紅土溝煤礦高壓線塔下壓煤開采技術研究

摘 要：為最大限度地解放高壓線塔下壓煤，文章結合紅土溝煤礦的實際情況，確定采用條帶開采方案，通過采用不同的經驗公式進行比較，確定了條帶開采的采留寬度，采用概率積分法對開采引起的地表變形和移動進行預計，預計結果表明：在紅土溝煤礦高壓線塔下使用條帶開采滿足保護地表高壓線塔的要求。

關鍵詞：高壓線塔下壓煤；條帶開采；采留寬度；移動變形預計

中圖分類號：TD823 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）11-0029-01

紅土溝煤礦1501采區設計布置3個采煤工作面，其中150101工作面為首采工作面，工作面長度86 m，推進長度412 m。該面地面標高+870 m左右，井下標高+685～+709 m，煤層埋深161～185 m。工作面開采15#煤層，平均傾角7°，煤層平均厚度6.0 m，設計基礎儲量29.975萬t。由于150101工作面毗鄰坪上變電站，所以150101工作面開采影響范圍內地表分布有大量的高低壓線路及部分通訊線路，其儲量全部為構筑物下壓煤。嚴重影響紅土溝煤礦的井下開拓開采布局和正常生產，為最大限度地解放地面建（構）筑物下壓煤，提高煤炭資源回收率及保護地表構筑物，保證礦井經濟效益和可持續發展，開采150101工作面輸電線路下壓煤非常必要。

1 工作面開采方案設計分析

目前，國內外保護地面構筑物的開采方法主要有：部分開采法（條帶開采、房柱式開采、限厚開采等）、全柱式開采法、采空區充填法、覆巖離層注漿減沉等。結合紅土溝煤礦150101工作具體條件和實際情況，確定條帶開采是目前解決150101工作面高壓線塔下壓煤問題比較符合實際的開采方案。

1.1 工作面條帶開采方案采留寬度的確定

在條帶開采設計中，地表移動和變形值的大小及煤炭回收率，直接取決于條帶的采留寬度。由于150101工作面煤層埋藏不深（161～185 m）且煤層厚度大（6.0 m），所以方案中采出條帶寬度應較小，并須保證保留煤柱的穩定性，以確保理想的減沉效果。且區域煤層傾角較小，且采煤工作面條帶開采區采用π型鋼放頂煤開采工藝，工作面搬家比較靈活，條帶開采區采用走向長壁布置，傾斜條帶開采，全部垮落法管理頂板。條帶工作面推進方向與兩順槽垂直。

根據研究及現場實際檢驗得出，工作面條帶開采采寬b的選擇要符合下式要求：

b<

式中：H為采深，m。

根據條帶開采經驗，一般采寬b=（0.10～0.25）H時，b可滿足地表出現平緩下沉盆地的要求。同時，確定采寬、留寬尺寸時，有時還要考慮頂板來壓情況，即：

b=（0.10～0.25）H=（0.10～0.25）×140=14～35 m

1.2 條帶開采留寬的確定

150101條帶開采區采用π型鋼放頂煤開采工藝，其設計采厚4.2 m，為了保證煤柱的強度、穩定性足以滿足保護地表建筑物的要求，保留煤柱的寬高比應大于5，故留設的條帶煤柱不小于21 m。

由于15煤層頂板為泥巖類巖層，容易垮落充填采空區，其按三向受力狀態計算保留煤柱。即：

a=5.56mH×10-3+-

式中：H為采深，m；m為煤厚，m；b為采寬，m。

應保證選取的a值有一定的安全系數K：

K===

根據150101工作面的實際情況，由于區域采深小且煤厚大，所以過大的采出率（超過55%）和過小的留設煤柱尺寸（小于20 m），其保留煤柱的安全系數均小于1.5。為此，為保證煤柱安全，符合要求的采出率為55%及以下。綜合上述計算分析得出，工作面采留寬度均為22 m，采出率為50%。

2 條帶開采地表變形預計分析

2.1 預計參數的選取

上述分析計算得出的條帶開采的采留寬度能否滿足保護地表建筑物的要求，須進行地表移動和變形計算，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。該處采用概率積分法對條帶開采區域進行地表移動和變形預計。

①下沉系數η條：

η條=×η全

式中：η條、η全分別代表條帶開采時的地表下沉系數。

②主要影響角正切tanβ條：

tgβ條=（1.076-0.0014H）tgβ條

③水平移動系數b條：

b條=10000b全/（10750+7.6H）

結合高壓線塔下條帶開采經驗及150101工作面具體的地質采礦條件，按照采留寬均為22 m時計算預計參數，冒落條帶開采時，采深平均取170 m，并，按照上述公式，確定出本次設計條帶開采預計參數如表1所示。

2.2 預計結果分析

為了準確掌握條帶開采結束后，地表移動變形范圍內高壓線塔的影響程度，根據上述分析所得條帶開采預計參數通過概率積分法進行預計，條帶開采后高壓線塔基礎變形移動最大值如表2所示。

從表2可以看出，紅土溝煤礦高壓線塔下采用條帶開采時，高壓線塔最大下沉值為1 150 mm，最大傾斜值為-20 mm/m，地表最大水平移動值為-450 mm，最大拉伸變形值為+6.5 mm/m，最大壓縮變形值為-5.2 mm/m，僅1#鐵塔傾斜值超過10‰，高壓線塔可以正常使用。

3 結 論

紅土溝煤礦150101工作面高低壓線下采用全部垮落法開采，π型鋼放頂煤工藝開采后，可采出煤炭17.265萬t。除1號鐵塔外（最大傾斜值20 mm/m），其它高壓鐵塔的變形值均較小。保證了礦井正常生產接續，有利于促進礦井合理有序生產，經濟效益顯著。該工作面的開采，將極大地緩解生產接續緊張的壓力，為推進1501采區其它工作面高低壓線路下采煤取得基礎數據和開采經驗。

參考文獻：

[1] 郭文兵，鄭彬.高壓線鐵塔下放頂煤開采及其安全性研究[J].采礦與安全工程學報，2011，（2）.