深埋厚煤层二次条带开采参数分析.doc

村庄下深埋厚煤层二次条带开采参数分析 0 引 言 我国各矿区都不同程度的存在着建筑物下压煤问题，随着煤炭资源的枯竭，为提高矿井服务年限，解决“三下”（建筑物下、铁路下、水体下）采煤问题越来越显出重要性和迫切性。研究建筑物下合理的条带开采参数，可在保护建筑物前提下，最大限度的提高煤炭资源回采率。世界上主要采煤国家，如德国、波兰和前苏联等国在建筑物下采煤积累了丰富的经验，某矿也面临村建筑物下压煤问题。通过关键层理论围岩和塑性区理论研究，确定条带开采参数，结合FLAC3D数值模拟研究留设煤柱稳定性和覆岩应力分布，对不同二次条带开采方案煤柱稳定性进行评价，并通过地表移动计算软件“winsufer6.0”预计地表移动破坏参数，确保建筑物在Ⅰ级破坏范围内，确定二次条带开采参数。 1 工程概况 1.1 煤层地质概况 某矿三一采区坐落在村庄之下，开采3下煤层，面临村庄下采煤问题。村位于矿井工业广场正南方向，共有490户，压煤量634万t，占3下煤总储量的28％，且均为A+B级高级储量。为保护地表村庄建筑物且需要尽快出煤，第一阶段采用条带开采采宽70m，留140m大煤柱，第二阶段对条带孤岛煤柱进行二次条带开采。村保护煤柱范围内滞留4条140m大煤柱，其对应地面标高为+35m±，工作面标高为-600m～-700m，煤层倾角为5～14°，平均为6°；煤层厚度为6.9～7.7m，平均为7.3m；每条孤岛煤柱走向长度平均为460m左右，倾向长度为140m左右。3下煤层局部有伪顶和伪底，直接顶以泥岩、砂质泥岩为主，其次为粉砂岩、细粒砂岩，直接底板为砂质泥岩、泥岩，煤层柱状图如图1所示。 1.2 地表建筑物概况 村范围内地面主要建、构筑物为民用平房，属III级保护对象，村庄围护带宽度为10m，房屋结构类型主要有三种：一是砖混结构，大部分房屋设有基础圈梁，抗变形能力较强，该类型民房大约占总建筑面积的55%；二是砖木结构的民房，具有一定的抗变形能力，该类型民房约占总建筑面积的35%；第三种是土木结构的旧房，抗变形能力非常差，约占总建筑面积的10%左右。 研究孤岛煤柱二次条带开采参数，对于二次条采保留煤柱稳定性和控制地表移动破坏具有重要指导意义。 2 村庄下条带开采参数理论分析 建筑物由于地下开采造成的地表岩层拉伸、压缩、和弯曲的附加力的作用受到破坏。条带开采时各条带相间开采，由保留煤柱支撑上覆岩层重量，能够有效减少地表变形可达80%~90%，合理选择条带开采参数，可以避免地表出现波浪形下沉盆地。通过理论参数分析选取，FLAC3D数值模拟和winsufer6.0”计算地表下沉移动确定二次条带开采参数。 2.1 条带开采参数初步确定 （1）采出条带宽度 传统的条带开采宽度大多是采用经验方法确定。国内外的条采经验说明，采出条带宽度达到采深H的1/3时，地表会出现波浪形下沉盆地。为了保证条带开采后地表出现单一平缓的下沉盆地，考虑到安全系数，一般采宽为H/10~H/4，国内外大量的条带开采实例表明，按此设计原则，当回采率在40～68%时效果较好，大多取得了成功。则采出条带极限采宽b为： b=（1/10~1/4）·H=71.5~178.8（m） 村下3下煤层煤柱留设按照关键层理论计算参数如表1所示。 表1 3下煤煤柱留设计算参数表 参数 M /m /° φ /° /MPa MPa C0 /MPa H /m Px /MPa Pi /MPa d r0 3下煤 2.7 9 30 0.025 0.014 0.28 0.39 2.0 715 0 0 1.8 2.2 以关键层理论为基础，采用理论分析方法研究条带二次条带开采方案设计，得出以亚关键层6为开采设计依据。保证主关键层不断裂的极限开采跨距为177.9m，和经验数值178.8m相吻合。结合第一阶段条带开采采宽70m，则二次条带开采极限采宽为107.9m。按照回采率不超过68%计算，两次条带开采宽度合计应不超过142.8m，则二次条带开采极限宽度为72.8m。 表2 三一采区关键岩层分析表 层位 厚度/m 岩层类型 破断距/m 硬岩 关键层 32 162.9 粗粒砂岩 297.6 第7层硬岩 主关键层 29 25.4 粉砂岩 177.9 第6层硬岩 亚关键层6 19 40.10 粉砂岩 132.4 第5层硬岩 亚关键层5 17 47.9 粉砂岩 121.9 第4层硬岩 亚关键层4 12 41.7 粉砂岩 100.3 第3层硬岩 亚关键层3 9 19.3 砾岩 82.7 第2层硬岩 亚关键层2 3 17.0 砾岩 61.2 第1层硬岩 亚关键层1 0 7.6 3下煤层 通过关键层理论分析，确定二次条带开采极限宽度为72.8m。 （2）保留条带宽度的确定 根据某矿综采放顶煤条带工作面矿