２０１１年第４期 童娃差科技 １７５ 铁路桥保护煤柱近距离煤层联合条带开采可行性分析 荆玉和，杨焕祥，杨焕勇 （山东新陶阳矿业有限责任公司，山东泰安２７１６１３） 摘要 山东新陶阳矿业有限责任公司中一井田三号桥保护煤柱所压９、１０两层煤层间距较小，为延长井田服务年限，提高煤炭回收率，对９、 １Ｏ两层煤进行条带联合式开采进行理论计算分析。 关键词铁路桥近距离条带联合开采 中图分类号ＴＤ８２３．６ 文献标识码Ｂ 新陶阳公司为最大限度的回收煤炭资源，延长中 ａ＝ｂＸＪｓ／（１一Ｓ） 一井田的服务年限，需要对白三号铁路桥下所压９、１０ 式中：ｓ一煤炭损失率，３０～７０％，取６０％。 层煤保护煤柱进行联合条带开采。 ａ＝１２×０．６０／ｆ １—０．６０）＝１８ｍ １基本情况 ２．１．３ 留设煤柱载荷校核 条带煤柱的承载能力为： 相应地面位置位于矿三号桥保护煤柱内，井下位 Ｃ＝４ｒＨ（０—４．９２ＭＨ×１０一 ） 于中一井田西翼９８００煤柱上段的三号桥保护煤柱内， ＝４×２．５×１２３×（１８—４．９２×１．３×１２３×１０一 ） 东邻９８００轨道下山，西邻９８０８、１０８０８工作面（已回采 ＝２１１７２Ｎ／ｍ 完毕），南邻９８０６、１０８０６（已回采完毕），北邻９８１８、 条带煤柱承受的实际载荷： １０８１８工作面（已回采完毕）。开采煤层９煤沉积稳 Ｐ＝（ａ＋ｂ）ｒＨ＋ｒｂ ／１．２ 定，结构复杂，煤层顶板以下０．５ｍ处有一层灰色粉砂 ＝（１８＋１２）Ｘ ２．５×１２３＋２．５×１２ ／１．２ 岩夹石，厚Ｏ一０．２ｍ，透镜状分布，煤层走向大致东西， ＝９５２５Ｎ／ｍ 倾向北。９煤下距１Ｏ 煤３．１５ｍ，１０ 煤层赋存稳定，结 Ｃ／Ｐ＝２１１７２／９５２５＝２．２＞１．８，符合要求。 构简单，煤层走向近东西，倾向北，倾角（７一ｌｌ。）／９。， 式中：ｒ一煤层上覆岩层密度； 保护煤柱倾斜长１８４ｍ，走向长２２６ｍ，面积４１５８４ｍ２。 一煤厚或采高，取１．３ｍ。 三号桥保护煤柱地面标高：＋８６．２９，工作面标高：９煤 为了保证保留煤柱有长期支撑上覆岩层载荷的强 一２７．０～一５３．０ｍ，１０ｌｌ煤一３０．０一一６５．０ｍ。 度，留宽ａ的大小也要满足两个要求： ０≥０．Ｏ１ＭＨ十８．１＝０．０１×１．３ Ｘ１２３十８．１＝９．６９ｍ ２采、留条带宽度计算 ａ／Ｍ＝ｌ８／１．３＝１３．８≥６．５ ２．１ 按建筑物下条带宽度计算 经验算所留煤柱符合要求。 计算基本参数：区域开采深度１ １０～１３５ｍ。 ２．２按承压水上条带开采宽度计算 ２．１．１采宽ｂ计算 ９煤：水文地质条件较简单，主要受底板五灰承压 ｂ＝（１／４～１／１０）Ｈ 水威胁，９煤下距五灰２６．８ｍ。 式中：日一采深，取平均１２３ｍ。 ｌ０ 煤：水文地质条件较简单，主要受底板五灰承 按１／１０Ｈ取ｂ＝１２．３ｍ一１２ｍ 压水威胁，１０ 煤下距五灰２１．７ｍ。 ２．１．２ 留宽ａ计算 计算基本参数： 因顶板为粉砂岩或泥灰岩，按单向受力状态计算。 （１）底板隔水层厚度ｔ：按ｌ０ 煤底板隔水层厚度 ２１．７ｍ；（２）底板隔水层抗张强度Ｉｊ｝ ：根据新版《矿井防 ｝收稿日期：２０１１—０５—１１ 治水管理规定》，肥城矿区一般４．２６—１０ＭＰａ取 作者简介：荆玉和（１９６８一），男，汉族，本科学历，现为山东新陶阳 ４．２６ＭＰａ；（３）隔水层底板承受的水头压力Ｆ，经计算 有限责任公司采掘副总工程师。 得Ｆ＝８２．１ｔ／ｍｚ，取８２ ｔ／，ｍ 。 ［２］司荣军．综放面顶板（顶煤）分类及应用研究［Ｄ］．泰安：山东科技 ［４］姜启源编．数学模型［Ｍ］．北京：高等教育出版社，１９９３． 大学，２００４． ［５］卢加元，常本康．层次分析法在计算机联网技术中的应用【Ｊ］．计 ［３］范金治，郭德勇等．层次分析法在确定煤与瓦斯突出影响因素的 算机应用与软件，２００４，２１（２）：１１１～１１３． 权重［Ｊ］．矿业安全与环保，２００４，３１（３）：４～５． １７６ 互媳晨科技 ２０１１年第４期 ２．２．１ 采出宽度计算 根据《矿井水文地质规程》规定公式得： √ ＝ ￣／２ｘ＿ ４．２６５＿ｘ ２１．７ ＝１２（ｍ） 式中：６一一允许最大采出宽度，１ＴＩ； ｒ１一隔水层岩石容重，取２．