東龐礦村莊煤柱開(kāi)采方案研究

冀中能源股份有限公司東龐礦地測(cè)科 河北 邢臺(tái) 054201

1 村莊下壓煤開(kāi)采的必要性

根據(jù)東龐礦現(xiàn)在的生產(chǎn)格局,生產(chǎn)主要集中在深部地區(qū)的21100采區(qū)、21200采區(qū),-480m水平的2900采區(qū),以及井田南部邊緣地區(qū)的二煤擴(kuò)延區(qū);截至到目前,東龐礦井田范圍內(nèi)大部分資源已進(jìn)行了回采,剩余的煤炭資源多數(shù)處于村莊煤柱下方。21100區(qū)域主要有前魯亭村和后魯亭村兩個(gè)村莊,其中前魯亭村占地面積約為226500 m2,后魯亭村占地面積約為219300m2,村莊房屋均以磚木結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)房屋為主,其中,村子內(nèi)部建筑物多為老舊的磚木結(jié)構(gòu)房屋,村子外圍區(qū)域房屋以磚混結(jié)構(gòu)為主。為解放建筑物下壓占的煤炭資源,必須進(jìn)行開(kāi)采方案的合理設(shè)計(jì)和實(shí)施。

2 村莊下壓煤開(kāi)采的總體要求

“三下”采煤技術(shù)的研究,其主要目的是在滿足地面建(構(gòu))筑物安全的基礎(chǔ)上盡可能提高資源的回收率,同時(shí),開(kāi)采技術(shù)方案要切實(shí)可行,能夠?yàn)槠髽I(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。東龐礦魯亭村莊煤柱開(kāi)采的總體要求為:通過(guò)合理的開(kāi)采方案設(shè)計(jì)及地面建筑物處理措施,在保證地面安全的情況下,實(shí)現(xiàn)井下煤炭資源的合理采出。對(duì)于嚴(yán)重破壞范圍較小的區(qū)域,可實(shí)施村莊局部搬遷或就地重建的方法來(lái)保證資源的采量;對(duì)嚴(yán)重破壞范圍較大的區(qū)域,可通過(guò)井下開(kāi)采方案的調(diào)整,減小開(kāi)采引起的地面建筑物破壞程度。

3 開(kāi)采沉陷預(yù)測(cè)方法和預(yù)測(cè)參數(shù)

3.1 開(kāi)采沉陷預(yù)測(cè)方法 概率積分法是因其所用的移動(dòng)和變形預(yù)計(jì)公式中含有概率積分(或其導(dǎo)數(shù))而得名。經(jīng)過(guò)我國(guó)開(kāi)采沉陷工作者20多年的研究,目前已成為我國(guó)較成熟的、應(yīng)用最為廣泛的預(yù)計(jì)方法之一。本次預(yù)計(jì)分析選擇這一方法。

3.2 開(kāi)采沉陷預(yù)測(cè)參數(shù) 為了研究東龐礦長(zhǎng)壁工作面開(kāi)采引起的地表移動(dòng)變形規(guī)律,早在礦井建井初期,東龐礦就聯(lián)合科研單位在2107和2108工作面上方建立了開(kāi)采沉陷觀測(cè)站,通過(guò)對(duì)觀測(cè)站資料的處理,獲得了區(qū)域開(kāi)采沉陷的概率積分法預(yù)計(jì)參數(shù)。

隨后,為了豐富礦區(qū)開(kāi)采沉陷觀測(cè)成果,在鐵路上方2904上工作面開(kāi)采過(guò)程中,再次建立了觀測(cè)站進(jìn)行地表移動(dòng)觀測(cè)。

2904上工作面傾向145m,走向938m,開(kāi)采厚度4.43m,工作面采深490m-590m,采用走向長(zhǎng)壁一次采全高的方法開(kāi)采,全部垮落法管理頂板。

在工作面開(kāi)采過(guò)程中,對(duì)開(kāi)采引起的地表移動(dòng)變形進(jìn)行了48次觀測(cè),獲得了區(qū)域地表沉陷數(shù)據(jù)。根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了概率積分法預(yù)計(jì)參數(shù)求取。求參擬合效果如圖1。

圖1 求參擬合效果圖

從圖中可以看出,求參時(shí)取得了較好的擬合效果,求得的參數(shù)如下:

下沉系數(shù):0.95;

主要影響角正切:1.92;

最大下沉角:89°;

