【正文】 本次壓煤村莊村下壓煤開采可行性研究思路是：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(jì)效益等因素，進(jìn)行多種可行的開采方案計(jì)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。因此，盡可能多回收煤量是本次設(shè)計(jì)的努力方向。根據(jù)集團(tuán)所屬煤礦當(dāng)?shù)卮迩f的實(shí)際搬遷情況，由集團(tuán)財(cái)務(wù)處按照搬遷補(bǔ)償協(xié)議撥付相應(yīng)資金。第十四節(jié) 村莊搬遷方案合理性分析一、搬遷村莊綜合費(fèi)用估算根據(jù)調(diào)研的情況，村莊壓煤搬遷每戶的補(bǔ)償項(xiàng)目有以下幾個(gè)方面：根據(jù)魯政[1999]24號文核定的房屋造價(jià)，房屋造價(jià)15％的附著物補(bǔ)償；房屋造價(jià)20％的公益設(shè)施補(bǔ)償；公用交通費(fèi)用，目前物價(jià)指數(shù)；學(xué)校及村委會的集體房產(chǎn)按民房補(bǔ)償；征地費(fèi)用。大修：房屋上出現(xiàn)3135mm的裂縫，墻身錯(cuò)動、傾斜、梁頭抽動和房頂變形的，按斑裂發(fā)生相連房間在內(nèi)的建筑面積給予補(bǔ)償。四、村莊下采煤的房屋補(bǔ)償費(fèi)用按山東省人民政府魯政發(fā)（1999）24號文件精神，第一條和第五條的主要內(nèi)容如下：第一條：搬遷壓煤村莊，依據(jù)登記造冊的房屋建筑面積，由煤礦按下列標(biāo)準(zhǔn)支付補(bǔ)償費(fèi)：樓房：每m2補(bǔ)償300元。二、單獨(dú)條帶開采煤2經(jīng)濟(jì)效益分析單獨(dú)條帶開采煤2，按50%回收率，可采出煤量29 萬t，企業(yè)利潤按每噸400元計(jì)算。①房屋造價(jià)：536戶，每戶6萬元，共計(jì)3216萬元。五、相鄰的老采區(qū)影響分析如條帶煤柱沒有避開相鄰的老采區(qū)，新老采區(qū)之間沒留隔離煤柱，開采后易引起活化。由此而說明，在條帶開采情況下，由于斷層的存在也將使地地表變形值數(shù)倍地增加，變形集中出現(xiàn)在斷層露頭處，使記建筑物遭到較嚴(yán)重破壞。因而，在重復(fù)條帶開采時(shí)，尤其是近距離煤層群（一般為H/T15，H為層間距，T為下層煤采高）條帶開采時(shí)，為有效地控制地表沉陷，減少地表下沉，必須限制下層條帶采寬，避免兩層煤層采空連通而產(chǎn)生活化；必須確保上層條帶煤柱有足夠的穩(wěn)定性。現(xiàn)說明重復(fù)條帶開采的技術(shù)關(guān)鍵：由于條帶開采是以留設(shè)條帶煤柱的方式來支承采空上覆巖層，因此條帶支承煤柱的穩(wěn)定性直接影響到地表沉陷的控制效果。顯然，要從數(shù)值上確定這種危險(xiǎn)變形是非常困難的，由于各地區(qū)的建筑物結(jié)構(gòu)和所使用的材料多種多樣，施工工藝和房屋用途也不相同，故目前解決這個(gè)問題也只能是近似的。建筑物的變形與地表變形的關(guān)系，是與建筑物基礎(chǔ)的材料、長度、寬度、深度荷載以及地基性質(zhì)、建筑物平面形狀、上部結(jié)構(gòu)的剛度等有關(guān)，根據(jù)建筑物下采煤經(jīng)驗(yàn)的實(shí)測資料，磚墻與承重建筑物的變形與地表變形關(guān)系如下：下沉關(guān)系建筑物的基礎(chǔ)下沉W與地表下沉W基本一致，可用下式表示：W=傾斜關(guān)系建筑物基礎(chǔ)I與地表基本I一致，即 I=變形關(guān)系地表水平變形的變化是零最大拉伸零最大壓縮零的過程，地表水平變形對房屋基礎(chǔ)產(chǎn)生摩擦力和側(cè)壓力，從而使基礎(chǔ)產(chǎn)生拉伸或壓縮，由采動后基礎(chǔ)和地基觀測的水平變形值知：對于無加固防護(hù)措施、具有毛石條形基礎(chǔ)的建筑物而言，其基礎(chǔ)和地基間拉伸水平變形的差異不大；但是，壓縮水平變形值的差異卻很大。