【正文】 確定有代表性的某礦業(yè)有限責(zé)任公司地表巖移參數(shù)。某礦業(yè)有限責(zé)任公司在二迭系內(nèi)有多層硬度較大的中、細(xì)砂巖與硬度較軟的粘土巖互層，根據(jù)離層發(fā)育實驗，煤2開采在其上方巖層存在多個離層層位，具備實施覆巖離層注漿的地質(zhì)條件。但是，研究成果表明，如若能及時將地下煤層開采所產(chǎn)生離層空間充填滿，且其充填鉆孔與裂隙帶不連通，就能很好的控制地表的沉降，降低地表移動和變形。這兩項技術(shù)的工業(yè)實驗分別于安徽省淮北礦務(wù)局和河南省鶴壁礦務(wù)局完成并取得良好的效果。但是，從建（構(gòu)）筑物結(jié)構(gòu)本身尚未找到抵抗傾斜變形的良策。此方法只是在地面采取措施而對井下采煤工藝沒有特殊要求。對于面積較小且不受地表水影響的建（構(gòu)）筑群而言，在充分計算的基礎(chǔ)上，也可以采用對工作面的背向開采，使建（構(gòu)）筑群只受開采引起的下沉影響而不受開采引起的其它變形的影響。 長壁大面積協(xié)調(diào)開采這種方法的實質(zhì)是將一個采區(qū)或是被保護(hù)的大型建筑群所壓煤柱劃分成幾個工作面，工作面之間按要求錯開一定的距離同時開采，以使每個工作面開采所產(chǎn)生的地面變形產(chǎn)生正負(fù)疊加，從而減少了地表變形。該方法實質(zhì)是將開采煤層按一定的尺寸劃分留設(shè)煤柱和開采空間，用留設(shè)的煤柱來支撐煤層的上覆巖層，控制地表的移動和變形。90年代，我國撫順礦務(wù)局老虎臺煤礦、新汶礦務(wù)局華豐煤礦、兗州礦務(wù)局東灘煤礦、某礦務(wù)局田陳煤礦、及開灤、大屯煤電公司等礦山先后采用覆巖離層注漿減沉的采煤方法，通過向采空區(qū)上覆巖體離層帶注高水材料，達(dá)到控制地表下沉的目的，并取得了明顯的減沉及控制地表斑裂的效果。1983年陽泉礦務(wù)局開展了新建抗變形農(nóng)村住宅的采煤實驗工作。60年代以后，峰峰礦務(wù)局五礦和鶴壁礦務(wù)局六礦對建筑物采取加固措施后進(jìn)行開采，以及某礦務(wù)局對建筑物采用重點加固與一般維修方法開采市鎮(zhèn)建筑物群下壓煤，均取的了較好的成果。面對嚴(yán)重的建下壓煤問題，我國煤炭科技人員進(jìn)行了大量的觀測研究工作，并且總結(jié)出我國開采村莊下壓煤的技術(shù)途徑。由于開采緩傾斜煤層的風(fēng)力填充效果不理想，地表下沉量達(dá)到50%左右，每噸煤成本還增加15%，故未能推廣。在一般建筑物下采用人工填充采煤法，在重要建筑物下采用水力填充，填充材料為爐渣或經(jīng)破壞的矸石，從而大大減少了地表的移動變形值。由于每個建筑物煤柱的特殊性，一般在正式開采之前先進(jìn)行試采，待取得經(jīng)驗數(shù)據(jù)后再正式回采。第五節(jié) 國內(nèi)外采煤現(xiàn)狀與某礦建下采煤方法選擇一、國內(nèi)外建下采煤研究現(xiàn)狀國內(nèi)外進(jìn)行建成下采煤的很多，其中波蘭的建下采煤技術(shù)在世界上處于領(lǐng)先地位。我國部分礦區(qū)村莊下采煤的實踐得出，土筑平房地表臨界拉伸水平變形為從抵抗地表變形角度分析，房屋建造結(jié)構(gòu)的不利因素有：（1） 無基礎(chǔ)圈梁，地表的移動與變形很容易傳到房屋的上部。按照上述前提，編制了壓煤村莊村下煤柱開采可行性論證報告。壓煤村莊村下煤柱開采井上下對照如圖（2）所示。經(jīng)2202203等工作面開采表明，該塊段煤柱地質(zhì)構(gòu)造簡單。