“三下”壓煤開采方案優(yōu)化設計

賈 民，徐法奎

(1.兗州煤業(yè)股份有限公司濟寧二號煤礦，山東濟寧272072;2.天地科技股份有限公司開采設計事業(yè)部，北京100013)

“三下”壓煤開采方案優(yōu)化設計

賈 民1，徐法奎2

(1.兗州煤業(yè)股份有限公司濟寧二號煤礦，山東濟寧272072;2.天地科技股份有限公司開采設計事業(yè)部，北京100013)

介紹了濟寧二號煤礦十采區(qū)“三下”壓煤工作面布置方式和開采順序優(yōu)化。依據(jù)本區(qū)的地質(zhì)采礦現(xiàn)狀、方案的地表移動與變形分析，結合地面受護物臨、遷建路線的優(yōu)化選擇，在對少部分受護物加固、維修的條件下，對十采區(qū)“三下”采煤的可行性、開采方案等進行了評價與設計，實現(xiàn)十采區(qū)“三下”壓煤的安全、高效開采，解放壓煤量約20Mt。

三下壓煤;開采方案;優(yōu)化設計

濟寧二號煤礦十采區(qū)煤層厚、埋深大，地表有6條高壓線路、南外環(huán)路、洸府河、洸府河大橋及其他零星建 (構)筑物，受護體種類多，屬條件較為復雜的“三下”采煤。地面高壓線、南外環(huán)路采取怎樣的搬遷或臨時建設路線?井下工作面采取怎樣的布置方式和開采順序才能使地表受護物受到的影響最小、采出的煤炭資源最多、礦井經(jīng)濟效益最好?必須井上下統(tǒng)籌考慮，對工作面布置方式和開采順序等進行科學的設計和優(yōu)化［1］，確定技術、經(jīng)濟合理的最優(yōu)開采方案。

1 工程概況

濟寧二號煤礦十采區(qū)位于井田的西北部、濟寧市東南部南及東南邊界為十一采區(qū)，東及東北邊界為八里鋪斷層和二采區(qū)，西邊界為洸府河西河堤，呈南寬北窄的梯形，面積約1.9km2，可采儲量約20Mt。該區(qū)3上，3下煤層平均總厚度8.17m，煤層傾角2～10°，埋藏深度620～888m。

十采區(qū)地表地勢平坦，馬南、接南、寧莊、寧高、寧接和魚澳共6條高壓線自西向東穿過采區(qū)，采區(qū)內(nèi)線路總長度約7.6km，鐵塔和桿塔共26個，桿塔形式主要為:直線桿、二聯(lián)桿塔和鐵塔;洸府河自北向南流過采區(qū)西部;濟寧市南外環(huán)路、洸府河大橋東西向穿過采區(qū)南部;另有公交停車場(在建)、簡易養(yǎng)殖場等零星建筑物，如圖1所示。

2 開采方案初步設計

根據(jù)十采區(qū)的煤層走向及臨近采區(qū)現(xiàn)有巷道、斷層分布、3煤分叉情況和地面受護物的位置分布，十采區(qū)工作面有3種布置方式:第1種為全部南北向布置;第2種為全部東西向布置;第3種為在南外環(huán)路下方布置大巷，大巷以南東西向布置、大巷以北南北向布置。初步比較后認為，若工作面采用第3種方式布置，則工作面?zhèn)€數(shù)多、搬家頻繁，開采影響時間長，不利于高壓線和南外環(huán)路、洸府河大橋采后重建，因此不宜采用該方案。

圖1 方案1 地面建筑物及遷建、臨建路線

工作面若采用第2種方式布置，則開采順序比較靈活，有多種選擇。初步預計，連續(xù)開采3個相鄰的工作面后，地表下沉和變形基本穩(wěn)定，可以首先形成一條穩(wěn)定的通道以搬遷或臨建高壓線路，使搬遷或臨建次數(shù)最少，路線最短，費用最低。按照這個思路，在工作面全部東西向布置的情況下，又可選擇3個最可能的開采順序，這樣，連同前述的工作面第1種布置方式，就有了4個可行方案:方案1為工作面全部南北向布置;方案2為工作面全部東西向布置，先開采1034，1033，1035工作面;方案3為工作面全部東西向布置，先開采1036，1037工作面;方案4為工作面全部東西向布置，但先開采1037，1038和1039工作面。

