【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 75采出率55%75采出率58%75本次設(shè)計(jì)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)?。?，其它參數(shù)不變。第七節(jié) 條帶開采基本問題 為了達(dá)到保護(hù)地表建筑物的目的，根據(jù)地表極限變形的要求，試采區(qū)域內(nèi)村下煤柱采用條帶開采法，條帶開采是將被開采煤層劃分成比較正規(guī)的條帶狀，采一條（采寬），留一條（留寬），使留下的條帶煤柱以支撐上覆巖層的重量，而是地表產(chǎn)生較小的變形。條帶開采的地表移動(dòng)有變形值與采出率成比例函數(shù)關(guān)系，采出率越大，下沉變形越大；采出率越小，下沉變形也隨之減小，而且還與留柱寬度有關(guān)。條帶法開采首先要保證條帶煤柱的穩(wěn)定性，即條帶煤柱不能過小，保證煤柱有足夠的安全系數(shù)。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。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)。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(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。二、條帶開采覆巖及地表沉陷機(jī)理采用條帶法開采時(shí)，由于開采條帶尺度較小，在采空區(qū)上方形成的跨落和斷裂范圍和高度較小，由于有條帶煤柱的隔離和支撐作用，各開采條帶上方的跨落、斷裂帶互不連通，不能形成整體的跨落，斷裂帶，因而采空區(qū)上方絕大部分巖體仍處于整體狀態(tài)，條帶采空上方巖層的重力轉(zhuǎn)移到兩側(cè)條帶煤柱上方，達(dá)到新的應(yīng)力平衡，條帶煤柱上方的應(yīng)力相當(dāng)于原始應(yīng)力加上開采后的附加應(yīng)力，因而使得條帶煤柱上方一定范圍內(nèi)的巖層處于增壓區(qū)。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。這種減小或閉和就使整體巖層體積減小，表現(xiàn)為壓縮變形。各巖層內(nèi)節(jié)理、裂隙的減小或閉合值增加起來，即各巖層的壓縮變形累加，構(gòu)成了覆巖的下沉。這種累加效應(yīng)使得覆巖沉降由下往上逐漸增加，至地表最大。顯然，條帶開采使覆巖沉降機(jī)理截然不同于長(zhǎng)壁式全陷法覆巖沉陷機(jī)理。模型實(shí)驗(yàn)和實(shí)地觀測(cè)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。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)踐說明，它在覆巖的移動(dòng)起控制作用。覆巖中這種起控制作用的厚而堅(jiān)硬的巖層稱之為托板，條帶煤柱上方被兩側(cè)垮落帶所包圍的巖體稱之為巖柱，稱巖柱以上直至托板為承重巖。研究表明，條帶開采時(shí)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。即： W=由于托板托住了其上覆巖層和松散層，其上覆巖土層的移動(dòng)和變形完全受“托板”沉陷控制。這些巖土層隨“托板”的沉陷和變形而產(chǎn)生移動(dòng)時(shí)，沿土層內(nèi)部既不產(chǎn)生豎向壓縮變形，也不產(chǎn)生豎向拉伸變形，層內(nèi)無斷裂、無離層。“托板”以上巖土層的變形有以下特征： 地表下沉盆地體積等于托板整體沉陷體積和托板撓度變形體積； 移動(dòng)變形連續(xù)，無體積變形； 地表最大下沉量等于托板整體下沉量。因此，條帶開采時(shí)托板上方巖土層的運(yùn)動(dòng)形式可以用顆粒體隨機(jī)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)方式來描述，既托板上方的巖體可看成重力型顆粒隨機(jī)游動(dòng)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(yùn)動(dòng)，最后達(dá)到新的平衡狀態(tài)，移動(dòng)的結(jié)果在地表形成如概率積分曲面的下沉盆地。因此，條帶開采地表移動(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。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。與全陷落法一樣，條帶復(fù)采的下沉率大于出采的下沉率。采出率大，下沉率也大。當(dāng)其他條件相同時(shí)，開采深度越深，下沉率越大，復(fù)采的下沉率增大幅度與采深有關(guān)。采用條帶開采時(shí)也有采動(dòng)程度問題。在既定采深、采出率和采寬條件下，當(dāng)采區(qū)達(dá)到一定數(shù)值后，地表最大下沉值達(dá)到該條件的極限值，此時(shí)稱這種開采規(guī)模的條帶開采使地面達(dá)到充分采動(dòng)。條帶開采圍巖與地表移動(dòng)受以煤柱為支撐點(diǎn)拱形巖橋控制，下沉量小，故造成條帶開采地表移動(dòng)活躍期短，穩(wěn)定快。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。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。條帶開采采區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)留的煤柱，不能任意亂掘，任何擾動(dòng)這些煤柱，都將造成已經(jīng)穩(wěn)定的巖層失穩(wěn)，引起地表再下沉，而且這種失穩(wěn)速度反映是迅速而劇烈的。