“三下”采煤在平煤集团吴寨矿的研究与应用

“三下”采煤在平煤集团吴寨矿的研究与应用

张金鹤

张金鹤（平煤集团天力公司）

摘要：本文针对浅层地表厚冲积层村庄压煤实际，研究提出了一整套开采方案及变形预测，并在实施过程中得以验证，效果良好，具有同类型地质条件下推广应用价值。

关键词：“三下”采煤研究与应用

0引言

我国建筑物下采煤试验研究始于1962年，经过40多年的研究和实践，建筑物下采煤技术有了长足的发展，获得了许多方法和经验。但针对不同矿区的具体情况，为达到最好的建筑物下采煤效果，应结合其具体情况，提出不同的开采方案的工作面开采参数，以保证获得最大的经济效益、社会效益和生态环境效益。本文针对浅层地表厚冲积层村庄压煤实际，研究提出了一整套开采方案及变形预测，并在实施过程中得以验证，效果良好，具有同类型地质条件下推广应用价值。

1吴寨矿的基本情况

1.1矿井地理位置、开拓、开采情况平煤集团吴寨矿位于河南省平顶山矿区中部十矿井田的西南部己组煤露头带，西与二矿为界，东与十二矿相邻，北与十矿井田相伴，南部为己组煤露头带。该矿1987年3月开始建井，1989年10月投产。设计生产能力为12万吨/年，后经不断技术改造，生产能力达45万吨/年。矿井为一对斜井一个立井开拓全井田，通风方式为中央并列抽出式，矿井为低瓦斯矿井。矿井主要开采煤层为已15和已17煤层，矿井水文地质条件简单。井田内共分东、西翼两个采区生产，东翼已一采区只剩上部建筑物下压煤储量和下部的三个己15下分层工作面。西翼已一采区己15煤层进入深部开采，而己17煤层因受采区中部大断层影响，厚度变化大，中东部较薄不可采，直接影响了矿井的稳定生产和后续发展。

1.2建筑物下压煤情况分析吴寨矿东翼己15煤层厚度为1.7m～2.0m，平均1.8m，煤层赋存稳定，煤层倾角10°左右，煤层顶板为深灰色砂质泥岩夹灰白色细至中粒砂岩，底板为深灰色砂质泥岩。区域内地面标高+87～+90.2m，煤层底板标高为在-70～-176m之间，煤层埋藏深度157～266m，平均埋藏深度为211m。在该区域范围内，第四纪冲积层厚度为143m，其余为基岩层。开采范围内上部地表程平路两侧的建筑物多为平房或二层楼房，个别为3层楼房，其结构形式主要为砖石结构或砖混结构；下部为魏寨村庄民房，多为平房，部分地表建筑物已受到附近小煤矿采煤的影响，但破坏量较小。建筑物下的压煤储量为：己15煤层70万吨，己16-17煤层80万吨。本文仅研究单层己15煤层采动影响。

2条带开采方案设计研究

村庄建筑物下采煤的总目标是，在保障居住安全和必要的生产与生活的方便条件下，尽量多的采出煤炭资源，维持煤矿企业的最佳经济效益。结合“三下”采煤规程的要求和吴寨矿魏寨村庄地处城区的特点，经方案对比，决定在建筑物不搬迁的情况下，采取条带开采措施开采建筑物下的煤炭，并使得建筑物破坏程度控制在Ⅱ级以内。

2.1条带开采及其特点条带开采方法是将开采区域划分为比较规则的条带形状，采一条，留一条，使留下的条带煤柱能够充分支撑上覆岩层的载荷，保证表移动变形值达到最小值，在整个开采条带全部采出后地表形成单一均匀的下沉盆地，从而达到保护地面建筑物的目的，具有地表移动变形小、对围岩破坏小、回采率低，掘进率高、搬迁重建赔偿费用低等特点。

2.2条带开采采宽b的确定条带的采宽与留宽互相制约、关系密切。必须在同时满足地表允许变形和煤柱稳定性的前题下，求得条带采留宽度的最优值，并尽量提高回采效率、降低掘进率或减少工作面搬家次数。根据吴寨矿上部开采区域深度平均为181m，下部开采区域开采深度平均约为241m，煤层平均厚度1.8m，煤层倾角平均为10°的实际情况，按开采宽度b在范围内选择，并结合该矿工作面初次来压步距为30m左右、周期来压步距为20m～30m的经验，综合考虑，确定上山部分采宽b取20m作为地表移动和变形计算的参数（为平均采深的1/9），下山部分采宽b取24m（约为平均采深的1/10），作为地表移动和变形计算的参数，进行地表不出现波浪下沉、建筑物破坏程度控制在Ⅱ级以内的变形模拟计算。

2.3保留条带煤柱宽度a的确定条带开采煤柱设计方法有A.H.Wilson理论、有效区域理论、压力拱理论、大板裂隙理论、极限平衡理论等。我们采用A.H.Wilson理论，将条带煤柱视为单向应力状态，按单向应力状态计算保留条带煤柱的宽度，通过计算上山部分条带煤柱宽度为24m，下山部分条带煤柱宽度为29.3m，取30m，并依此作为进一步地表移动和变形值计算分析的参数。

2.4煤柱稳定性技术要求的验算按照公式，通过对保留煤柱稳定安全系数、煤柱宽高比、保留条带煤柱采出率的验算，得出上山部分采宽为20m，条带煤柱宽度为24m时，长煤柱稳定性安全系数为2.1，矩形煤柱稳定性安全系数为2.07，煤柱宽高比为11，煤柱核区宽度为20.8m，条带煤柱核区率为86.7%。设计回采率为45.5%；下山部分采宽为24m，煤柱宽度为30m时，长煤柱稳定性安全系数为2.1，矩形煤柱稳定性安全系数为2.05，煤柱宽高比为15，煤柱核区宽度为25.3m，条带煤柱核区率为84.3%，设计回采率为44.4%。两部分总的设计采出率为45.02%。条带开采各项技术指标满足建筑物破坏程度控制在Ⅱ级以内、少量维修的要求。

2.5条带开采引起的地表移动与变形预计

2.5.1地表移动与变形预计方法根据计算得出的条带开采参数，满足了条带开采设计的技术要求。能否作为最终条带开采参数，须进行地表移动和变形预计，从而进一步分析条带开采以后引起的地表移动和变形值以及地表建筑物受到何种程度的影响。通过比较，我们采用概率积分法对条带开采区域地表移动和变形进行预计。

2.5.2概率积分法预计参数的确定确定条带开采的地表移动参数时，需根据该区域全采法开采时的地表移动参数，并结合本区域上覆岩层岩性特点和地质采矿条件按经验公式分析求得。冒落条带开采时，对不同条带开采尺寸分别计算预计参数，经计算分析，上山部分，采宽为20m，煤柱宽度为24m时，下沉系数为0.12，主要影响角正切为2.1，拐点偏距为2.4，稳定性安全系数为2.1，水平移动系数为0.25，最大下沉角θ=90°-0.5α=85°主要影响半径为86.2m；下山部分条带开采：采宽为24m，煤柱宽度为30m，平均采深为241m时，下沉系数0.147，主要影响角正切1.92，拐点偏距3.14，水平移动系数0.238，最大下沉角85°，主要影响半径125.5m。