煤3：頂板為煤2底板，底板為黑褐色泥巖或砂巖，厚10m左右。 五、水文地質(zhì)根據(jù)精查地質(zhì)報告、井筒檢查孔資料和毗鄰礦井生產(chǎn)的實際情況，對礦井正常涌水量和最大涌水量重新進(jìn)行了計算。其中井田西南侵入?yún)^(qū)控制程度較為嚴(yán)密，北部煤2兩個區(qū)段相對較差。褶曲：區(qū)內(nèi)褶曲較為平緩，僅主采區(qū)中部的煤層底板略有起伏，次級褶區(qū)只在淺部有所展布。二、煤層， km2。石炭系：分上石炭太原組和中石炭本溪組。第三系：有鐵銹紅色厚土礫巖、砂泥巖和砂巖組成，呈角度不整合覆蓋于二迭系地層之上。第二節(jié) 壓煤村莊煤柱地質(zhì)采礦條件一、地層本井田為隱蔽式煤田，含煤地層為石炭、二迭系，煤系地層總體傾向北西，傾角11 ~38，平均傾角25左右，為一南緩北陡、西緩東陡的緩傾斜~傾斜煤系地層。韓莊運河經(jīng)改造后河寬200m，勝利渠為人工挖掘，寬60m；東部有周營大沙河，西部有一支溝。10206國道及京福高速公路和京滬高速鐵路從井田內(nèi)穿境而過，形成了鐵路、公路和水運四通八達(dá)的交通運輸網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)某礦業(yè)有限責(zé)任公司和山東科技大學(xué)地科學(xué)院的共同工作，依據(jù)原煤炭工業(yè)部頒布的《建筑物、鐵路、水體及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》，完成了壓煤村莊村下壓煤開采煤可行性研究工作。設(shè)計目標(biāo)為：在優(yōu)先考慮節(jié)省煤炭資源，提高礦井資源回收率的前提下，并綜合技術(shù)和經(jīng)濟效益等因素，進(jìn)行多種可行的開采設(shè)計方案計算分析，最終提出一種效益明顯、技術(shù)上可行、企業(yè)可操作、安全可靠的壓煤村莊村下開采方案。在某礦業(yè)有限責(zé)任公司中部有一福興村莊，村下壓煤2與煤3兩層煤，平均埋深580m，壓煤儲量為182萬噸。考慮到礦井開拓部署和接續(xù)安排，研究確定某礦業(yè)有限責(zé)任公司福興村下壓煤合理開采技術(shù)方法，是某礦業(yè)有限責(zé)任公司近期經(jīng)營決策的重大問題，也是不容回避的重大技術(shù)問題。，故單純條帶開采煤2（回收率50％）是可行的。在項目進(jìn)行過程中，泉興礦業(yè)集團(tuán)公司與某礦業(yè)有限責(zé)任公司各級領(lǐng)導(dǎo)給予了大力的支持與幫助，并多次與研究單位商討開采方案，提供了各種研究資料，山東科技大學(xué)科研處及地科學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)提供了很多的方便，在此表示感謝。優(yōu)越的地理位置和交通運輸網(wǎng)的廣布，為礦井基本建設(shè)和原煤外運提供了得天獨厚的便利條件。除韓莊運河常年有水外，勝利渠、周營大沙河及一支溝均為季節(jié)性河流。自上而下地層特征如下：第四系：由黃色耕植土，棕黃色砂質(zhì)粘土、姜結(jié)石及底部砂礫或灰色粘土組成。隨煤層深部加厚，由井田中部尖滅，預(yù)計在井田以北大面積存在，最大厚度達(dá)300m以上。太原組有灰色泥質(zhì)巖、細(xì)砂巖、中砂巖和石灰?guī)r組成，含薄煤8層，局部可采有1117三煤層；該組厚度為170m。在主采區(qū)內(nèi)煤煤3開采深度350～800m，平均采深600m，東南部淺處煤層傾角較緩，在19～230；北部深處煤層傾角變陡，為27～380，井底車場所在處煤層傾角200左右。