大型建筑下厚煤層頂煤放頂開采技術

趙保江

摘 要：研究開采技術對提高煤炭資源回收率具有重要意義。根據地質和開采條件，提出并研究了大型建筑下厚煤層頂煤放頂開采技術。對厚煤層開采后大型建筑的運動和變形進行了預測，研究了開采對大型建筑的影響。通過在大型建筑上設置測量站，觀測了建筑在采礦過程中的運動和變形情況。通過對大型建筑采取一定的防護措施，成功地開展了建筑下厚煤層頂煤放頂采技術。研究表明，大型建筑下厚煤層的諧波開采是可行的。確保了大型建筑開挖后的安全，提高了煤炭資源回收率。

關鍵詞：煤礦;諧波開采技術

1 背景

煤礦開采引起的地表移動和變形不僅影響礦區的生態環境，而且破壞建筑物、鐵路、公路、水體、大壩等地表結構[1]。由于采礦引起的地層和地表的移動，已經干擾了礦區工農業生產的各個方面。因此，研究采礦對大型建筑的影響以及確保大型建筑下采礦安全的控制措施，是提高采礦回收率、恢復采礦連續性、預防或減少大型建筑破壞的重要因素[2]。本文采用諧波開采技術、理論分析和現場觀測相結合的方法，對大型建筑下的開采方法及開采影響進行了研究和分析。大型建筑下厚煤層開采安全、成功。

2 大型建筑下諧波采礦技術

為了減少因采礦對大型建筑造成的破壞，根據大型建筑材料的物理力學性能，確定了諧波開采原則如下：

①正確確定面板方向，避免或減少大型建筑上的拉裂縫，大型建筑不應拉過面板。因此，大型建筑長軸應平行于面板推進方向（圖1），此時大型建筑僅受動態變形影響，采礦對大型建筑的影響很小;②面板尺寸的正確確定根據亞臨界或超亞臨界開采條件下的地表移動變形特征，調整面板寬度，以減少大型建筑破壞的影響。根據條狀礦柱開采的設計要求，當面板寬度為開采深度的1/4-1/10時，地表變形平穩均勻。根據采礦地質條件和采礦效率，大型建筑下面板寬度小于采礦深度的1/5;③面板相對位置的正確確定在前人研究的基礎上，由混泥土組成的大型建筑在壓縮[3]作用下不會發生拉伸變形和裂縫。不會增加大型建筑的滲透性，從而保證大型建筑的穩定性。基于大型建筑在表面上的位置，面板的中心位置是由最大沉降的角度（圖2）。在這種情況下，大型建筑的沉降較大，在大型建筑水平受壓區，為大型建筑的穩定性很好;④通過調整面板開采順序，正確確定面板開采順序，可在一定程度上抵消相鄰面板開采引起的拉壓變形，使大型建筑變形減到最小。同時，由于每個小面板的亞臨界開采，“跳采”可以降低大型建筑的開采效果;⑤正確確定開采速度。合理的采礦速度可使大型建筑動態變形最小。避免臉部前進太慢或太快;速度過慢會導致面前邊界效應，速度過快會導致大型建筑變形速率加快。前人研究表明，最大沉降速度與采礦推進速度有關。因此，根據地質和采礦條件，確定合理的工作面推進速度，保持工作面推進速度均勻是十分必要的。

3 預測采礦對大型建筑的影響

3.1 大型建筑表面的運動和變形

為確定各采空區的地表移動變形，分析厚頂板崩落采礦對大型建筑的影響，采用概率積分法確定大型建筑的移動變形。預測參數由礦山地質條件和經驗法確定。沉降系數q為0.80;水平運動系數b為0.24;拐點s的偏移量為0.01H （H為開采深度）;主要影響角b的正切為2.16;萃取h的傳播角為84度。

3.2 淺析地表移動和變形對大型建筑的影響

大型建筑開采后的沉降、邊坡和水平應變對大型建筑有一定的影響。大型建筑的下沉會降低蓄水層。水平應變，尤其是拉應變，會使大型建筑產生裂縫，引起大型建筑滑移。

3.3 大型建筑防護措施

為消除采礦對大型建筑的影響，在采礦過程中及開采后采取了措施，根據大型建筑沉降情況，采取加固措施。同時，對出現裂縫的拉應變區進行注漿，以提高強度。

綜上所述，①根據大型建筑的特點和地表移動變形預測，提出了壩下“五因素”諧波開采方法。五要素是：正確確定面板開采方向、面板尺寸、面板位置、面板開采順序、面板推進速度。對大型建筑下厚煤層頂煤進行了放頂開采成功;②通過現場觀測、地表移動變形預測和理論分析，研究了開采過程中及開采后對大型建筑的影響。針對礦山開采對大型建筑的不利影響，提出并實施了壩體破壞后的防護措施;③厚煤層“五因素”綜放放頂煤開采技術已成功應用于部分煤礦。保證了煤礦開采后的安全穩定。最大限度地提高了采收率，延長了煤礦的使用壽命。取得了較好的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1]張宏.基于PFC模擬急傾斜特厚煤層水平分層綜采放頂煤開采[J].礦業裝備，2018（1）.

[2]左秋玲，李景山.放頂煤開采特厚煤層兩帶活動監測技術應用研究[J].煤炭科技，2018（2）.

[3]翟新獻，盧德芳，朱祥意，et al.耿村煤礦特厚煤層綜放開采頂煤放出率研究[J].煤炭技術，2018，37（6）.