减少开采沉陷影响的技术措施.ppt

2减沉开采技术 2 1开采引起的地表沉陷规律2 2开采沉陷对地面建筑物的影响2 3减少开采沉陷影响的技术措施2 4条带开采技术2 5充填开采技术2 6部分充填开采技术 2 3减少开采沉陷影响的技术措施 一 留设保护煤柱二 减少开采沉陷影响的井下技术措施三 减少开采沉陷影响的地面技术措施 一 留设保护煤柱 1 保护煤柱设计概述2 保护煤柱设计原理3 垂直剖面法设计保护煤柱4 垂线法设计保护煤柱 1 保护煤柱设计概述 1 保护煤柱概念为保护地貌 工业场地 地面建筑物 铁路 堤坝等而保留不采的实体煤 2 留设保护煤柱优点是保护地面建筑物不受采动损害的最有效措施 3 留设保护煤柱缺点煤炭损失大 使采掘工作复杂化 并有可能导致应力集中从而带来安全威胁 工业场地建筑物和构筑物 矿井主要通风机房及其风道等设施 国务院明令保护的文物 纪念性建筑物 采用不搬迁或就地重建采煤在技术上不可能或经济上不合理 搬迁又无法实现或在经济上严重不合理的建筑物或构筑物 采后重要建筑物或构筑物所在的地表可能产生抽冒 切冒 滑坡等形式的塌陷漏斗坑 突然下沉或滑动崩塌 造成对重要建 构 物地基严重破坏的 4 需要留设保护煤柱的地面建筑物 1 保护煤柱设计概述 建 构 物所在的地表下面潜水位较高 采后因地表下沉导致建 构 物及其附近地面积水 又不能自流排泄或采用人工排泄方法经济上不合理的 重要河 湖 海 堤 库 河 坝 船闸 泄洪闸 泄水隧道和水电站等大型水工建筑工程 高速公路 机场跑道 需要留设保护煤柱的地面建筑物 续 1 保护煤柱设计概述 工业广场煤柱风井煤柱铁路煤柱村庄煤柱 5 毕业设计应设计的保护煤柱 1 保护煤柱设计概述 2 保护煤柱设计原理 在保护对象的下方留一部分煤炭不开采 使其周围的煤炭开采对保护对象不产生危险性的移动和变形 b c a d 保护对象 周围 围护带 移动角 抵消留设保护煤柱时移动角的误差抵消井上下位置关系确定不准确误差 增加围护带的目的 地面建筑物本身的面积 建筑物周围增加了围护带后扩展的面积 1 围护带 建筑物受保护面积 2 保护煤柱设计原理 建筑物保护等级与围护带宽度 围护带尺寸取决于建筑物的重要性和破坏后的后果 2 保护煤柱设计原理 2 移动角 2 保护煤柱设计原理 在达到或接近充分采动时的移动盆地主断面上 地表最外的临界变形点和采空区边界点连线与水平线在煤壁一侧的夹角 称为移动角 基岩移动角 松散层移动角 黄土层风化堆积物45 55 砂层 h h 移动角 2 保护煤柱设计原理 移动角煤层底板等高线井田地质剖面井上下对照图 3 垂直剖面法设计保护煤柱 作图法 所需资料 沿煤层走向和倾向做剖面 在剖面上由岩层移动角确定煤柱宽度 并投影到平面图上 得到保护煤柱边界 a b c d b e c f a g d h n n n m q p q p e f g h i i剖面 ii ii剖面 1 圈范围 2 作剖面 3 找边界 4 投影点 5 煤柱线 m m 3 垂直剖面法设计保护煤柱 没有给建筑物增加围护带没有用松散层移动角 上山移动角 或下山移动角 位置颠倒 或均用了走向移动角 垂直剖面法设计保护煤柱时常出现的错误 3 垂直剖面法设计保护煤柱 垂直剖面法煤柱尺寸的计算 3 垂直剖面法设计保护煤柱 计算从保护边界所做的垂线长度 s hcot 4 垂线法设计保护煤柱 垂线计算 过a b c d角点 分别作垂直ab bc cd和ad直线的垂线 la1和lb qb和qc1 qc2和qd la2和ld 4 垂线法设计保护煤柱 涉及单独线条的保护对于每条线来说 只有伪倾斜上山方向的移动角 或伪倾斜下山方向的移动角 埋深变化 垂线长度不同 垂线法设计保护煤柱分析 4 垂线法设计保护煤柱 1 下沉控制技术 二 减少开采沉陷影响的井下技术措施 条带开采 房柱式开采 充填开采 部分充填开采 多工作面开采变形控制技术 即协调开采技术 单一工作面开采变形控制技术 2 变形控制技术 煤层划分为若干条带 各条带相间开采 采出条带采出后 由保留条带支撑上覆岩层重量 条带采煤法能够有效地减少地表变形 减少地表下沉量可达80 90 1 下沉控制技术 条带开采 主要缺点是采出率低 采出率30 60 巷道掘进多 工作面效率低 b a 1 下沉控制技术 房柱式开采 1 技术原理 房柱式开采是从煤房或巷道中开采煤层 而在各煤房或巷道之间保留部分残留矿体作为煤柱 以支撑上覆岩层从而达到控制地表沉陷的目的 1 下沉控制技术 房柱式开采 2 优点 房柱式开采具有开拓准备工程量小 出煤快 