建筑物下方煤礦條帶式開采研究

摘要：我國煤礦資源豐富、分布廣泛，由于地質條件和開采區的建筑物分布以及煤層埋藏深淺等因素的影響，不同的開采條件所采用的開采方式也各不相同。文章針對開采區上方有建筑物分布的采掘區，研究采用條帶開采的方法可行性，在保證煤礦開采作業安全性和產量的同時，有效保證礦井地面建筑物的安全，保證整個礦區可持續發展。

關鍵詞：建筑物；條帶式；煤礦開采；地表移動；地表變形

中圖分類號：TD823 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）28-0126-02

1 概述

我國煤礦資源豐富、分布廣泛，由于地質條件和開采區的建筑物分布以及煤層埋藏深淺等因素的影響，不同的開采條件所采用的開采方式也各不相同。本文主要針對開采區上方有建筑物分布的采掘區，研究采用條帶開采的方法可行性，在保證煤礦開采作業安全性和產量的同時，有效保證礦井地面建筑物的安全，保證整個礦區可持續發展。

2 煤礦條帶式開采的相關理論

2.1 煤礦條帶式開采的基本概念

條帶式煤礦開采方法是煤礦部分開采法的一種，主要原則是將開采區域內的礦層從橫向上人為的劃分為較為規則的條帶形狀，逐條帶地對煤層進行開采，采一條，留一條，使留下的條帶煤柱足以支

撐上覆巖層的重量，而地表只產生較小的移動和變形。條帶式開采方法是“三下一上”礦床主要防水開采方法之一，該方法的主要優點是能夠有效地控制煤層上方覆巖層和地表沉陷，保護地表建（構）筑物和生態環境，是煤礦綠色開采技術之一，其缺點主要表現工作面頻繁的移動調整變化、大型機械化作業

難度加大，開采效率受到一定程度的影響。

2.2 條帶式開采的主要適用條件

條帶式是開采中常規的開采方式，與長壁式開采、綜采法等相比，其主要優點是開采煤柱穩定、開采區圍巖受力均勻、變形小、巖層上方的建筑物沉陷小。該方法主要適用于礦區上方建筑物密集且建筑物分布結構復雜，礦區分布著橋梁、鐵路干線、文物保護單位重要建筑，難以搬遷的村莊，湖泊、河流、水庫等永久水體，煤層埋藏深度在400～500m以內，單一煤層，厚度比較穩定的開采區。

2.3 煤礦條帶式開采的分類

目前，按照條帶開采的走向設計和布置方式，可分為走向條帶、傾斜條帶、偽斜條帶三類。走向條帶的條帶設計方案沿著煤層的走向方式布置，該方案主要使用于煤層水平或緩傾斜分布的礦區，主要優勢是可減少工作面的移動次數，保證了開采的效率，不適用傾斜度大的煤層；傾斜條帶開采的條帶長軸方向沿煤層傾斜方向布置，該方案主要適用于煤層傾斜分布的礦區，采用該方式開采可有效保證煤柱的穩定性，應用最為廣泛，主要缺點是效率低，工作面經常搬遷移動；偽斜條帶主要適用于傾角大于35°的煤層，條帶設計與煤層的分布走向斜交。

3 建筑物下方煤礦條帶式開采設計研究

3.1 條帶式開采需遵循的基本原則

煤礦開采的首要也是最重要的前提是保證開采工作的安全以及開采區的建筑物、人民群眾的生命財產安全。加強開采區域的環境保護和地質環境的監測與控制，在此前提條件下，采用合理的開采方式和手段，最大限度地提高煤炭資源回收率。但安全和回收率是一對矛盾的綜合體，開采條帶設計寬，資源回收率高，則留設煤柱相應變小，不利于礦區穩定和上方建筑物的安全；條帶過窄可保證安全，但出煤率低，資源浪費嚴重，所以必須綜合考慮多種因素，詳細設計條帶的寬度和開采的進度，條帶式開采需要遵循一定的原則：首先，煤柱穩定性原則，一切設計和開采工作的前提是煤柱的穩定安全；其次地表允許變形原則，條帶開采以穩定安全為前提，但并非不允許變形，只需保證地面沉降和建筑物變形在允許范圍內即可；再次是回采率原則，在保證安全穩定和變形在運行范圍內的情況下，最大限度地設計條帶的寬度，保證回采率；最后是縮短變形時間原則，一般而言，條帶開采設計地面和建筑物變形時間一般為長壁式開采變形持續時間的一半。

