“三下”采煤在平煤集團吳寨礦的研究與應用

摘要：本文針對淺層地表厚沖積層村莊壓煤實際，研究提出了一整套開采方案及變形預測，并在實施過程中得以驗證，效果良好，具有同類型地質條件下推廣應用價值。

關鍵詞：“三下”采煤研究與應用

0引言

我國建筑物下采煤試驗研究始于1962年，經過40多年的研究和實踐，建筑物下采煤技術有了長足的發展，獲得了許多方法和經驗。但針對不同礦區的具體情況，為達到最好的建筑物下采煤效果，應結合其具體情況，提出不同的開采方案的工作面開采參數，以保證獲得最大的經濟效益、社會效益和生態環境效益。本文針對淺層地表厚沖積層村莊壓煤實際，研究提出了一整套開采方案及變形預測，并在實施過程中得以驗證，效果良好，具有同類型地質條件下推廣應用價值。

1吳寨礦的基本情況

1.1礦井地理位置、開拓、開采情況平煤集團吳寨礦位于河南省平頂山礦區中部十礦井田的西南部己組煤露頭帶，西與二礦為界，東與十二礦相鄰，北與十礦井田相伴，南部為己組煤露頭帶。該礦1987年3月開始建井，1989年10月投產。設計生產能力為12萬噸，年，后經不斷技術改造，生產能力達45萬噸／年。礦井為一對斜井一個立井開拓全井田，通風方式為中央并列抽出式，礦井為低瓦斯礦井。礦井主要開采煤層為已15和已17煤層，礦井水文地質條件簡單。井田內共分東、西翼兩個采區生產，東翼已一采區只剩上部建筑物下壓煤儲量和下部的三個己1 5下分層工作面。西翼已一采區己1 5煤層進入深部開采，而己17煤層因受采區中部大斷層影響，厚度變化大，中東部較薄不可采，直接影響了礦井的穩定生產和后續發展。

1.2建筑物下壓煤情況分析吳寨礦東翼己15煤層厚度為1.7m～2.0m，平均1.8m，煤層賦存穩定，煤層傾角10。左右，煤層頂板為深灰色砂質泥巖夾灰白色細至中粒砂巖，底板為深灰色砂質泥巖。區域內地面標高+87～+90.2m，煤層底板標高為在-70～-176m之間，煤層埋藏深度157—266m，平均埋藏深度為21lm。在該區域范圍內，第四紀沖積層厚度為143m，其余為基巖層。開采范圍內上部地表程平路兩側的建筑物多為平房或二層樓房，個別為3層樓房，其結構形式主要為磚石結構或磚混結構；下部為魏寨村莊民房，多為平房，部分地表建筑物已受到附近小煤礦采煤的影響，但破壞量較小。建筑物下的壓煤儲量為：己15煤層70萬噸，己16-17煤層80萬噸。本文僅研究單層己1 5煤層采動影響。

2條帶開采方案設計研究

村莊建筑物下采煤的總目標是，在保障居住安全和必要的生產與生活的方便條件下，盡量多的采出煤炭資源，維持煤礦企業的最佳經濟效益。結合“三下”采煤規程的要求和吳寨礦魏寨村莊地處城區的特點，經方案對比，決定在建筑物不搬遷的情況下，采取條帶開采措施開采建筑物下的煤炭，并使得建筑物破壞程度控制在ll級以內。

2.1條帶開采及其特點條帶開采方法是將開采區域劃分為比較規則的條帶形狀，采一條，留一條，使留下的條帶煤柱能夠充分支撐上覆巖層的載荷，保證表移動變形值達到最小值，在整個開采條帶全部采出后地表形成單一均勻的下沉盆地，從而達到保護地面建筑物的目的，具有地表移動變形小、對圍巖破壞小、回采率低，掘進率高、搬遷重建賠償費用低等特點。

2.2條帶開采采寬b的確定條帶的采寬與留寬互相制約、關系密切。必須在同時滿足地表允許變形和煤柱穩定性的前題下，求得條帶采留寬度的最優值，并盡量提高回采效率、降低掘進率或減少工作面搬家次數。根據吳寨礦上部開采區域深度平均為181m，下部開采區域開采深度平均約為241m，煤層平均厚度1.8m，煤層傾角平均為100、的實際情況，按開采寬度b在H范圍內選擇，并結合該礦工作面初次來壓步距為30m左右、周期來壓步距為20m一30m的經驗，綜合考慮，確定上山部分采寬b取20m作為地表移動和變形計算的參數(為平均采深的1，9)，下山部分采寬b取24m(約為平均采深的1／10)，作為地表移動和變形計算的參數，進行地表不出現波浪下沉、建筑物破壞程度控制在ll級以內的變形模擬計算。

2.3保留條帶煤柱寬度a的確定條帶開采煤柱設計方法有A.H.Wilson理論、有效區域理論、壓力拱理論、大板裂隙理論、極限平衡理論等。我們采用A.H.Wilson理論，將條帶煤柱視為單向應力狀態，按單向應力狀態計算保留條帶煤柱的寬度，通過計算上山部分條帶煤柱寬度為24m，下山部分條帶煤柱寬度為29.3m，取30m，并依此作為進一步地表移動和變形值計算分析的參數。

2.4煤柱穩定性技術要求的驗算按照公式，通過對保留煤柱穩定安全系數、煤柱寬高比、保留條帶煤柱采出率的驗算，得出上山部分采寬為20m，條帶煤柱寬度為24m時，長煤柱穩定性安全系數為2.1，矩形煤柱穩定性安全系數為2，07，煤柱寬高比為1 1，煤柱核區寬度為20.8m，條帶煤柱核區率為86.7％。設計回采率為45.5％：下山部分采寬為24m，煤柱寬度為30m時，長煤柱穩定性安全系數為2.1，矩形煤柱穩定性安全系數為2.05，煤柱寬高比為15，煤柱核區寬度為25.3m，條帶煤柱核區率為84.3％，設計回采率為4J4.4％。兩部分總的設計采出率為45.02％。條帶開采各項技術指標滿足建筑物破壞程度控制在||級以內、少量維修的要求。

2.5條帶開采引起的地表移動與變形預計

2.5.1地表移動與變形預計方法根據計算得出的條帶開采參數，滿足了條帶開采設計的技術要求。能否作為最終條帶開采參數，須進行地表移動和變形預計，從而進一步分析條帶開采以后引起的地表移動和變形值以及地表建筑物受到何種程度的影響。通過比較，我們采用概率積分法對條帶開采區域地表移動和變形進行預計。

2.5.2概率積分法預計參數的確定確定條帶開采的地表移動參數時，需根據該區域全采法開采時的地表移動參數，并結合本區域上覆巖層巖性特點和地質采礦條件按經驗公式分析求得。冒落條帶開采時，對不同條帶開采尺寸分別計算預計參數，經計算分析，上山部分，采寬為20m，煤柱寬度為24m時，下沉系數為0.12，主要影響角正切為2.1，拐點偏距為2.4，穩定性安全系數為2.1，水平移動系數為0.25，最大下沉角e=90度-0.5-85度主要影響半徑為86.2m；下山部分條帶開采：采寬為24m，煤柱寬度為30m，平均采深為241m時，下沉系數0.147，主要影響角正切1.92，拐點偏距3.14，水平移動系數0.238，最大下沉角85度，主要影響半徑126.5m。