５，ｔ／ｍ ； Ｆ一隔水层底板承受的水头压力，取８２ｔ／ｍ 。 ２．２．２ 留宽计算 因顶板为泥灰岩或粉砂岩，不易冒落，煤柱为单向 受力。为了保证条带煤柱有足够的强度支撑顶阪，阻 止其下沉对底板的破坏。留宽按防水煤柱经验公式： ．５ＫＭ ＝０．５ ｘ２ ｘ １．６５ ＝１２．２（ｍ） 式中： 一煤厚或采高，此处按１Ｏ 煤取１．６５ｍ； Ｋ一安全系数，一般取２—５，取２。 综合考虑确定采留比为：采１２ｍ，留１８ｍ，回采率 达４ｏ％。 ３条带开采地面变形预计 根据区域具体地质采矿技术条件，结合区域内煤 层赋存情况（９层煤厚１．３５ｍ，煤层倾角平均７。，论证 区域开采深度１１０～１３５ｍ；１０层煤厚１．６５ｍ，煤层倾角 平均９。，论证区域开采深度１ １０—１３５ｍ）和区域地层属 于中硬岩层的特点，选取该具体地质采矿技术条件下 采用全部垮落法开采的地表移动变形的概率积分法计 算参数为： 下沉系数：．，７＝０．８８； 水平移动系数：６ ＝０．３； 主要影响角正切值： ＝１．８； 拐点平移距－Ｓ。＝０．ｏｓｕ（日为采深）； 影响传播角： ＝９０。一０．５ａ（ 为煤层倾角）。 当采用条带法开采时，地表移动变形的概率积分 法计算参数与全采时参数不同。根据国内外条带开采 实例、数值计算的结果和相似材料模拟试验，得出条带 法开采下沉系数与全采下沉系数比值与采出率有关， 其关系如下： 采出率３０％时，条采下沉系数为全采时的０．０１ 倍；采出率４０％时，条采下沉系数为全采时的０．０４倍； 采出率５０％时，条采下沉系数为全采时的０．１２倍；采 出率５５％时，条采下沉系数为全采时的０．１８倍；采出 率５８％时，条采下沉系数为全采时的０．２０倍。 当采深大于７５ｍ时，拐点平移距可按下式计算： ｓ＝１ ５６・ｂＨ／ａ・ｆＯ．０１Ｈ＋３０） 式中－＇ａ一条带煤柱宽度； ｂ一条带采出宽度。 条带法开采对覆岩的破坏较轻，使得覆岩岩性相 对坚硬，因此，条带法开采的主要影响角正切值比全采 时要小，同时，随采深的增加，条带法开采的水平移动 系数也相对减少。为了保证地面建筑物的安全，计算 时考虑一定的安全系数，此二项参数仍采用全采时的 计算参数。 对三号铁路桥下所压９煤、ｌ０ 煤层保护煤柱采用 采１２ｍ、留１８ｍ的条带开采方法。回采后产生的地表 移动变形最大值计在Ｉ级破坏的移动变形值指标内， 可保证地面铁路及三号桥梁的安全使用。 根据以上计算结果开采方案为：采用采宽设计为 １２ｍ、留宽设计为１８ｍ、回采率４０％的条带开采方法同 时进行９煤、１０ 煤的开采。并结合井下巷道布置情 况，决定利用９８００轨道下山、皮带下山原有生产系统， 采用伪倾斜布置巷道。三号桥保护煤柱储量１６．５５万 ｔ，回采率４０％，可采出量６．６２万ｔ。 ４开采方案 （１）９、１０Ⅱ层煤回采巷道重叠布置，巷道净宽２． ０ｍ，中至中间隔３０ｍ一条。确保实际采宽不超过 １０ｍ，留设煤柱不少于１８ｍ。根据９、ｌＯⅡ层煤回采时周 期来压步距、来压强度及超前压力情况，回采时先回采 ９层煤，当９层回采２０ｍ时，正下方１０Ⅱ煤再开始回采， 以２０ｍ的间距同时进行９、ｌ０Ⅱ层的回采。用ＨＤＪＡ一 １０００型金属交接顶梁配合ＤＺ１４－－３０／１００型或Ｄｚｌ８— ３０／１００型单体液压支柱组成悬臂支架支护顶板，正悬 臂齐梁直线柱布置，排距１．Ｏｍ，柱距０．７ｍ，支护密度 为１．４３ 『ｎ２，工作面实行见四回一，最大控顶距 ４．２ｍ，最小控顶距３．２ｍ，炮道０．９ｍ，放顶步距（循环进 尺）１．Ｏｍ，放顶线支设单排对柱加强支护，循环支柱支 大楔戴帽支设在放顶线支柱档内。 （２）加强通风管理，保证迎头及采面风量充足。 严格执行瓦斯检查制度，管好用好通风设施，及时检 查、维修，任何人不准随意破坏、拆除通风设施，防止通 风系统紊乱。 （３）搞好综合防尘，各转载点喷雾必须保持完好， 使用正常，工作面每班要安排专人洒水降尘，装炮使用 水炮泥，放炮前后冲刷煤壁、顶板降尘。 （４）工作面开采前，要在地面相应位置建立观测 站，以便及时进行观测，积累资料，找出规律，开采过程 中，应加强地面观测和铁路桥梁的变形监测，发现异常 现象时，应立即停止回采，并对三号桥加固维修，及时 分析原因，重新制定回采方案，避免事态恶化。
