采煤工程中兩次條帶法全柱開采技術(shù)的應(yīng)用

摘要：在進(jìn)行煤礦開采時，最大程度地提高煤炭的開采率是相關(guān)部門追求的工作目的。文章根據(jù)實踐情況，圍繞采煤工程中兩次條帶法全柱開采技術(shù)進(jìn)行一定的探討，使用條帶法采煤能很好地控制地下巖層的移動，實現(xiàn)了兩次條帶法全柱開采技術(shù)的應(yīng)用，采用這種技術(shù)既可以減小整體地面變形，又可以提高相關(guān)建筑的安全性。

關(guān)鍵詞：采煤工程；兩次條帶法；開采技術(shù)

中圖分類號：TD823 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）28-0120-02

1 兩次條帶法全柱開采技術(shù)介紹

采煤后地表建筑物變形。通過查閱相關(guān)的技術(shù)文獻(xiàn)，可以知道：假設(shè)在建筑物的地表下進(jìn)行采煤作業(yè)以后，建筑物在下沉?xí)r沒有傾斜現(xiàn)象，基本上對建筑物的受力情況沒有影響，比較安全；但是，假設(shè)地表在采煤后是傾斜變形，那么建筑物尤其是高層建筑，其承力能力就受到了很大的破壞，建筑穩(wěn)定性也遭到了極大的破壞；地表的曲率發(fā)生變化以后，底座面積過大的建筑物會受到很大的影響；地表的水平產(chǎn)生變化以后，通過土壤和建筑物地基之間產(chǎn)生的摩擦力會導(dǎo)致水平方向的拉伸和壓縮效應(yīng)。一般來說，采礦地區(qū)的建筑物都具有高度不高，底面面積較小這些特點(diǎn)，從這些角度考慮，采礦地區(qū)最該考慮的一個因素應(yīng)該是地表的拉伸水平變形。

煤礦開采時地表建筑物承受附件應(yīng)力的特性。對建筑物地下的煤礦進(jìn)行開采的時候，判斷建筑物是否受到了采動損害，主要有兩個方面：第一方面取決于建筑物地表采動時的變形指標(biāo)；第二方面取決于開采時建筑物承受附加應(yīng)力的能力。建筑物下的煤礦在開采的時候，其承受附加應(yīng)力的能力和相關(guān)建筑物的建筑質(zhì)量和整體設(shè)計時的承重結(jié)構(gòu)有關(guān)系，當(dāng)進(jìn)行地下開采的時候，相關(guān)建筑物的附件變形主要受到采礦地區(qū)地表變化的影響，而建筑物的附件變形就會引起建筑物的附加應(yīng)力。建筑物的附加應(yīng)力有這樣的特點(diǎn)：當(dāng)開采時建筑物所受到的附加應(yīng)力沒有達(dá)到建筑物損壞的程度之前，假設(shè)附加應(yīng)力不繼續(xù)增加，那么建筑物承受的附加應(yīng)力會隨著時間而逐漸變下，由此可以知道，建筑物地表下面的煤礦在進(jìn)行分次開采的時候，開采附加應(yīng)力并不是隨著開采次數(shù)而不斷地增加，進(jìn)行完第一次開采以后，給附加應(yīng)力一個稀釋減小的時間，然后再進(jìn)行第二次的開采，這就是二次開采法，在達(dá)到相同采煤結(jié)果的前提下，使用二次開采法開采時，建筑物所受到的附加應(yīng)力要小于一次性開采時的附件應(yīng)力。

小變形寬條帶全柱開采設(shè)計原則。恰當(dāng)?shù)牟蓪捠艿胶芏嘁蛩氐挠绊懀绮擅旱母叨?、深度、采煤處的地質(zhì)結(jié)構(gòu)等，為了提高采煤生產(chǎn)率，在最大限度上保證相關(guān)建筑物的安全性的前提下，應(yīng)該盡量使用大的采寬。傳統(tǒng)的條帶采煤方法受到技術(shù)手段的影響，對采寬的限制比較嚴(yán)格，并且不允許在移動盆地中間有任何的波浪形狀，一般來說，建筑物在設(shè)計的時候，都會考慮到整體結(jié)構(gòu)的承載性和抵抗變形的能力，并且，在采煤的過程中，波浪下沉一般都是避免不了的。從理論的角度上進(jìn)行分析以后可以知道，移動盆地出現(xiàn)了波浪和小變形以后，也可以增加采寬，只要這些小的變形小于建筑物設(shè)計時所允許的變形即可，這樣建筑物的承載結(jié)構(gòu)就不會發(fā)生太大的變化，能夠?qū)崿F(xiàn)采煤的安全性。采煤工程中兩次條帶法全柱開采的主要原則是基于小變形的考慮，考慮到了一次條帶開采時開采巖層移動的不完全性和二次條帶開采時巖層移動的整體性，更好地控制了采煤巖層的移動和變形；一次開采時，建筑物所受到的附加應(yīng)力會隨著中間的緩沖期慢慢地稀釋減小，充分利用這個特性，提高了建筑物抵抗變形的能力。

