薄煤層大采深條件下建筑物下開采技術(shù)研究

胡宗清 王海濤

（1.棗莊市國土資源局薛城分局，山東 棗莊 277000；2.棗莊市國土資源局嶧城分局，山東 棗莊 277300）

安陽煤礦隸屬山東安陽礦業(yè)有限責(zé)任公司，位于山東省薛城區(qū)鄒塢鎮(zhèn)境內(nèi)，由于大量煤炭資源被北安陽村莊壓覆，為解放被壓覆煤炭資源延長礦井服務(wù)年限，安陽煤礦開展了薄煤層大采深條件下建筑物下開采技術(shù)研究工作。

1 礦井地質(zhì)條件

1.1 地形地貌

井田的南部為丘陵地帶，北部的東側(cè)為地勢平坦的農(nóng)田，中西部為丘陵，地面標高+66.6m～+105.0m。

1.2 礦井地層特征分析

安陽煤礦位于陶棗煤田的中部，地層屬華北地臺型沉積，井田內(nèi)基巖被第四系覆蓋。根據(jù)已有勘探資料，井田內(nèi)發(fā)育震旦系、寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、侏羅系和第四系。

1.3 礦井構(gòu)造特征分析

安陽煤礦井田地層整體走向北東，傾向北西，地層傾角15～23°，井田為較寬緩的、軸向北西的向斜構(gòu)造。井田內(nèi)斷裂構(gòu)造比較發(fā)育，以正斷層為主，也有逆斷層存在，有少量火成巖侵入，地質(zhì)構(gòu)造類型中等。

1.4 14煤層結(jié)構(gòu)特征

安陽煤礦目前主采14層煤位于石炭系地層，開采深度為-450m～ -1000m，其上覆二疊系、侏羅系和第四系地層。14煤層厚為0.44～1.47m，平均1.26m，是礦井主要可采煤層之一。14煤層為中～特底灰、富硫、特低磷、高揮發(fā)份、中高～高熱值煤層，煤的牌號為氣煤，是良好的動力用煤。

1.5 煤層頂、底板特征分析

14煤層直接頂板為黑色頁巖，富含粘土，松軟易碎，厚0.3m；老頂?shù)诎藢踊規(guī)r，厚2.48～3.32m，平均厚約2.8m，致密、堅硬，比較穩(wěn)定，含燧石結(jié)核。底板為黑色頁巖，厚約7m，局部含砂質(zhì)，含黃鐵礦結(jié)核，遇水不易膨脹，工程地質(zhì)條件較好。

2 村下壓煤開采方案設(shè)計

2.1 開采方案

根據(jù)14101、14102工作面設(shè)計，可行的開采方案有充填開采、條帶開采、全采，由于研究區(qū)域煤層薄，埋藏深，經(jīng)綜合比較選用全采方案，并進行了開采沉陷預(yù)計。

2.2 預(yù)計方法

本次地表沉陷變形預(yù)計采用概率積分法。利用計算機模擬計算預(yù)測該礦井的地表變形。

2.3 預(yù)計參數(shù)

根據(jù)相鄰礦區(qū)以及類似條件礦井的巖移觀測數(shù)據(jù)，確定地表沉降預(yù)計參數(shù)為：下沉系數(shù)0.5，水平移動系數(shù)0.2，主要影響角正切值1.9。

2.4 預(yù)計結(jié)果

建筑物破壞的評價標準參照《建筑物、水體、鐵路及主要建行煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)范》的有關(guān)標準進行，其中Ⅰ級、Ⅱ級損壞等級限值如下：

Ⅰ級：水平變形≤2.0mm/m，曲率≤0.2 10-3/m，傾斜≤3.0mm/m；

Ⅱ級：水平變形≤4.0mm/m，曲率≤0.4 10-3/m，傾斜≤6.0mm/m。

14101、14102工作面開采后的地表變形預(yù)計最大值見表1，14101、14102工作面開采后地表變形情況等值線圖見圖1、圖2。

表1 14101、14102工作面開采后地表變形預(yù)計極值

依據(jù)Ⅰ級、Ⅱ級損壞等級限值，14101、14102工作面開采后北安陽村預(yù)計最大移動變形值處于Ⅰ級損壞范圍內(nèi)。

3 地表巖移觀測及分析

3.1 地表巖移觀測

為了充分反映地表移動與變形規(guī)律，沿14101、14102工作面走向方向布設(shè)兩條觀測線，垂直于14101、14102工作面走向方向布設(shè)一條觀測線，并按規(guī)定設(shè)置控制點及觀測點。在工作面開采前及開采完畢后分別進行了2次全面觀測，根據(jù)工作面推采的速度分別進行了16次日常觀測。

圖1 14101、14102工作面開采后地表下沉等值線圖

圖2 14101、14102工作面開采后地表走向水平變形等值線圖

3.2 觀測結(jié)果分析

14101工作面于2011年4月9日開始回采，至2011年8月底回采結(jié)束。14102工作面于2011年8月10日開始回采，至2012年2月底回采結(jié)束。觀測到的點位最大下沉值為190mm，位于H31號測點處。依據(jù)《三下規(guī)范》確定的下沉10mm的點為地表下沉盆地邊界點的標準，確定的該地質(zhì)采礦技術(shù)條件下的走向邊界角為59°2′，傾向上山邊界角為62°43′，傾向下山邊界角為57°24′。地表的最大傾斜變形為0.65mm/m，最大曲率變形0.0035mm/m，最大水平變形0.4mm/m。各變形值大大小于建筑物的臨界值，對地表建筑物影響很小。

3.3 概率積分法參數(shù)的確定

通過對14101、14102回采工作面地表移動變形觀測站的設(shè)置、實地測量、地表移動數(shù)據(jù)的處理和分析，獲得了適用于該地質(zhì)采礦技術(shù)條件下充分采動時的概率積分法計算參數(shù)：

開采影響傳播系數(shù)：K=0.6；

下沉系數(shù)：q=0.3；

水平移動系數(shù)：b=0.15；

主要影響角正切值：tanβ=1.7。

4 結(jié)論

安陽煤礦為了解放北安陽村莊壓覆資源，積極開展薄煤層大采深建筑物下開采技術(shù)研究。根據(jù)地質(zhì)條件，采用概率積分法對工作面回采情況進行預(yù)計，確定了采用薄煤層大采深條件下建筑物下全部開采方案開采技術(shù)，經(jīng)過14101、14102工作面試采驗證，地表巖移觀測及觀測數(shù)據(jù)的綜合分析，確定了該地質(zhì)采礦技術(shù)條件下充分采動時的概率積分法計算參數(shù)。14101、14102工作面開采后北安陽村等建構(gòu)筑物的最大下沉值較小，地表移動變形值均在Ⅰ級損壞范圍內(nèi)，實現(xiàn)了經(jīng)濟、安全回采，對解放深部薄煤層村下壓煤資源有重大推廣應(yīng)用價值。