深部条带开采地表移动预计研究的探讨.pdf

黧用技术 太原科技 2 0 0 9年第 1期 0 凹 凰 吣 岛 0 匡 嗍 文章编号 1 0 0 6 4 8 7 7 2 0 0 9 0 1 0 0 9 0 0 2 深部条带开采地表移动预计研究的探讨 鲍红波， 李鲲鹏 河南．-5 - 大学测绘与国土信息学院，河 南 焦作4 5 4 0 0 3 摘要 条带开采作为 “ 三下”条煤的主要技术措施之一，在我国煤矿区广泛采用。在综合大量文献的基础上．对 我国深部条带开采地表移动预计的先进理论和方法、深部条带开采深度采宽及预计参数确定方法进行了探讨，并对 深部条带开采的前景进行 了展望。 关键词 深部开采； 条带开采； 地表移动 中图分类号 T D8 2 3 ． 6 文献标志码 A 随着浅部煤炭资源逐渐减少和枯竭 ，我 国很多 矿井开采深度 已从最初的 2 0 0 ～ 3 0 0 m增加到 7 0 0 8 0 0 m．不少矿井 的开采深度已达 1 0 0 0 ～ 1 2 0 0 m 由于开采深度的增加，建筑物下压煤量所占的比例 也进一步扩大 ，建筑物下深部压煤开采 已成为矿区 面临的迫切需要解决的问题 建筑物下采煤问题的关键是控制地表沉陷，控 制地表沉陷的方法主要有充填开采 、条带开采 、离 层注浆等 在我国煤矿 “ 三下”采煤技术中，条带 开采 由于能有效地 控制覆岩 沉陷和地表 的移 动变 形 ，保护地面建筑物和生态环境 ，已成 为我 国村 庄 、重要建筑物及不宜搬迁建筑物下压煤开采的有 效技术途径 ．同时也是煤矿 “ 绿色开采技术”体系 中的重要措施之一l 1 l。笔者综 合分析 了大量文献中 对我国深部条带开采地表移动预计的研究现状 ，并 对其发展前景进行 了探讨 。 1 深部条带开采地表移动预计的研究现状 1 ． 1 预计方法研究 1 邹友峰等提出了条带开采沉陷预计的三维 层状介质理论[ 2 1 。把条带开采工程岩体介质概化为 具有开挖孔洞的分层各向同性线弹性空间体 ．不仅 考虑到上覆岩体，而且考虑到条带煤柱和下伏岩体 对岩层和地表移动的影响 ，给出条带开采岩层与地 表移动预计方法。 2 吴立新等提出了基于托板理论 的预计方法。 托板理论认为条带开采条件下地表移动和变形预计 公式 、方法和步骤与全陷法开采条件下概率积分法 一 样[ 。 3 郭增长通过研究极不充分开采地表移动 的 收稿 日期 2 0 0 8 一 l 】 一 1 8 ； 修 回 日期 2 0 0 8 1 2 1 8 作者简介 鲍红波 1 9 8 1 一 ， 男， 辽宁朝 阳人。2 0 0 6 年 9月就 读于河南理工大学测绘学院， 攻读硕士学位。 基本特征 ，采用离散介质碎块体 随机移 动物理模 型 ，提出了适合极不充分开采地表移动和变形的概 率密度函数法 ，并推广应用到条带开采地表移动和 变形预计 4 郭文兵提 出根据全采与条带开采地表移动 预计参数关系的经验公式 ，通过预计参数 ，采用概 率积分法进行预计 ，采用全部开采的预计参数 ，用 多个单一工作面开采影响的叠加进行预计1 5 ] 。由于 不需要进行预计参数的转换 ，预计参数相对准确 ， 因此，预计结果的可靠性高。但由于非充分采动问 题 ，该方法地表移动和变形值对拐点偏移距选取敏 感 。 5 邓喀 中等人提 出在深部条件下大采宽 ，大 留宽．采用条带开采的地表移动预测方法求出的地 表移动值小于实测值 ，而采用似充分采动的概率积 分法预测出的值大于实测值 _6 l 。正确 的方法是根据 宽深比的不同，采用不同的预测方法。当采宽 比较 小时，采用条带方法进行预计 ；当采宽较大时 ，采 用极不充分开采地表移动预计方法 ，即对概率积分 参数进行修正 ；当采宽大于地表移动控制层断裂距 时 ，可采用常规的概率积分法进行预计 ，如果无深 部开采下沉系数 ，可用式 1 求取。 玎L、0 一 O 5 4 5 7 3 q l 一 0 ．2 3 9 2 3 5 x { l 。 1 式中，H为采深，m；h为表土层厚度 ，m；M为采 厚 ，m m。 此外 ．条带开采地表移动变形预计方法还有数 值模拟方法 如有限元、边界元、离散元等。数 值计算法 由于计算参数 的不确定性及岩性参数与岩 体参数的差异等原因，仍只是作为一种定性的分析 方法 。 1 - 2 深部条带开采深度的确定 条带开采 的极限开采深度定义为在煤层埋藏深 9D 应 用 技 太原科技 2 0 0 9年第 1 期礅 0 凰 删 鳓 0 匡 啪 度小于安全开采深度的情况下，满足采出率和地表 移动变形的要求 ．不 因采深过大导致煤柱破坏 、条 带开采失败的最大深度。