2 兩次條帶法全柱開采技術(shù)的實踐應(yīng)用

保護(hù)的情況簡介：需要地下開采煤礦的村莊建筑面積305.7平方米，住戶一千多人，建筑物總體分布情況比較密集，并且在總比例中，老房子占了大部分，年代比較久遠(yuǎn)，大部分是磚墻或者空心大塊磚的墻，基礎(chǔ)部分大部分是石頭，幾乎沒有打圈梁的，新房子一般都是兩層的小樓房。采用長壁式開采方法引發(fā)的巖溶塌陷：在該村莊使用長壁式開采方法進(jìn)行采煤作業(yè)以后，地表上出現(xiàn)了很多巖溶塌陷，其中，比較嚴(yán)重的有兩個地方：分別是3號塌陷和5號塌陷。3號塌陷區(qū)的塌陷位置位于工作面走向中央的運(yùn)輸巷外100m左右的地方，其塌陷處的直徑為15m，深度為3m；5號塌陷區(qū)則位于工作面傾斜中心的后方20m左右，其塌陷處的直徑11m，深度為2m。塌陷原因簡要分析：根據(jù)相關(guān)專業(yè)人士的分析，認(rèn)為此次塌陷的原因應(yīng)該與礦井排水無關(guān)，3號塌陷區(qū)域發(fā)生于采煤后的兩個月，5號塌陷區(qū)域發(fā)生于采煤過程中，從時間推斷，3號塌陷區(qū)和5號塌陷區(qū)都位于采動影響的時間范圍之內(nèi)，也位于采動影響的空間范圍之內(nèi)，經(jīng)過反復(fù)論證后，兩個塌陷區(qū)是由于覆巖水平離層和鉛垂裂縫引起的。兩次條帶法全柱開采在該村莊的應(yīng)用。

通過上述的分析，如果在村莊地下的煤炭開采使用大強(qiáng)度壁面開采的方式，則存在著一定的危險性，有可能造成巖溶塌陷，對村莊的建筑物造成影響，嚴(yán)重的甚至?xí)绊懘迕竦纳敭a(chǎn)安全。因此，為了保證開采時減小對建筑物的損傷和防止巖溶塌陷，應(yīng)該從技術(shù)手段上考慮降低開采時候的強(qiáng)度，盡力減小巖層的拉伸變形，從這些角度考慮，應(yīng)該采用安全性更高的二次條帶法全柱開采技術(shù)。因此，在該村莊的試驗地區(qū)煤炭一次不充分強(qiáng)度開采一年半以后，進(jìn)行了二次煤柱開采，達(dá)到了兩次條帶全柱開采的技術(shù)要求。

地表的移動觀測。相關(guān)工作人員在使用二次條帶法全柱開采技術(shù)試驗區(qū)設(shè)置了地表移動觀測站，分別對一次條帶開采和二次煤柱開采的情況進(jìn)行觀測，一次條帶開采觀測站經(jīng)過觀測，發(fā)現(xiàn)了地表最大的下沉深度為300mm，此時采用的是強(qiáng)度不充分的一次條帶開采方法，地表的水平變形為0.6mm/m，不算很大，普通的地表建筑物能夠承受住這樣的變形，并且村莊里面并沒有發(fā)生過由于開采而引發(fā)的安全事故，二次煤礦開采后，相關(guān)工作人員又在試驗開采區(qū)進(jìn)行了觀測，發(fā)現(xiàn)，二次開采后，地表的最大下沉深度是500mm，地表的水平變形是0.6mm/m。但是二次煤柱開采時引發(fā)的最大下沉深度和一次條帶開采時并不是處于同一個位置，而是錯開的，此時整體的地表最大下沉值為600mm，總體的地表水平變形為0.53mm/m，這些都有利于對建筑物的保護(hù)。

3 結(jié)語

在進(jìn)行采煤的過程中，必須要考慮采煤過程中建筑物安全性和穩(wěn)定性的問題，本文通過對各種不良狀況發(fā)生后對建筑物的影響，突出了在采煤地區(qū)使用二次條帶法全柱開采技術(shù)的必要性，隨后對二次條帶法全柱開采技術(shù)進(jìn)行了簡要的介紹，最后，通過列舉實例，從事實上證明了二次條帶法全柱開采技術(shù)比一次條帶開采技術(shù)具有更大的優(yōu)勢，更能保護(hù)建筑物的穩(wěn)定性，希望本文能夠?qū)ο嚓P(guān)的工程技術(shù)人員產(chǎn)生一定的指導(dǎo)意義。

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作者簡介：張世宏，男，陜西省清水川能源股份有限公司馮家塔礦業(yè)分公司副總工程師，研究方向：采礦工程。