下面結合地表移動與變形預計情況，對各方案遷建、臨建路線的選擇、經(jīng)濟效益等優(yōu)缺點進行比較，以確定最優(yōu)方案。地表移動與變形計算參數(shù)是本礦的實測參數(shù)［3］，其中下沉系數(shù)η=0.82;主要影響角正切tgβ=2.0;水平移動系數(shù)b=0.33;開采影響傳播角θ=90°－0.6α(α為煤層傾角);拐點偏移距S=0。

3 各方案遷建、臨建路線選擇和經(jīng)濟效益分析

3.1 方案1遷建、臨建路線選擇

工作面全部南北向布置且全部開采后，由地表移動與變形預計結果可知，采區(qū)內(nèi)地面下沉大部分在2000mm以上，最大 7008mm;傾斜變形在6mm/m以上，最大19.5mm/m;水平變形在4mm/ m以上，最大14.06mm/m。采區(qū)范圍內(nèi)6條高壓線的部分線段、南外環(huán)路部分路段和洸府河大橋?qū)⒊寥霛撍灰韵?，淹沒在積水中;未沒入水中的高壓線部分線塔將會產(chǎn)生嚴重的線歪斜、拉裂或壓彎，線路嚴重張緊或松弛［4］，不能正常使用。高壓線、南外環(huán)路和洸府河大橋必須全部在采區(qū)外臨時建設。待十采區(qū)全部工作面開采完，并且地面的下沉和變形基本穩(wěn)定后，高壓線、南外環(huán)路和洸府河大橋才能進行重建，影響時間長，管理困難。

如圖1所示，南外環(huán)路臨建路線可選擇在十采區(qū)南部，向西跨過洸府河后與火炬路相接，待十采區(qū)開采影響穩(wěn)定后再按原路線重建;洸府河大橋因是臨時使用，可建為鋼結構橋，以便以后拆除。6條高壓線全部從采區(qū)北部遷建 (從采區(qū)南部遷建則將來還要受十一采區(qū)開采的影響)，遷建總長23km，6條高壓線全部一次性遷建，管理較簡單。

因此，在十采區(qū)開采期間將不受任何因素影響，高壓線、南外環(huán)路和洸府河大橋的遷建和臨建與工作面開采可同時進行。

3.2 方案2遷建、臨建路線選擇

如圖2所示，在南外環(huán)路正下方布置1034工作面，開采其南北兩側的1033，1035，1032和1036工作面。1034工作面開采完畢，其上方塌陷地面即可進行回填工作，回填后的地面即作為6條高壓線、南外環(huán)路和洸府河大橋的遷建和重建通道(如圖2陰影部分)。

圖2 方案2 地面建筑物及遷建、臨建路線

1033，1035，1032和1036工作面的開采與回填工作可同時進行，待開采影響基本穩(wěn)定后啟動重建和遷建工程，可縮短重建和遷建時間，以利于盡快恢復6條高壓線、南外環(huán)路的使用。

南外環(huán)路的臨時建設路線與方案1相同。

采用此方案，由地表移動與變形預計結果可知，開采1032，1033，1034，1035和1036工作面后，南外環(huán)路、洸府河大橋等所在地面最大下沉5800mm，最大傾斜變形14mm/m，最大水平變形7mm/m。馬南、接南、寧莊3條高壓線受影響較小，基本可不考慮維修;寧高、魚澳2條高壓線受一定影響，需采取臨時維護、加固措施［4］，但影響時間短、受影響的線路長度小，維護、加固措施工程量較小、費用較低;寧接線需臨時遷建，臨時路線可考慮從采區(qū)南部通過，如圖2所示。

3.3 方案3遷建、臨建路線選擇

如圖3所示，該方案是先采1036和1037工作面，然后再采1035和1038工作面。1036和1037工作面開采完畢，其上方塌陷地面即可進行回填工作，地面回填出一條走廊后，即作為6條高壓線的遷建通道 (如圖3陰影部分)。1035，1036，1037和1038工作面的開采與回填工作可同時進行，待開采影響基本穩(wěn)定后啟動遷建工程，可縮短遷建時間，盡快恢復6條高壓線的使用。

圖3 方案3 地面建筑物及遷建、臨建路線

南外環(huán)路、洸府河大橋臨建路線與方案1同。

采用此方案，由地表移動計算結果可知，1035，1036，1037和1038工作面開采后，沉陷區(qū)中心下地面最大下沉 7127mm，最大傾斜變形20.42mm/m，最大水平變形13.12mm/m。寧高、寧接線的下沉、傾斜和水平變形較大，受損嚴重，必須臨時搬遷，臨時路線如圖3;在影響區(qū)南部寧高、寧接線合二為一，到東部影響邊界時再分開;馬南、接南、寧莊3條高壓線受一定的下沉、傾斜和水平變形影響，須采取臨時維護、加固措施。魚澳線則不受開采影響，不需臨建。