如果設(shè)計(jì)合理，進(jìn)行條帶開采時(shí)引起的地表移動(dòng)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(zhǎng)形建筑物）上將引起變形疊加，盡管地表變形小，但疊加后可能超過臨界變形值，引起建（構(gòu)）筑物破壞：（2）、條帶開采時(shí)地表移動(dòng)變形值雖小，但仍可引起斷裂、古小窯采空區(qū)或地下工程移動(dòng)“活化”，將引起地表出現(xiàn)劇烈非連續(xù)變形，甚至出現(xiàn)大裂縫或局部坍塌坑等，引起地面建筑物破壞。第八節(jié) 壓煤村莊村下煤柱開采可行性研究 根據(jù)地表極限變形的要求，某礦業(yè)有限責(zé)任公司壓煤村莊村下煤柱可采用條帶開采，為了盡量多的回收煤炭資源，我們對(duì)壓煤村莊村下煤柱的條帶開采可行性研究了多個(gè)，并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)比較，壓煤村莊村下煤柱地質(zhì)采礦條件如表（2）所示。 壓煤村莊村地質(zhì)采礦條件表（2）上山采深下山采深平均采深傾角厚度東西長(zhǎng)(m)南北長(zhǎng)(m)煤2524m624m574m100440m430m煤3539m639m589m100 m440m430m一、開采煤柱留設(shè)原則 采寬b：要求采后地表不出現(xiàn)波浪起伏，而是呈現(xiàn)單一平緩下沉盆地。國(guó)內(nèi)外開采實(shí)踐及有限元計(jì)算表明，采寬按下式取值可滿足要求：H/10bH/4式中：H采深，m具體確定時(shí)，應(yīng)考慮工作面初次來壓步距及周期來壓步距，采寬小時(shí)，則b不超過初次來壓步距：采寬大時(shí)，b 不超過初次來壓與周期來壓步距之和，以利于頂板管理。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(zhǎng)煤柱計(jì)算：a=*10+b/3b/()式中：a──留寬 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)存在條件為：+采出率為： p=b/(a+b)故留寬要大于10m二、煤柱強(qiáng)度的較核在“三下”壓煤條帶法中，載荷計(jì)算均采用僅考慮覆巖自重應(yīng)力場(chǎng)的面積法。由于大多數(shù)條帶法開采中的采出寬度都較小，除直接頂冒落外，老頂一般不冒落，冒落矸石一般不接頂承載。因此，可以認(rèn)為采出寬度上方的覆巖荷重全部轉(zhuǎn)嫁到所留設(shè)的煤柱的寬度上。此時(shí)，條帶煤柱上承受的載荷為： p=a*γh/(1e)=(a+b)γh式中：e為采出率，%：γ為覆巖平均重力密度，h為平均開采深度，a和b分別為留設(shè)煤柱寬和采出寬度。在采用較大采寬時(shí)，必須考慮空區(qū)承載，此時(shí)，條帶煤柱承受的載荷為： p=(a+b)*γ *hγ*b/對(duì)于一般條件，煤柱強(qiáng)度計(jì)算多采用英國(guó) Wilson 公式。它把煤柱在寬度方向劃分成中心承受三向應(yīng)力，表現(xiàn)為彈性的煤柱核區(qū)，核雖然出現(xiàn)了裂隙，但限制核區(qū)側(cè)向移動(dòng)的屈服區(qū)。核區(qū)煤柱強(qiáng)度： σ=4*γ*h屈服區(qū)寬度： σ= mh屈服區(qū)和核區(qū)間的煤柱強(qiáng)度線性過度，所以，條帶煤柱的承載能力為： C=4*γ*h*( mh)因此，不同煤柱寬度和不同采出寬度的煤柱安全系數(shù)為：k=c/p針對(duì)于某礦業(yè)有限責(zé)任公司開采開采壓煤村莊煤柱提出了如下幾種方案：在單獨(dú)煤2（、采出率為50%）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（3）所示。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。在煤2（、采出率為50%）與煤3（、采出率為25%）聯(lián)合條帶開采方案中，進(jìn)行23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（5）所示。煤2（、采出率50%）單獨(dú)條帶開采煤柱強(qiáng)度校核表(3)方案采寬（m）留寬（m ）煤柱強(qiáng)度（107）煤柱載荷（107）安全系數(shù)15030141120250402011353505026115046030141135156040201150660502611657606032118087030141150197040201165107050261180117060321195127070381210138030141165148040201180158050261195168060321210178070381225188080441240199090501270201001005613002111011062133022120120681360煤2（、采出率為50%）與煤3（、采出率為50%）聯(lián)合條帶開采煤柱強(qiáng)度校核表(4)方案采寬（m）留寬（m）煤柱強(qiáng)度（107）煤柱載荷（107）安全系數(shù)1404012112012504012113535050181150455401211435555018115865555211165760401211508605018116596060241180106540121158116550181173112656024118713656527119514704012116515705018118011670602411951770