【正文】 本次壓煤村莊村下壓煤開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(hào)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(huì)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(dòng)、傾斜、梁頭抽動(dòng)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(hào)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(cè)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(kāi)采煤2經(jīng)濟(jì)效益分析單獨(dú)條帶開(kāi)采煤2，按50%回收率，可采出煤量29 萬(wàn)t，企業(yè)利潤(rùn)按每噸400元計(jì)算。①房屋造價(jià)：536戶，每戶6萬(wàn)元，共計(jì)3216萬(wàn)元。五、相鄰的老采區(qū)影響分析如條帶煤柱沒(méi)有避開(kāi)相鄰的老采區(qū)，新老采區(qū)之間沒(méi)留隔離煤柱，開(kāi)采后易引起活化。由此而說(shuō)明，在條帶開(kāi)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(kāi)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(kāi)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?，F(xiàn)說(shuō)明重復(fù)條帶開(kāi)采的技術(shù)關(guān)鍵：由于條帶開(kāi)采是以留設(shè)條帶煤柱的方式來(lái)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(wèn)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(zhǎng)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(cè)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(guò)程，地表水平變形對(duì)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(dòng)后基礎(chǔ)和地基觀測(cè)的水平變形值知：對(duì)于無(wú)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(dòng)的GIS預(yù)計(jì)軟件的說(shuō)明采用上述概述積分法理論，運(yùn)用GIS軟件mapinfo與vb語(yǔ)言混合編寫(xiě)了“地表移動(dòng)概率積分法預(yù)測(cè)”軟件，軟件的主要操作步驟如下： 新建工作面：打開(kāi)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(kāi)采方案中，進(jìn)行22種條帶開(kāi)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(kāi)切割眼，故可按長(zhǎng)煤柱計(jì)算：a=*10+b/3b/()式中：a──留寬 一般開(kāi)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(kāi)采地表移動(dòng)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(dòng)機(jī)制。模型實(shí)驗(yàn)和實(shí)地觀測(cè)說(shuō)明，條帶開(kāi)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(kāi)采類型條帶開(kāi)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(guó)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(kāi)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(kāi)采的地表巖移參數(shù)取為：下沉系數(shù)： 水平移動(dòng)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(kāi)采時(shí)，其各項(xiàng)參數(shù)與全采時(shí)不同，根據(jù)國(guó)內(nèi)外條帶法開(kāi)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(kāi)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(dòng)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(duì)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(dòng)變形建（構(gòu)）筑物設(shè)計(jì)為了克服條帶法開(kāi)采和協(xié)調(diào)法開(kāi)采的缺點(diǎn)，適應(yīng)煤炭工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，80年代初煤炭科研單位開(kāi)發(fā)并實(shí)驗(yàn)成功了建（構(gòu)）筑物的抗采動(dòng)變形技術(shù)，并在山西省的陽(yáng)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(tái)礦務(wù)局、開(kāi)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(kāi)采方法首先在蛟河奶子山鎮(zhèn)下壓煤開(kāi)采實(shí)驗(yàn)成功，之后在全國(guó)范圍內(nèi)廣泛推廣，先后有峰峰、鶴壁、鶴崗、平頂山、某、開(kāi)灤等幾十個(gè)礦務(wù)局（礦）采用，取得了很好的效果，推動(dòng)了村莊下采煤工作的開(kāi)展。1984年—1985年，龍口礦務(wù)局洼里礦在22萬(wàn)伏高壓輸電線路第21號(hào)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(kāi)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(dòng)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(kāi)采、條帶開(kāi)采等，一般很少采用填充法開(kāi)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(kāi)采，且全陷法開(kāi)采的比例逐漸增大。噸從開(kāi)采引起的5種地表變形分析，對(duì)民房有影響的地表移動(dòng)變形有傾斜、曲率和水平變形三種。四、壓煤村莊村下條帶開(kāi)采方案的設(shè)計(jì)目標(biāo)壓煤村莊村下開(kāi)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(kāi)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(kāi)采方案。 第三節(jié) 壓煤村莊村下煤柱開(kāi)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(jiǎn)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(tái)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(lái)，為了掌握煤2開(kāi)采引起的地表沉陷規(guī)律，探求村莊下煤柱安全開(kāi)采措施，開(kāi)展了2201工作面地表巖移觀測(cè)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(cè)數(shù)據(jù)為某礦業(yè)有限責(zé)任公司村下開(kāi)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(duì)，即西南部的張子山煤礦、利國(guó)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(chǔ)量為58萬(wàn)t，煤3地質(zhì)儲(chǔ)量為124萬(wàn)t，煤2與煤3累計(jì)為182萬(wàn)t。五、壓煤村莊村下開(kāi)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(kāi)采方案： 煤2單獨(dú)條帶開(kāi)采方案； 煤2與煤3聯(lián)合條帶開(kāi)采方案與限厚條帶開(kāi)采方案， 地面村莊搬遷開(kāi)采方案，分析地面村莊搬遷開(kāi)采方案的可行性。因農(nóng)村房屋平面相對(duì)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(guò)采用協(xié)調(diào)法開(kāi)采，臺(tái)階狀成組工作面開(kāi)采，以及由幾個(gè)礦的聯(lián)合開(kāi)采等措施，減少了地表變形值。英國(guó)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(duì)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(kāi)采工作。1986年，微山煤礦在村莊下進(jìn)行條帶開(kāi)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?jī)?chǔ)量一般為40%60%。這種方法是在煤層采動(dòng)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(dòng)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(guò)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(shuō)，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(kāi)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(zhǎng)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(kāi)采工作面不是嚴(yán)格的傾斜條帶開(kāi)采，從煤層產(chǎn)狀來(lái)看，大體上還是沿傾斜開(kāi)采。在覆巖中一般都存在有相對(duì)厚而堅(jiān)硬的巖層，模型實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐說(shuō)明，它在覆巖的移動(dòng)起控制作用。三、條帶開(kāi)采需要說(shuō)明的幾個(gè)問(wèn)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(duì)于冒落條帶，寬度比較滿足：a/M5核區(qū)