3.4 方案4臨建、遷建路線選擇

如圖4所示，該方案是先采1037，1038和 1039工作面，然后再采 1040和 1041工作面。1037，1038和1039工作面開采完畢，其上方塌陷地面即可進行回填工作，地面回填出一條走廊后，即作為6條高壓線的遷建通道 (如圖4陰影部分)。1036，1037，1038，1039，1040和1041工作面的開采與回填工作可同時進行，待開采影響基本穩(wěn)定后啟動遷建工程，可縮短遷建時間，盡快恢復6條高壓線的使用。

南外環(huán)路、洸府河大橋臨建路線與方案1相同。

采用該方案，由地表移動計算結果可知，開采1036等5個工作面后，最大地表下沉7245mm，最大傾斜變形20.33mm/m，最大水平變形14.55mm/ m［3］。馬南、接南、寧莊、寧高4條高壓線所在走廊最大下沉6500mm、最大傾斜變形18mm/m、最大水平變形14mm/m。馬南、接南、寧莊、寧高4條高壓線因下沉、傾斜、水平變形較大需臨時搬遷［4］，臨建路線如圖4所示:將接南線和寧莊線合并為一條，馬南線和寧高線合并為一條，然后從影響區(qū)北部繞過與原合并點連接。寧接線受一定影響，需采用維護、加固措施。魚澳線則不受開采影響，不需要臨時遷建。

圖4 方案4 地面建筑物及遷建、臨建路線

3.5 各方案經(jīng)濟比較

4個方案中，南外環(huán)路和洸府河大橋的臨建、土方回填及重建工程的費用相同，但高壓線遷建的通道回填工程和費用，遷建、臨建和維修加固費用有所差別。經(jīng)濟效益比較見表1。

表1 各方案總費用與利潤概算 萬元

通過上述技術分析及經(jīng)濟比較，方案2資源回收率高，遷建和臨建費用最小，利潤最高，與濟寧市交通、電力部門的協(xié)調(diào)最方便，管理簡單，可操作性強。因此方案2是最優(yōu)開采方案。

4 結束語

通過優(yōu)化設計開采方案，合理地選擇了工作面布置方式、開采順序及高壓線遷 (臨)建路線、南外環(huán)路臨建路線，在高壓線路基本不影響正常生產(chǎn)、生活，南外環(huán)路不影響通行的情況下，可以實現(xiàn)十采區(qū)“三下”壓煤的安全、高效開采，延長礦井服務年限，提高礦井經(jīng)濟效益。

［1］張華興，鄒友平，楊士錄，等.建筑物下殘煤開采設計與實踐［J］.煤礦開采，2008，13(1):41－42.

［2］天地科技股份有限公司開采設計事業(yè)部.濟寧二號煤礦十采區(qū)“三下”壓煤開采技術研究［R］.2011.

［3］國家煤炭工業(yè)局.建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2000.

［4］中華人民共和國國家經(jīng)濟貿(mào)易委員會.架空送電線路運行規(guī)程 (DL/T 741－2010)［M］.北京:中國電力出版社，2010.

［責任編輯:徐乃忠］

Optimization and Design for Mining under Building，Railway and Water Body

Jia min1，Xu fa-kui2

(1.Jining No.2 Coal Mine，Yanzhou Coal Mining Co.，Ltd.，Jining 272072，China;
2.Coal Mining and Designing Department，Tiandi Science＆Technology Co.，Ltd.，Beijing 100013，China)

This paper addressed the planning of coal panels under buildings and the optimization of mining sequence of panels in No. 10 Mining District，Jining No.2 Coal Mine.Based on the geological and mining conditions，subsidence analyses of different mining schemes，and the optimization of temporary or restructuring routes designed for protected buildings，on the condition of some buildings being reinforced and repaired，this paper evaluated the feasibility of the mining operation under buildings and designed the mining method for No.10 Mining District，the goals of safety and high efficiency have been realized，and 20Mt coal will be extracted in this district.

mining operations under buildings;mining schemes;design optimization

TD823.8

A

1006-6225(2012)04-0083-04

2012－02－13

天地科技股份有限公司技術創(chuàng)新基金:開采沉陷智能化預計系統(tǒng)的研發(fā) (KJ－JJ－2011－KCSJ－02)

賈 民 (1965－)，男，山東鄒城人，碩士，高級工程師，研究方向為采礦工程技術。