斷層：本井田大小斷層共有12條，物探資料解釋斷點27個。本井田構(gòu)造復(fù)雜程度為二類二型。開采煤煤3有直接影響的主要含水為上覆二迭系三個主要砂巖含水層段；間接影響的主要含水層為下距3煤約40m左右的第五石灰?guī)r含水層和井田東邊界與煤系含水地層對口接觸的巨厚奧陶系石灰?guī)r含水層。局部有火成巖侵入現(xiàn)象。礦井由于壓煤村莊煤柱的影響，井下開采布局比較緊張，解放村下壓煤已迫在眉捷。二、村莊下采煤論證與方案設(shè)計編制的依據(jù)和基礎(chǔ)資料1. 《建筑物、鐵路、水體及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》(2000年版)2. 《煤礦安全規(guī)程》及《煤礦安全規(guī)程》1992年版執(zhí)行說明3. 山東省人民政府文件，魯政發(fā)(1989)135號,《山東省搬遷壓煤建筑物暫行規(guī)定》4. 山東省人民政府文件，魯政發(fā)(1999)24號,關(guān)于調(diào)整《山東省搬遷壓煤建筑物暫行規(guī)定》中補償標(biāo)準(zhǔn)通知5. 某礦業(yè)有限責(zé)任公司地質(zhì)報告6. 某礦業(yè)有限責(zé)任公司采掘工程平面圖及井上下對照圖7. 部分相關(guān)的地質(zhì)剖面圖三、方案設(shè)計的指導(dǎo)思想方案設(shè)計中，本著少投入多產(chǎn)出的原則，充分考慮到市場經(jīng)濟條件下煤炭企業(yè)的經(jīng)營特點，依靠科技進(jìn)步,提高礦井經(jīng)濟效益，并在確保礦井安全生產(chǎn)的前提下，充分估計到礦井近期和長遠(yuǎn)發(fā)展的需要，優(yōu)化采礦方法，合理、經(jīng)濟、安全、高效地開采村莊壓煤,充分保護(hù)礦井資源，保持礦井生產(chǎn)的長期穩(wěn)定，最大限度地提高礦井的綜合經(jīng)濟效益。第四節(jié) 壓煤村莊村房屋概況壓煤村莊村內(nèi)的房屋建造年代各異，房屋結(jié)構(gòu)差異較大，有近幾年新建的新房，也有是十幾年前建的舊房，更有幾十年前建成至今仍在使用的破舊房屋。（2） 以沙為主的灰沙漿膠結(jié)片石基礎(chǔ)拉伸能力極弱；（3） 房屋的局部（或在中間或在一端）為兩層，荷重不均，在高低交界處產(chǎn)生破壞；（4） 有的房屋前探檐用木柱或磚柱支撐，受地表水平變形作用易發(fā)生損壞；（5） 房屋為鋼筋混凝土預(yù)制板，當(dāng)?shù)乇碜冃屋^大時，搭放部位可能出現(xiàn)縫隙，嚴(yán)重時會下落，造成事故；（6） 有的北房山墻之間無空隙，相當(dāng)于排房，一棟房屋的變形會影響相鄰的房屋。=（房屋前墻為磚墻，山墻為碗籠卵石墻，片石基礎(chǔ)，灰渣屋頂），臨界壓縮水平變形為幾十年來，波蘭成功地開采了許多不同類型的建筑物和結(jié)構(gòu)物保護(hù)煤柱，采取的主要措施是地面建筑物進(jìn)行加固，井下采用條帶開采和水砂填充全部回采的方法。同時，還組織專門的加固維修隊伍，并重視地表和建筑物的變形觀測工作。前蘇聯(lián)的建下采煤問題也很嚴(yán)重，開展了大量的研究開采工作。以后，英國較多地采用條帶采煤法開采城市、工廠和密集建筑物下煤柱，取得了較好效果，大大減輕了建筑物受采動的損害程度。我國建下采煤情況：我國采煤實驗研究工作始于1954年，開灤唐家礦在勞動工人村下采煤。1973年—1977年，蛟河煤礦應(yīng)用條帶開采奶子山鎮(zhèn)建筑物下壓煤，也取得了成功。