故本設(shè)計(jì)提出壓煤村莊村下壓煤采用搬遷后全采的技術(shù)方案。二、地表移動的GIS預(yù)計(jì)軟件的說明采用上述概述積分法理論，運(yùn)用GIS軟件mapinfo與vb語言混合編寫了“地表移動概率積分法預(yù)測”軟件，軟件的主要操作步驟如下： 新建工作面：打開菜單項(xiàng)“工作面管理”，輸入工作面信息項(xiàng)目，以及工作面角點(diǎn)信息。在煤2（、采出率為50%）與煤3（、采出率為50%）聯(lián)合條帶開采方案中，進(jìn)行22種條帶開采方案煤柱強(qiáng)度和采出寬度的優(yōu)化計(jì)算，條帶煤柱的強(qiáng)度安全系數(shù)如表（4）所示。壓煤村莊村下煤柱平均采深574m，則采寬的取值范圍為：57b143 留寬的確定煤柱易處于比較理想的三向受力狀態(tài)時(shí)，為了保持煤柱的穩(wěn)定性，不應(yīng)在煤柱中開切割眼，故可按長煤柱計(jì)算：a=*10+b/3b/()式中：a──留寬 一般開采工作面結(jié)束23個(gè)月，地表下沉值已達(dá)到地表穩(wěn)定后最大下沉值的95%，此時(shí)可以認(rèn)為地表已基本穩(wěn)定。因此，條帶開采地表移動模式由兩部分組成，即托板及其覆巖的豎向壓縮機(jī)制和托板上方巖土層的重力型顆粒體隨機(jī)介質(zhì)自序運(yùn)動機(jī)制。模型實(shí)驗(yàn)和實(shí)地觀測說明，條帶開采式覆巖沉陷主要發(fā)生在從煤層底板到煤層頂板上方30m左右的范圍內(nèi)，在這一范圍內(nèi)的沉陷值約占地表下沉值的80%，特別是在煤層頂板上方10─20m的巖層沉降值最大。一、 條帶開采類型條帶開采分為走向冒落條帶采煤法和傾向冒落條帶采煤法，走向冒落條帶采煤法，條帶煤柱基本上沿煤層走向留設(shè)，工作面沿煤層偽傾向布置，大致沿煤層層推進(jìn)，可采用后退式采煤法或前進(jìn)式煤（混合式）采煤法；傾向條帶冒落采煤法，條帶煤柱沿傾向方向留設(shè)，工作面沿走向布置，沿傾斜推進(jìn)。國家煤炭工業(yè)局2000年制定的《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》中規(guī)定的某地區(qū)地表巖移參數(shù)，并結(jié)合巖性分析法確定壓煤村莊村下煤柱全部開采的地表巖移參數(shù)取為：下沉系數(shù)： 水平移動系數(shù)： 主要影響角正切： 影響傳播角： （為傾角）拐點(diǎn)偏移距： 當(dāng)采用條帶法開采時(shí)，其各項(xiàng)參數(shù)與全采時(shí)不同，根據(jù)國內(nèi)外條帶法開采實(shí)例、數(shù)植計(jì)算的結(jié)果相似模型實(shí)驗(yàn)得出條帶法開采下沉系數(shù)與全采下沉系數(shù)比值與采出率有關(guān)，下面為五個(gè)采出率的下沉系數(shù) 采出率30% = * 采出率40% = * 采出率50% = * 采出率55% = * 采出率58% = *當(dāng)采深H075m時(shí)，拐點(diǎn)移動按下式計(jì)算 S=*bH/a*（+30）式中：a—條帶煤柱寬帶，m。但是，離層帶注漿技術(shù)并不適用于所有礦區(qū)。針對這種情況，又研究了建（構(gòu)）筑物的傾斜調(diào)整技術(shù)，具體的技術(shù)成果分別為“大傾斜液壓調(diào)斜系統(tǒng)”和“置換地基“技術(shù)。 