刘义新等人提出条带开采 的极限开采深度与条带开采设计采 出率、上覆岩层 平均容重和煤柱的单轴抗压 强度等 因素 有关【7 J。开采建 筑物下深部压煤时 ，条带开 采 的极 限开 采 深 度可 达 到 I 3 6 4 i n ，深部条带开采的采 深可以定义在 5 0 0 ～ 1 3 6 4 IT I ． 能满足采 出率的要求以条带 法开采合理的经济效益。 1 ． 3 深部 条带 开采 采宽 的 确定 法分析了条带开采地表移动参数与采出率 、采深和 采宽的关系f 3 ] ，结合 国内部分条带开采 的实测资料 ， 采用 回归分析方法得 出了求取这些参数的另一套经 验公式 ，见表 1中的式 2 [ 8 - 9 ] 。 表 1 条带开采地表移动预计参数 计算公式 参数 式 1 式 2 一 3 0 H4 5 ／ n n 1 ， 垒 I ＼ 下沉 系数 5 0 0 0 Ⅱ ／ b 一 2 0 0 0 1 2 5 0 1 4 5o ao 、 ⋯⋯日 水平移动 系数 6 1 ． 2 9 0 ． 0 0 2 6 H b 。 1 0 0 0 0 1 0 75 0 7． 6 H“ 主要影响角正切 t a n fl , 1 ． 0 7 6 0 ． 0 0 1 4 H t a I 髋 t a n ／ 3 , t a n q 一 0 ． 5 7 4 1 n H 2 ． 3 4 拐 点偏 距 1 ． 5 6 b H s 一 0 0 ． 0 1 H 3 0 条带开采采宽的确定实际上决定 了地表移动的 大小 ，而地表移动的大小受地表移动控制层决定 ， 因而 ，采宽的确定取决于地表移动控制层。地表移 动控制层是距地表较近的能支撑其上覆岩层重量的 坚硬岩层。 将位于工作 面上方 高处 的地表移动控制层 看成是一弹性基础上的梁 ，梁的极限跨距为 。由 于岩体破裂范围与水平线之间具有一定夹角 ，当工 作面宽度为 D时 ，梁的实际跨距为 L 1 D- 2 H1 c o t ／ , ， 2 式中，D为采宽 ，m；H 为地表移动控制层距煤层 的高度 ，m； 为破裂 范围角 ，接 近充分采 动角。 当 吐 时，控制层不断裂 ，此时地表移动量较小 ， 因而 ．条带的极限采宽为 - ￡ 广2 c o 。 3 极限采宽确定后 ，可根据预计结果确定 留宽和 实际的采宽 ，以控制地表沉 陷量 ，保护地 面建筑 物阁 。 1 ． 4 预计参数研究方面 条带开采地表移动参数是条带开采地表移动和 变形预计时的关键性参数 ，其取值 的准确性直接影 响到地表移动和变形预计结果 的精度。因此 ，条带 开采地表移动和变形预计参数 的准确选取对提高预 计精度至关重要。我 国学者在分析实测资料 的基础 上，对条带开采预计参数选取及其与地质采矿条件 的关系进行了研究 。在资料分析和有 限元计算的基 础上，得出条带开采下沉系数 、水平移动系数、主 要影响角正切和拐点偏距与全采的关系 ，建立 了一 套经验公式 ，见表 1中的公式 1 ，该公式考虑了采 宽、留宽和采深等因素。吴立新等提出采用边界元 9 在补充新的观测站资料 的基础上， 郭文兵等人 经过现场调研及资料检索 ．获得 了大量新的实测数 据，建立 了新 的条带开采地表移动预计参数经验式 4 嘲 。 0 ．2 6 6 3 e 5 7 5 f 1 I n b Ⅱ H t 0／ _ 0- 0 3 3 6， 0 口 十 Ⅱ ， b t 一0 ． 0 0 0 2 H a ， b 一 0 ． 8 7 8 6， b g D _0_ 7 8 4 7 e m 硎 ， 5 _ 0 ．00 6 7 3 击 2 ．5 6 4 。 4 式 中，6 ／, ，b分别为留宽和采宽 ，n l ；H为采深 ，m； m为采厚 ，下标 q为全采时变量。 2结语 深部煤炭资源是 2 l 世纪我 国主体 能源的后备 储量 ，开展深部开采地表沉 陷预测与控制的研究 ． 不仅能为深部资源开发提供 可靠的理论基础 ，而且 对于促进深部开采技术在 “ 三下”采煤 中的应用和 发展 ，提高地下煤炭资源采 出率 ，保护地表建筑物 和生态环境 ，实现煤炭工业的可持续发展等具有重 要 的理论价值和实际意义。 参 考文献 ⋯钱呜 高， 许 家林， 缪协兴． 煤矿绿 色开采技术 中国矿业 大 学学报， 2 0 0 3 ， 3 2 4 3 4 3 3 4 8 ． 【 2 】 邹友峰， 何满潮． 条带开采地表沉陷预计的新理论 水文 地质工程地 质， 1 9 9 4 2 1 5 ． 【 3 】 吴立新， 王金庄， 刘天新， 等． 建 构 筑物下压煤条带开采理 论 与实践 【 M】 ． 徐州 中国矿业大学出版社， 1 9 9 4 ． [ 4 】 郭增长． 