拐點(diǎn)偏移距:0.02H,H為采深。

從上述求參結(jié)果可知,求得的下沉系數(shù)與2107工作面和2108工作面相當(dāng)。原2107和2108工作面觀測(cè)站未進(jìn)行主要影響正切角的求取,而2904上工作面由于未進(jìn)行水平移動(dòng)的觀測(cè),無(wú)法進(jìn)行水平移動(dòng)系數(shù)求取,綜合2107、2108和2904上工作面的觀測(cè)成果,在進(jìn)行東龐礦地面建筑物下壓煤開(kāi)采地表沉陷計(jì)算時(shí)采用如下參數(shù):

下沉系數(shù):0.95;

主要影響角正切:1.92;

最大下沉角:89°;

水平移動(dòng)系數(shù):0.45;

拐點(diǎn)偏移距:0.02H,H為采深。

4 魯亭村莊煤柱開(kāi)采設(shè)計(jì)方案

魯亭村莊煤柱區(qū)域設(shè)計(jì)21112、21102和21102B三個(gè)工作面,其中21112工作面進(jìn)入了村莊煤柱范圍,21102和21102B工作面位于村莊煤柱外側(cè)。

采用上述計(jì)算方法和計(jì)算參數(shù)對(duì)各工作面開(kāi)采引起的地表下沉和移動(dòng)變形情況進(jìn)行計(jì)算。在計(jì)算時(shí),由于區(qū)域21114工作面停采時(shí)間不長(zhǎng),且距離村莊較近,因此綜合考慮21114、21112、21102和21102B四個(gè)工作面開(kāi)采對(duì)地表的影響情況。建筑物破壞情況統(tǒng)計(jì)如表1。

表1 魯亭村莊煤柱開(kāi)采方案村莊破壞比例統(tǒng)計(jì)

從以上數(shù)據(jù)及工作面布置可以得出,開(kāi)采引起后魯亭村村莊西部出現(xiàn)了破壞,其中大部分的破壞等級(jí)小于Ⅱ級(jí),但村莊北部個(gè)別建筑物出現(xiàn)了Ш級(jí)破壞,應(yīng)對(duì)受開(kāi)采影響的建筑物及時(shí)進(jìn)行處理。

同時(shí),在開(kāi)采的影響下,前魯亭村的西部區(qū)域少數(shù)房屋也產(chǎn)生了Ⅰ級(jí)破壞,破壞面積約占村莊總面積的4.28%左右。

5 產(chǎn)生的社會(huì)效益

設(shè)計(jì)的開(kāi)采方案可有效解放建筑物下壓占的煤炭資源,延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限,對(duì)保持區(qū)域社會(huì)可持續(xù)發(fā)展,維護(hù)社會(huì)和諧穩(wěn)定具有重要作用。該方案有效的避免了村莊大規(guī)模搬遷帶來(lái)的一系列工農(nóng)關(guān)系問(wèn)題,為井下資源合理回采和地面村莊有序搬遷提供了足夠的緩沖時(shí)間,有利于區(qū)域社會(huì)安定和企業(yè)發(fā)展。

6 結(jié)論

通過(guò)上述分析和計(jì)算,可得到如下主要結(jié)論:(1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的村莊房屋結(jié)構(gòu),區(qū)域建筑物結(jié)構(gòu)與《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)程》中規(guī)定的房屋結(jié)構(gòu)基本相符,建筑物損壞標(biāo)準(zhǔn)參照規(guī)程中的規(guī)定。(2)根據(jù)東龐礦2107、2108和2904上工作面實(shí)測(cè)資料,求取了礦區(qū)開(kāi)采沉陷預(yù)計(jì)計(jì)算所需的參數(shù),其中下沉系數(shù)為0.95,主要影響角正切為1.92,最大下沉角89°,水平移動(dòng)系數(shù)0.45,拐點(diǎn)偏移距0.02倍采深。(3)按照本設(shè)計(jì)方案開(kāi)采后,后魯亭村村莊西部出現(xiàn)了破壞?？偲茐拿娣e約占村莊面積的40%,其中Ⅱ級(jí)破壞約占村莊面積的9%。但在后魯亭村北部區(qū)域出現(xiàn)了約占村莊面積4%的Ш級(jí)破壞,應(yīng)及時(shí)對(duì)開(kāi)采影響區(qū)損壞嚴(yán)重的建筑物進(jìn)行處理。(4)結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況,簡(jiǎn)要計(jì)算了魯亭村莊煤柱開(kāi)采方案產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益。計(jì)算結(jié)果表明,魯亭村莊煤柱開(kāi)采方案可產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,有助于企業(yè)的生存和發(fā)展。