抗采動變形建（構(gòu)）筑物設(shè)計(jì)為了克服條帶法開采和協(xié)調(diào)法開采的缺點(diǎn)，適應(yīng)煤炭工業(yè)的發(fā)展趨勢，80年代初煤炭科研單位開發(fā)并實(shí)驗(yàn)成功了建（構(gòu)）筑物的抗采動變形技術(shù)，并在山西省的陽泉礦務(wù)局、河南省的平頂山礦務(wù)局、鶴壁礦務(wù)局、河北省的峰峰礦務(wù)局、邢臺礦務(wù)局、開灤礦務(wù)局、河南省的資江煤礦、江蘇省的大屯煤電公司、徐州礦務(wù)局等使用。這種開采方法首先在蛟河奶子山鎮(zhèn)下壓煤開采實(shí)驗(yàn)成功，之后在全國范圍內(nèi)廣泛推廣，先后有峰峰、鶴壁、鶴崗、平頂山、某、開灤等幾十個(gè)礦務(wù)局（礦）采用，取得了很好的效果，推動了村莊下采煤工作的開展。1984年—1985年，龍口礦務(wù)局洼里礦在22萬伏高壓輸電線路第21號鐵塔下采取了多循環(huán)作業(yè)，加快工作面推進(jìn)速度，工作面范圍內(nèi)采凈不允許留設(shè)煤柱等措施進(jìn)行回采，達(dá)到了確保輸電線路安全運(yùn)行，減少了煤炭資源的丟失的目的。1962年，本溪礦務(wù)局彩屯礦開始在礦區(qū)醫(yī)院住院部樓下采煤，這座三層的樓房在重復(fù)采動影響下遭到嚴(yán)重破壞，但經(jīng)維修和加固后至今仍在使用。采取的措施有：合理布置工作面、協(xié)調(diào)開采、條帶開采等，一般很少采用填充法開采；采取的地面建筑物保護(hù)有：變形縫、鋼拉桿、鋼筋混凝土圈梁、地表緩沖溝等。一般城市煤柱則使用全陷法開采，且全陷法開采的比例逐漸增大。噸從開采引起的5種地表變形分析，對民房有影響的地表移動變形有傾斜、曲率和水平變形三種。四、壓煤村莊村下條帶開采方案的設(shè)計(jì)目標(biāo)壓煤村莊村下開采方案的設(shè)計(jì)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(jì)效益等因素，進(jìn)行多種可行的開采方案計(jì)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。 第三節(jié) 壓煤村莊村下煤柱開采方案提出某礦業(yè)有限責(zé)任公司井田中部有壓煤村莊村，約有536戶，村莊面積為54000m2，位于某市嶧城區(qū)曹莊鎮(zhèn)正南約2km處。四、煤質(zhì)井田內(nèi)3層煤均為低灰、高發(fā)熱量、低硫、特低磷。~，~，；煤~ m，屬結(jié)構(gòu)簡單和比較穩(wěn)定的中厚～厚煤層。二迭系：上二迭系石盒子組上段主要由綠灰色粉砂巖、細(xì)砂巖、灰白色中砂巖及少量粗砂巖組成；下段多由雜色泥巖、砂巖及柴煤組成，上下兩段最大殘厚約為530m。歷年最高水位為+。 第一節(jié) 井田概況一、地理位置與交通條件某礦業(yè)有限責(zé)任公司位于某市嶧城區(qū)曹莊鄉(xiāng)境內(nèi)，是韓臺煤田曹莊勘探區(qū)的一部分。某礦業(yè)有限責(zé)任公司自2002年試生產(chǎn)以來，為了掌握煤2開采引起的地表沉陷規(guī)律，探求村莊下煤柱安全開采措施，開展了2201工作面地表巖移觀測工作。由于地質(zhì)構(gòu)造的影響，2201工作面分成了兩個(gè)塊段，形成條采面，該面地表巖移觀測數(shù)據(jù)為某礦業(yè)有限責(zé)任公司村下開采設(shè)計(jì)提供了寶貴數(shù)據(jù)。礦井地處魯、蘇、皖三省交界，西距微山湖約10km，距京滬線韓莊火車站8km。三、毗鄰礦井概況礦區(qū)內(nèi)現(xiàn)有生產(chǎn)礦井三對，即西南部的張子山煤礦、利國煤礦以及福興煤礦。