极不充分开采地表移动预计方法及建筑物深部 下转第 9 3页 太原科技 2 0 0 9年第 1 期 c 凰 s 0 匡 ∞ 1 ． 6 m m．焊接电流 1 4 0 A左右 ，电弧电压 1 8 - 2 1 V， 采用断续焊接方式 ，从而达到焊道受热均匀 ，防止 零件变形。 4 每一道焊缝及层间温度控制在 2 0 0 C 左右 ， 焊后保温 1 h后空冷。 4 结 论 零件经焊接并采用 以上工艺返修后 ，使用 中， 未发现因补焊而引起 的质量问题 ，说 明 4 0 C r 钢零 应 用 技 件采用热量集中的钨极氩弧焊以及配合合理的辅助 工艺 ．既可避免热影响区出现大量的淬硬组织而使 零件脆化 ，又减少了软化区 ，从而保证了零件的强 度不受影响。 参考文献 [ 1 1 陈祝年 ． 焊接 工程师手册【 M】 ． 北京 机械 工业 出版社， 2 0 0 2 ． [ 2 1 中国机械 工程 学会 焊接 学会 ． 焊接 手册l M】 ． 北 京 机械 工 业 出版社． 1 9 9 3 ． 责任编辑张璇 W e l d i n g o f S p e c i a l - s h a p e d 4 0 Cr S t e e l Pi e c e s ZHAO Ha i - x i a S h a n x i C o a l Ma c h i n e r y As s e mb l y o f C o a l R e s e a r c h I n s t i t u t e ，T a i y u a n 0 3 0 0 0 6 ，C h i n a Ab s t r a c t T h r o u g h a n a ly z i n g t h e we l d a b i l i ty o f s o me 4 0 C r s t e e l p i e c e s ，t h e a u tho r i n t r o d u c e d t h e we l d i n g me t h o d s a n d me t h o d o f i d e n t i f y i n g we l d i n g p r o c e s s p a r a me t e r s ．Al s o t h e a u t h o r p u t f o r wa r d s o me c o u n t e r me a s u r e s o n we l d ing i n r e p ai r wor k． Ke y wor ds we l d a bi l i t y ；c a r bo n e qu i v a l e nt ；h ea t i np ut ；r e pa i r pr o c e s s 上 接 第 9 1页 压煤开采技 术的研究f D】 ． 北京 中国矿 业大学， 2 0 0 1 ． 【 5 ] 郭文兵． 深部 大采宽条 带开采地表 移动的预计 U 1 ． 煤 炭学 报 ， 2 0 0 8 ， 3 3 4 3 6 8 3 7 2 ． 【 6 】 邓喀中， 张冬至， 张周权． 深部 开采条件 下表 沉陷预测及控 制探讨U j _ 中国矿业 大学学报 ， 2 0 0 0 ， 2 9 1 5 2 5 5 ． 【 7 】 刘义新， 郭文兵， 孟伟峰， 等． 深部条带开采的开采深度探 讨 [ 1 1 ． 矿 业 快报 ， 2 0 0 7 ， 4 6 0 8 6 7 ． 郭文兵， 邓喀中， 邹友峰． 条带开采地表移动参数研究卟煤 炭学报 ， 2 0 0 5 ， 3 0 2 1 8 2 1 8 6 ． 郭文兵， 邓喀 中， 邹友峰 ． 我 国条带开采的研 究现状 与主要 问题 煤炭科学技术， 2 0 0 4 ， 3 2 8 7 1 1 ． 责任编辑刘婷 Pr e di c t e d Re s e a r c h o f S ur f a c e M o v e me n t i n De e p St r i p M i ni ng BAO Ho ng -Bo， LI Kun pe ng S u r v e y i n g a n d L a n d I n f o r ma t i o n C o l l e g e o f He n a n U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， J i a o z u o 4 5 4 0 0 3 ， C h i n a Abs t r ac t s t r i p mi ni n g，a s o n e of t he ma i n t e c h ni c a l me a s u r e s of” u nd e r t h e b ui l d i ng，u nde r t he r a i l wa y，un de r t he wa t e r ” i s wi d e l y u s e d i n c o a l mi n i n g a r e a i n C h i n a ．