羅克公路下采煤工藝設(shè)計(jì)方案與優(yōu)化

王文慧，王高尚，李躍龍

（大地工程開發(fā)（集團(tuán)）有限公司，北京 100000）

0 引 言

煤層開采形成大范圍的采空區(qū)，引起上覆巖層運(yùn)動，沉降延續(xù)到地表，形成下沉盆地和裂縫，對地面建（構(gòu)）筑物造成破壞性影響，威脅人民財(cái)產(chǎn)和生命安全。目前國內(nèi)“三下”（建筑物下、水體下和鐵路下）采煤問題越來越嚴(yán)重，為保護(hù)地面建筑物不因采煤受損，使其變形在允許范圍內(nèi)，常用的“三下”采煤方法有：條帶開采、限厚開采、充填開采等[1-4]。恒晉煤業(yè)E9103工作面上方地表有羅克公路，建設(shè)充填站嚴(yán)重影響產(chǎn)能，條帶開采采出率低，為保證羅克公路變形在允許值內(nèi)，將限厚開采靈活運(yùn)用，提出部分區(qū)域“只采不放”的采煤優(yōu)化方案。

1 概 況

恒晉煤業(yè)采用走向長壁綜放采煤法，全部垮落法管理頂板。E9101工作面割煤高度2.6 m，放煤高度2.54 m，累計(jì)開采厚度5.12 m。E9103工作面為接續(xù)工作面，計(jì)劃割煤高度2.6 m，放煤高度2.54 m，累計(jì)開采厚度約5.12 m，該工作面開采標(biāo)高+1 090—+1 035 m，煤層傾角14°，羅克公路從E9103工作面開切眼處通過，對應(yīng)開采深度235～290 m。

羅克公路全長40 km，為二級公路，涉及E9103工作面的長度約2.0 km，道路雙向兩車道，寬度約10 m，瀝青混凝土路面。采空區(qū)公路地基穩(wěn)定性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)公路工程地基容許變形值確定，羅克公路為二級公路，允許傾斜變形為4.0～6.0 mm/m，水平變形值為3.0～4.0 mm/m，曲率值為0.3～0.4 mm/m2，確定羅克公路允許變形值為水平變形值為6.0 mm/m。

2 地表沉陷預(yù)計(jì)

恒晉煤礦東一采區(qū)9+10煤層傾角14°左右，屬于緩傾斜煤層。概率積分法是我國在山區(qū)和平原地區(qū)被廣泛推廣應(yīng)用的地表移動變形計(jì)算方法，因此采用概率積分法進(jìn)行預(yù)計(jì)，選取預(yù)計(jì)參數(shù)：q=0.75，主要影響角正切（上山2.0，下山1.8），影響傳播系數(shù)0.65，水平移動系數(shù)0.3，拐點(diǎn)偏移距0.05H，同時(shí)沿公路路線的中心線布置45個(gè)預(yù)計(jì)點(diǎn)進(jìn)行離散元計(jì)算。

2.1 綜放開采羅克公路變形情況

由于篇幅原因，僅放地表下沉和水平拉伸變形等值線圖，分別如圖1、圖2所示。

圖1 地表下沉等值線Fig.1 Contour line of surface subsidence

圖2 地表水平拉伸變形等值線Fig.2 Contour line of surface horizontal tensile deformation

E9103工作面正常開采結(jié)束后，影響羅克公路長約607 m（下沉量大于10 mm的范圍），對應(yīng)離散點(diǎn)5號點(diǎn)～35號點(diǎn)，羅克公路所處地表最大下沉值為865 mm（對應(yīng)22號離散點(diǎn)）；最大傾斜變形值縱向5.97 mm/m（對應(yīng)28號離散點(diǎn)），橫向17.84 mm/m（對應(yīng)21號離散點(diǎn)）；最大水平拉伸變形值為9.44 mm/m（對應(yīng)27號離散點(diǎn)），最大水平壓縮變形值為7.61 mm/m（對應(yīng)21號、22號離散點(diǎn)）。

羅克公路離散點(diǎn)13號點(diǎn)至離散點(diǎn)31號點(diǎn)之間公路水平變形已超出了羅克公路允許變形值，公路可能產(chǎn)生臺階裂縫，因此E9103工作面正常開采不能保證羅克公路安全運(yùn)行。