下二迭山西組有深灰色泥巖、灰白色中細(xì)粒砂巖、砂泥巖和煤煤3受火成巖侵入影響，局部變成天然焦。三、結(jié)構(gòu)某井田為一走向北東，傾向北西的單斜構(gòu)造，主要構(gòu)造形式有褶曲、斷層和巖漿巖侵入。煤2為煤氣、1/2中粘煤和弱粘煤，煤3為1/3焦煤、1/2中粘煤和弱粘煤。經(jīng)計(jì)算，該村莊煤柱煤2地質(zhì)儲量為58萬t，煤3地質(zhì)儲量為124萬t，煤2與煤3累計(jì)為182萬t。五、壓煤村莊村下開采可行性研究根據(jù)壓煤村莊村下壓煤的地質(zhì)采礦條件，重點(diǎn)探討如下開采方案： 煤2單獨(dú)條帶開采方案； 煤2與煤3聯(lián)合條帶開采方案與限厚條帶開采方案， 地面村莊搬遷開采方案，分析地面村莊搬遷開采方案的可行性。因農(nóng)村房屋平面相對較小，一般37之間，故傾斜和曲率的影響不如水平變形的影響大。另外，通過采用協(xié)調(diào)法開采，臺階狀成組工作面開采，以及由幾個(gè)礦的聯(lián)合開采等措施，減少了地表變形值。英國最初在建下采煤時(shí)采取的措施是風(fēng)力填充。1964年—1967年，撫順車輛修理廠工業(yè)廠房下，采用了密實(shí)水沙充填和對廠房基礎(chǔ)采用聯(lián)系梁加固等措施，成功完成了采出厚度達(dá)20m的特厚煤層的實(shí)驗(yàn)開采工作。1986年，微山煤礦在村莊下進(jìn)行條帶開采，既減少了煤炭資源損失，保證了礦井產(chǎn)量，又達(dá)到了保護(hù)地表房屋的預(yù)期目的。這種方法的缺點(diǎn)的巷道掘進(jìn)量大、丟煤多，從以往的成功經(jīng)驗(yàn)上看，損失的煤炭儲量一般為40%60%。這種方法是在煤層采動以前在建（構(gòu)）筑物上采取一些特殊措施以抵擋由于煤層采動引起的變形而附加在建（構(gòu)）筑物上的應(yīng)力，確保建（構(gòu)）筑物的安全使用?！按髢A斜液壓調(diào)斜系統(tǒng)”技術(shù)通過位移傳感器和壓力傳感器實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制；“置換地基 “技術(shù)是將原有地基變?yōu)樯迟|(zhì)基地，二者的原理正好相反，前者是將建（構(gòu)）筑物較低一側(cè)頂起，而后者是將建筑物較高的一側(cè)降低。其原因是，離層帶的產(chǎn)生是有一定條件的，其在煤層上覆巖層中存在硬度明顯不同且有一定厚度的巖層，從結(jié)構(gòu)上說，應(yīng)上硬下軟。b—條帶采出寬度，m。為了維護(hù)煤柱的穩(wěn)定性，某礦業(yè)有限責(zé)任公司應(yīng)采用傾斜條帶開采，由于房屋承受壓縮變形能力強(qiáng)，則盡量將村莊布設(shè)在壓縮區(qū)內(nèi)，由于建筑物長軸方向基本上東西方向，井下煤層傾向?yàn)槲鞅毕?，這樣就使井下煤柱開采工作面不是嚴(yán)格的傾斜條帶開采，從煤層產(chǎn)狀來看，大體上還是沿傾斜開采。在覆巖中一般都存在有相對厚而堅(jiān)硬的巖層，模型實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐說明，它在覆巖的移動起控制作用。三、條帶開采需要說明的幾個(gè)問題條帶采區(qū)個(gè)別煤柱寬度不能大于H /4（H采深），大于H /4，將產(chǎn)生波形下沉盆地。當(dāng)條帶采區(qū)與老采區(qū)相連時(shí)，為了防止老采區(qū)“活化”及防止老采區(qū)積水，不管條帶如何布置（與老采區(qū)平行、直交、斜交）都必須留設(shè)一定寬度的隔離煤柱。M──采高， H──采深，取煤2采深574m對于冒落條帶，寬度比較滿足：a/M5核區(qū)