0n me b a s i s o f mu c h o f t h e l i t e r a t u r e ，we d i s c u s s e d t h e a d - v a n c e d t h e o r i e s a n d me t h o d s o f p r e d i c t e d r e s e a r c h o f s u r f a c e mo v e me n t i n d e e p s t r i p mi n i n g ， wi d t h a n d d e p t h o f d e e p s t r i p mi n i n g a n d i t s d e t e r mi n i n g me t h o d o f p r e d i c t e d p a r a me t e r s ． Al s o we d i s c u s s e d l t s r e s e a r c h p r o s p e c t ． And d e t e rm i ne d t he pa r a me t e r s of me t ho ds t o e xpl o r e t he d e e p s t rip mi ni ng pr o s p e c t ． Ke y wo r ds d e e p mi ni ng ；s t r i p m i n i n g；s u r f a c e mo ve me n t 上接 第 8 9页 De s i g n a nd App l i c a t i o n o f H Br i dg e I GBT Gr i d Dr i v e WANG Z h i - j i a n S h a n x i F i r s t I n s t i t u t e o f S t a t e r u n P u b l i c Ma c hin e r y F a c t o r y ， T a i y u a n 0 3 0 0 2 4 ，C h i n a Ab s t r a c t I n t h i s p a p e r ．t h e a u t h o r t o o k H b ri d g e I GBT g r i d d r i v e a s a c o n c r e t e e x a mp l e a n d c a m e t o t h e c o n c l u 。 s i o n t h a t t h e I GB T d ri v e c o n d i t i o n s a r e p o s i t i v e v o l t a g e o f鲥 d ，n e g a t i v e v o l t a g e o f g ri d ，s e r i e s r e s i s ta n c e o f g r i d a n d t h e r e l a t i o n s b e t we e n 鲥 d a n d i t s o p e r a t i n g c h a r a c t e ris t i c s ． Al s o t h e a u t h o r d e v i s e d H b ri d g e I GBT g r i d d r i v e c u r r e n t ， d r i v e p o we r ，t h e f o r mu l a f o r c a l c u l a t i n g t h e g a t e r e s i s t a n c e a n d d e a d t i me d e t e r mi n a t i o n ． Th i s r e s e a r c h g a v e r e l i a b l e b a s i s for t h e d ri v e c i r c u i t d e s i g n． Ke y WO r d s H b rid g e ；I GBT；g r i d ；d r i v e c i r c u i t -9 3