村庄下采煤设计示例——条带采煤法参数的确定及地表移动变形预计

一、概 况
本采区走向长度为500m，倾斜宽度为200-340m，采区面积为135000m²。煤层厚度为1.50m，煤层倾角为3.5-6.3º，平均为5.0 º。最小开采深度H1＝104m；最大开采深度H2＝124m；平均开采深度H0＝114m。采区地表为一村庄。
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图1 条带采煤法巷道布置
1、采区皮带机下山；2、采区轨道下山；3、集中运输巷；4、集中材料巷；
5、条带工作面运输巷6、条带工作面材料巷；7、开切眼；
→运煤；•→进风； ◦→回风

二、采煤方法选择及有关参数的确定
（一）采煤方法选择
本采区村庄下采煤，选用沿走向布置、沿倾斜推进的条带冒落采煤法。沿煤层走向布置10个开采条带，条带工作面为后退式开采顺序，即工作面从北部边界向集中平巷沿煤层俯斜推进（见图1）。条带之间的开采顺序亦为后退式，即先开采远离采区下山的最东部条带，逐步向西部转移，最后开采靠近采区下山的最西部条带。运煤系统及通风系统见图1箭头所示。
（二）条带采煤法有关参数的确定
1、采宽（b）的确定
采用条带采煤法，开采后地表不出现波浪起伏形状并呈现单一平缓的下沉盆地时，采宽b应按公式（1）确定：
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≤b≤ (1)
2、留宽（a）的确定
按长煤柱公式计算，见公式（2）
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现取a=30m
验算
1)按煤柱稳定性验算
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2)按煤柱是否存在核区验算
存在核区得条件是：a>0.01MH+8.4
0.01MH+8.4＝0.01×1.5×114＋8.4＝10.11
a＝30； 30>10.11(满足要求)
3)按采出率验算
采出率P≤70％
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三、地表移动变形预计
采用概率积分法，并利用电算程序进行预计。
（一）概率积分法地表移动变形预计有关参数的确定
1、下沉系数
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2）根据相似材料模型试验，采用条带冒落采煤法时，条采下沉系数与全采下沉系数之比（q条/q全）与采出率（P＝ ）之间关系见表1。
表1

采出率P

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

q条/q全

0

0.01

0.04

0.12

0.21

0.33

当P＝0.4时，q条/ q全＝0.04，q全 ＝1.0
q条 ＝0.04×1.0＝0.04
3）根据国内外条带开采经验，条带冒落采煤法，其下沉系数与采出率之间关系见表2。
表2

采出率％

下沉系数（最大－最小/平均）

40

0.02-0.05/0.03

50

0.07-0.12/0.10

60

0.13-0.16/0.15

70

0.18-0.23/0.21

当P＝40％时，q条＝0.02-0.05
考虑到该煤矿为软岩地层，因此取q条 ＝0.05
2、拐点偏距（S条）
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3、主要影响角的正切（tgβ）
条采时的tgβ条 与全采时的tgβ全 之间关系见公式（5）
tgβ条 ＝（1.076-0.0014×H）tgβ全 （5）
式中，H－开采深度（上山H1 ＝104，走向H0 ＝114；下山H2 ＝124）
tgβ全 ＝2.6
tgβ条（上） ＝（1.076-0.0014×104）×2.6＝2.42[page]
tgβ条（走） ＝（1.076-0.0014×114）×2.6＝2.385
tgβ条（下） ＝（1.076-0.0014×124）×2.6＝2.35
4、水平移动系数b条
条采水平移动系数b条 与全采水平移动系数b全 之间关系见公式（6）
b条 ＝（1.29-0.0026×H）b全 （6）
b条 ＝（1.29-0.0026×114）×0.39＝0.39
5、开采影响传播角θ条
条采开采影响传播角见公式（7）
θ条 ＝90-0.68α （7）
α＝5°
θ条 ＝90-0.68×5＝86.6°
各参数列于表3
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（二）概率积分法预计结果
很据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》，对于长度或变形缝区段小于20m的砖石结构房屋，其I级破坏（保护）时的地表允许变形值为：倾斜T≤ 3.0 mm/m；曲率K≤0.2×10-3/m；水平变形≤2.0 mm/m
利用电算程序，计算出《地表移动变形计算成果表》（略）及《地表移动变形最大值》（见表4），与此同时，还给出地表下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形的等值线图（见图2，3，4，5，6）。
表4

移动变形名称

符号

单位

数量

最大下沉值

Wm

mm

74.7

最大倾斜值

Tm

mm/m

+1.53 -1.74

最大曲率值

Km

10-3 /m

0

最大水平移动值

Um

mm

+31.09 -27.03

最大水平变形值

εm

mm/m

+0.85 -1.07

四、结 论
由以上可知，地表最大倾斜、最大曲率、最大水平变形值均小于І级破坏（保护）时地表允许的倾斜、曲率及水平变形值。地面房屋仅受极轻微损坏或轻微损坏，可不修或简单维修。
很据我国建筑物下采煤经验，当地表水平变形小于1mm/m时，地表变形不会传递到建筑物，对建筑物不会有任何影响。该村庄下采煤，采用条带冒落采煤法时水平变形值绝大部分均小于1mm/m。因此，本设计所选定的条带参数是合理的。
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图2地表下沉（W）等值线图（单位mm）
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图3-1 沿X轴方向地表倾斜（T1）等值线图（单位mm/m）
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图3-2 沿y轴方向地表倾斜（T2）等值线图（单位mm/m）
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图4地表曲率等值线图（K）
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图5-1 沿X轴方向地表水平移动（U1）等值线图（单位mm）
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图5-2 沿y轴方向地表水平移动（U2）等值线图（单位mm）
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图6-1 沿x轴方向地表水平变形（E1）等值线图（单位mm/m）
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图6-2 沿y轴方向地表水平变形（E2）等值线图（单位mm/m）

编写于 2006.9.15