3.2 條帶式開采地表移動和變形預計方法

條帶式煤礦開采的主要優點是能夠有效避免地面建（構）筑物的過度變形，影響其安全性，因此，在開采前需要采用相關理論和模擬算法對條帶式開采引起的地表移動和變形進行預計和分析。目前，常用的預計方法是通過實驗獲取全采與條帶開采地表移動預計參數關系經驗公式的經驗系數，對地表移動和變形規律進行模擬。常用的經驗公式主要包括以剖面函數法和典型曲線法為代表的經驗方法（Empirical Method）、波蘭學者Budryk和Knothe提出的基于正態分布型的影響函數、連續介質力學方法、數值模擬方法、三維層狀介質理論、概率密度函數法等。目前，我國主要采用的地表移動和變形預測方法是基于正態分布型的影響函數，該方法與長壁開采相同，參數的選取相對容易，使用方便，適應性強，預計精度高。

3.3 建筑物下方煤礦條帶式開采設計開采流程

針對分布于建筑物下方的開采區，采用條帶式開采方法需要遵循一定的開采程序，由于大部分礦區的建筑密度相對密集，建筑的結構、年代、質量、類型千差萬別，同時受地質條件、巖層厚度、煤層厚度等因素影響，因此在開采前需要針對性地設計開采施工方案，按照一定的流程組織開采作業，以保證開采后地表建筑物安全可靠，不會引起變形破壞發生。

3.3.1 在開采前需要對開采區上方的所有建筑物進行調查研究，對開采區內的建筑物類型、建筑年代、結構特點、建筑質量等進行統計，采集礦區內地質鉆孔土壤樣本，實驗分析巖層的厚度、受力狀況以及分布情況，詳細掌握開采區地質條件，同時，需要分析礦區地下水的走向、分布深度等信息，為條帶軸向和開采深度提供技術支持。

3.3.2 分析調查采集的建筑物分布、地質條件和地下水等資料，采用相關理論對煤柱的穩定性以及地表建筑的位移和變形進行預測，確定合理的力學參數針對不同留寬和采寬度對地表變形進行數值模擬計算，確定具體可行的開采方案。

3.3.3 采用相似性模擬實驗的方法分析煤柱的穩定性，模擬覆巖變形、地表移動變形對礦區上方建筑物的影響，優化論證設計方案可行性。

3.3.4 通過影響函數方法計算分析，論證設計方案的安全、合理、可靠性，確保地表移動變形對地表建筑物的影響在可控制范圍內。

4 結語

我國是世界上的產煤大國，年產煤量十幾億噸。煤炭資源的開采導致環境污染和地質環境災害問題日益突出，影響煤炭資源開采效率和開采量的同時，嚴重危及村莊、河流、城市、道路的安全和穩定性。因此，煤礦資源的開采安全性關系到人民群眾的生命和財產安全，需要在保證開采區上方建筑物安全前提下開展煤礦開采作業。本文在分析條帶式煤礦開采的基本概念、使用條件和主要類型等基本理論的情況下，對煤礦上方分布建筑物的礦區開采，針對性地研究采用條帶式開采的方法的可行性，分析條帶式開采需遵循的基本原則、地表移動和變形預計方法以及建筑物下方煤礦條帶式開采設計開采一般流程，其結果對指導建筑物下方煤礦條帶式開采作業具有重要的理論和現實意義。

參考文獻

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作者簡介： 孫文生（1970-），男，山西臨猗人，山西晉煤集團澤州天安高都煤業有限公司總工程師，采煤工程師，研究方向：采煤技術。

（責任編輯：秦遜玉）