共建了七棟實驗房，其中有六棟房的地表變形雖已達(dá)到了可使一般建筑物遭受Ⅳ級破壞的數(shù)值，但因進(jìn)行了加固，這六棟房屋均能安全使用。2000年蔣莊煤礦在村莊下進(jìn)行條帶開采，取得了成功的經(jīng)驗。開采空間的尺寸以地表不出現(xiàn)波浪下沉盆地、采出率一般不大于60%、留設(shè)煤柱以足夠的穩(wěn)定性為準(zhǔn)。此方法曾在峰峰礦物局二礦辛寺莊村下同時七個工作面協(xié)調(diào)開采實驗成功，同時用條帶法開采了下一煤層。 建（構(gòu)）筑物加固技術(shù) 對于大多數(shù)礦區(qū)而言，在地下煤層尚未開采以前就存在著大量的建（構(gòu)）筑物，這些建（構(gòu)）筑物在煤層開采以后勢必會受到地表移動和變形的影響其正常使用，對這類可能產(chǎn)生破壞的建（構(gòu)）筑物所采取的措施可以是在開采前預(yù)加固，如增加頂（底）圈梁、構(gòu)造柱，鋪設(shè)鋼（鐵）絲網(wǎng)噴射混凝土等。對于高潛水位礦區(qū)，又開發(fā)研制成功了抗變形、可遷移、可重組的盒子房技術(shù)，滿足了采動區(qū)工、農(nóng)雙方要求。而一些建（構(gòu)）筑物在地下煤層開采結(jié)束，地表穩(wěn)定以后，傾斜變形較嚴(yán)重，有些甚至不能正常使用。 離層帶注漿技術(shù)的應(yīng)用此項技術(shù)是近幾年才開發(fā)研究的。幾個事例表明，其減沉效果隨各方面條件的不同而有所差異，一般能沉降50%70%左右。由以上提出的各種建下開采措施，結(jié)合壓煤村莊村下煤柱地質(zhì)采礦條件，因為煤2與煤3上覆巖體有多層厚砂巖、細(xì)砂巖等堅硬巖體，具有托板功能。由于2201工作面開采的兩個塊段形成條帶面，該面地表監(jiān)測數(shù)據(jù)為本次條帶寬度設(shè)計提供了寶貴數(shù)據(jù)。條帶開采地表移動計算參數(shù)取值表(1)采煤方法參 數(shù)下沉系數(shù)()主要影響角正切tan影響傳播角水平移動系數(shù)b拐點移動S全采75條帶法采出率30%75采出率40%75采出率50%75采出率55%75采出率58%75本次設(shè)計的條帶開采方案煤2采出率為50%，為了確保開采方案的安全性，下沉系數(shù)取：，其它參數(shù)不變。其次要保證地表不出現(xiàn)波浪下沉盆地，也即采出寬度不易過大。原始狀態(tài)下的巖層內(nèi)有節(jié)理、裂隙、離層等空隙和弱面，當(dāng)巖體受到附加的應(yīng)力作用后可使裂隙減小或閉和。顯然，條帶開采使覆巖沉降機理截然不同于長壁式全陷法覆巖沉陷機理。研究表明，條帶開采時覆巖最大下沉量W由以下五部分組成：自下而上依次為煤柱壓入底板量W，煤柱壓縮量W，巖柱壓縮量W，承重巖層壓縮量W和托板撓度W。因此，條帶開采時托板上方巖土層的運動形式可以用顆粒體隨機介質(zhì)運動方式來描述，既托板上方的巖體可看成重力型顆粒隨機游動介質(zhì)，顆粒體在重力作用下，有采前平衡位置向采后的托板與原托板之間形成的“托板采空區(qū)”做自序運動，最后達(dá)到新的平衡狀態(tài)，移動的結(jié)果在地表形成如概率積分曲面的下沉盆地。采出率大，下沉率也大。條帶開采圍巖與地表移動受以煤柱為支撐點拱形巖橋控制，下沉量小，故造成條帶開采地表移動活躍期短，穩(wěn)定快。如果設(shè)計合理，進(jìn)行條帶開采時引起的地表移動變形一般不超過建筑物的臨界變形值，但需注意以下情況：（1）、在延伸型建（構(gòu)）筑物（如水、汽管線及長形建筑物）上