2.2 “只采不放”羅克公路變形情況

“只采不放”根據(jù)開采條件選擇性的、有目的的限厚開采，不改變采煤方法和工藝、控制地表沉陷、減少煤炭資源浪費(fèi)。

根據(jù)“只采不放”優(yōu)化設(shè)計(jì)原則，進(jìn)行了多種方案的地表移動變形計(jì)算，按工作面推進(jìn)方向每2 m、機(jī)巷向風(fēng)巷方向每2 m進(jìn)行多方案組合計(jì)算，直至羅克公路所處地表水平變形值小于等于其規(guī)定的允許變形值6 mm/m為止，確定E9103工作面只采不放的區(qū)域和綜放開采的區(qū)域。

通過對各種可能的組合方案進(jìn)行計(jì)算，最終確定優(yōu)化設(shè)計(jì)方案為：從切眼推至120 m范圍內(nèi)只采不放，采高2.8 m；從120～200 m，采取對4～66號支架實(shí)施放頂，共余支架只采不放，然后200 m起實(shí)施綜放正常開采，“只采不放”范圍如圖3所示，地表沉陷預(yù)計(jì)下沉和水平拉伸變形等值線如圖4、圖5所示。

圖3 “只采不放”范圍Fig.3 Range of“mining not caving”

圖4 “只采不放”地表下沉等值線Fig.4 Contour line of ground depression with mining not caving

圖5 地表水平拉伸變形等值線Fig.5 Contour line of surface horizontal tensile deformation

恒晉煤礦E9103工作面按優(yōu)化設(shè)計(jì)方案開采結(jié)束后，影響羅克公路長約607 m，對應(yīng)離散點(diǎn)5號點(diǎn)～35號點(diǎn)，羅克公路所處地表最大下沉值為640 mm（對應(yīng)23號離散點(diǎn)）；最大傾斜變形值縱向4.52 mm/m（對應(yīng)28號離散點(diǎn)），橫向11.97 mm/m（對應(yīng)23號離散點(diǎn)）；最大水平拉伸變形值為5.96 mm/m（對應(yīng)28號離散點(diǎn)），最大水平壓縮變形值為5.52 mm/m（對應(yīng)22號離散點(diǎn)）。

因此按照該方案開采，羅克公路可通過開采過程中采取維修和維護(hù)措施后，保證安全運(yùn)行。

3 路線安全措施

3.1 建立公路觀測站

在采動影響范圍內(nèi)，在公路土質(zhì)路肩一側(cè)埋設(shè)觀測點(diǎn)，主要測量觀測點(diǎn)點(diǎn)距和高程。測點(diǎn)距的目的是隨時(shí)掌握縱向拉伸變形情況，分析判斷路面是否產(chǎn)生橫向裂縫，測高程的目的是為了及時(shí)掌握縱、橫坡度的變化。

3.2 建立公路巡檢制度

采動期間，為防止公路出現(xiàn)異常情況，危及安全，應(yīng)對路面等設(shè)施全面定期巡檢。選派有一定專業(yè)知識、責(zé)任心強(qiáng)的人擔(dān)任該項(xiàng)工作，事先進(jìn)行培訓(xùn)，建立必要的規(guī)章制度，如填寫巡檢日志，詳細(xì)記錄公路各方面情況與變化和巡檢人員的交接班制度等；同時(shí)應(yīng)配備必要的用具、通訊工具和報(bào)警設(shè)施。要全面巡檢與重點(diǎn)巡檢相結(jié)合；巡檢人員應(yīng)注意安全。

3.3 設(shè)立減速行車警示牌

在公路上、下行的適當(dāng)位置設(shè)立“采煤沉降區(qū)，減速慢行”警示牌，以保障行車安全。

3.4 建立應(yīng)急搶修機(jī)制

針對可能出現(xiàn)的主要災(zāi)害，制定必要的技術(shù)措施和搶修方案，儲備一定物資、材料，明確承擔(dān)搶修的工程隊(duì)伍，一旦出現(xiàn)特殊情況，能在最短時(shí)間內(nèi)修復(fù)。

4 結(jié) 語

根據(jù)恒晉煤礦E9103工作面的條件和與地表羅克公路的相對位置關(guān)系，針對性的提出部分范圍內(nèi)“只采不放”的開采方法，同時(shí)依靠概率積分法進(jìn)行離散點(diǎn)預(yù)計(jì)，優(yōu)化“只采不放”方案，控制公路變形在允許值范圍內(nèi)的同時(shí)，提高采出率，減少煤炭資源的浪費(fèi)，為類似條件下的煤炭資源開采提供一定的借鑒意義。