 0． 0 1 m／ ／8． 4 q a ／ 6 1, b ％ 7 0 ％ 式 中 日 一采深 ． m； 旷采厚 ， m ； 口 一工作面回采率。 通过分析煤柱支撑效应， 计算留设煤柱宽度为 8 0 ～ l oo m。 3 煤柱承压安全系数 在进行条带开采时， 为了保证煤柱有足够的强度， 其安全系数必须大于 1 ， 在煤柱三向受力状态下一般 取 K1 ． 6 ～ 2 ． 4 。煤柱承压安全系数为煤柱能承受的 极限荷载与煤柱实际承受的荷载之比， 根据上述条带 开采的采 留设计 ， 即有 篇 _ 2 ．2 ．4 1 ．8 7H a 0 5 b 2 H b ／O 6 一 ， ． 一 ． 一 ⋯ ’ 故验证设计煤柱尺寸满足煤柱稳定性要求。2 3 0 采区开采初期， 设计条带尺寸为 采宽 1 2 0 m、 煤柱留设 宽度 l oom 。 2 ． 4 开采方案确定 根据以上 6 个开采技术方案对 比分析 ， 搬迁全部 开采经济效益最好， 条带法开采方案 3 经济效益次 之， 方案 6 即 1 3 0限厚开采及 2 3 0 宽条带开采 ， 经济效 益较差， 但地表下沉量小 5 0～ 7 oom m ， 村庄房屋的采 动变形较轻 最大水平变形 一 0 ． 5 ～2 ． 0 m m ／ m ， 村庄绝 大多数房屋都在 I 级损坏以内， 民房只需要适当维修 补偿， 不需要实施搬迁村庄采煤。 因此 3 煤层的开采方案为 在 目前矿井接续紧张， 村庄搬迁困难的条件下 ， 采用宽条带法开采村庄下压 煤。条带开采宽度 1 0 0～1 2 0 m、 留设煤柱宽度 1 0 0 m。 进行宽条带法开采， 相关村庄房屋受采动影响绝大多 数都在 I 级范围以内， 主要村庄范围地表沉陷量较小． 可以保证村民的正常、 安全生产生活。 3 主要结论 通过正确 分 析 1 3 0 、 2 3 0采 区村 庄下 压 煤 开 采 地 质、 采矿条件 ， 分析区域的地表移动变形规律， 确定地 表移动变形参数， 以及对地面岩移观测资料成果进行 分析， 1 3 0 1 面地表最大下沉量7 oom m ， 2 3 0 1 面地表最大 下沉量 9 0 m m， 均在预测 下沉范 围 内， 地 表周 围建筑物 变形量在 工 级范围内， 达到了经济、 合理、 安全地开采 1 3 0 、 2 3 0 采区建 构 筑物下压煤的目的。 上接 第 1 2 4页 x 2 当绞车上经常有反力矩作用时， 两制动器必 须接触 良好， 稳妥可靠。 1 3 在电动机开动时， 两制动器不可同时闸住， 这 样有烧坏 电机 的可能 。 1 4 随时注意制动器的工作状态 ， 若制动不灵， 必 须加以调节 ， 落在上面的油污必须及时清除。 1 5 绞车的滚筒、 制动带及轴承蹬温度不得超过 7 0 ℃， 如果温度急剧上升 ， 必须停车检查 。 1 6 必须定期检查润滑油是否充足， 如不足要进 行补充， 密封装置必须完整无损， 以防止灰尘进入及油 脂的外流。 参考文献 [ 1 ] 调度绞车 G B ／ T 1 5 1 1 3 2 0 0 5 中国标准出版社 ， 2 0 0 6 年 2 月出 版 ， 国家技术监督局编 ； [ 2 ] 煤矿机械 1 9 9 8 年 0 9 期， J D 一 4 JD 型调度绞车结构的改进， 作者李 景国、 赵洪平 、 刘同芬； [ 3 ] 煤矿机械 2 O O 1 年 o 6 期 ， 调度绞车在煤矿生产中的应用 ， 作者周 全玉 ； [ 4 Y { 煤矿安全规程 煤炭工业出版社， 1 9 9 2 年 l 2 月出版。 维普资讯