设备投资少 工作面搬迁灵活等优点 而且巷道压力小 围岩破坏程序低 地表下沉量小 尤其是采用房柱式连续采矿工艺时 采煤机 装载机 梭车和锚杆机协调作业时 也具有很高的生产效率 煤层埋藏深度一般不宜超过300m 500m 煤层厚度0 8 4 0m的非近距煤层 顶板要求坚固密实 掘进巷道可采用非循环锚杆支护的顶板最为理想 煤层倾角10 以下 最好为近水平煤层 底板较平整 不太软 且顶板无淋水 低瓦斯煤层 且不易自然发火 煤层硬度 中硬及硬煤层 无坚硬的夹矸或较多的黄铁矿球 1 下沉控制技术 房柱式开采 3 适用条件 条带开采的机械化程度较房柱开采差 单产与效率差 房柱开采的设备投资大条带开采的长期稳定性好于房柱开采相同采出率时 条带开采地表下沉大于房柱开采条带开采的适应性较房柱广 1 下沉控制技术 房柱式开采 4 与条带开采的比较 模型建立 模型的几何尺寸为x y z 1000 800 300m地面标高 50m 表土层厚 100m 基岩厚度 100m 煤层厚度 3m 底板厚度 47m 开采范围 246 216m 1 下沉控制技术 房柱式开采 采出率50 81 房宽6m房柱为15 18m 1 下沉控制技术 房柱式开采 采出率50 81 采3个条带 采宽41 67m 留3个条带 留宽40 33m 条带开采和房柱开采的地表下沉最大值均偏小 采深为200m 房柱式开采最大下沉值为0 088m 条带开采最大下沉值为0 174m 房柱式开采的最大下沉值为条带开采的一半 1 下沉控制技术 房柱式开采 房柱与条带开采比较的主要结论 1 下沉控制技术 充填开采 充填开采是利用不同充填材料对采空区进行直接充填 该方法相当于减小了开采煤层的厚度 对于减小地表沉陷比较有效 1 下沉控制技术 部分充填开采 部分充填开采 是相对全部充填而言的 其充填量和充填范围仅是采出煤量的一部分 它仅对采空区的局部或离层区与冒落区进行充填 靠覆岩关键层结构 充填体及部分煤柱共同支撑覆岩控制开采沉陷 采空区条带充填技术 冒落区注浆充填技术 离层区注浆充填技术 部分充填 分区隔离注浆充填技术 2 变形控制技术 变形控制技术是根据不同受护对象 通过合理布设工作面 如合理设计工作面长度 回采顺序等 让各工作面开采的相互影响能够得到有利叠加 使叠加后的变形值小于受护对象的允许变形值 以达到减小开采对受护对象影响的目的 2 变形控制技术 协调开采 协调开采是指 为了减少采动对建筑物的有害影响 几个邻近煤层 厚煤层的几个分层或同一煤层的几个工作面同时开采时 合理布置回采工作面之间位置 错距和开采顺序 使一个工作面的地表变形与另一个工作面的地表变形互相抵消 以减少开采引起的地表动态和静态变形 1 单一煤层多工作面协调开采 2 变形控制技术 协调开采 锯齿状工作面 台阶状工作面 原理 先采的部分为非充分采动 变形量小 让后采工作面的拉伸变形与先采工作面的压缩变形抵消一部分 单一煤层多工作面协调开采 续 2 变形控制技术 协调开采 对称背向开采 当建筑物 如烟囱等 抵抗压缩变形的能力较大 而对倾斜和拉伸变形又十分敏感 则可采用对称背向开采 2 多煤层 厚煤层分层 协调开采 2 变形控制技术 协调开采 两层煤错开的距离l 结果 少受一次拉伸变形和压缩变形 当上煤层较薄下煤层较厚时 使最大拉伸变形减少 建筑物仅承受初采工作面最大拉变形和最终工作面的压缩变形问题 采掘接替和巷道布置有特定的要求 我国未应用 2 多煤层 厚煤层分层 协调开采 续 2 变形控制技术 协调开采 实例 兖州吴官庄村下采煤 开采深度260 350m 开采煤层两层 分别为0 92和0 98m 工作面走向长1300m 倾斜长860m 地面村庄495户 建筑物面积5万m2 采用双对拉 齐头450m长工作面开采 使建筑物位于移动盆地的平底部位 两层煤开采后 地面建筑物大多数在 级损害以下 另外在峰峰等矿区也进行了协调开采保护建筑物的试验 试验效果较好 2 多煤层 厚煤层分层 协调开采 2 变形控制技术 协调开采 1 长工作面连续开采 2 变形控制技术 单一工作面开采 大面积开采 超充分采动 时 地面建筑物将处于下沉盆地的平底内 使建筑物仅承受较小的动态变形 而静态变形很小 以此达到保护目的 2 平行长轴开采 2 变形控制技术 单一工作面开采 a 当建筑物位于开采区域内时 工作面推进方向应与建筑物长轴方向垂直 图 a b 若建筑物位于开采区域之外时 工作面推进方向应与建筑物长轴方向平行 图 b c 应尽量避免工作面与建筑物长轴斜交 图 c 三 减少开采沉陷影响的井上技术措施 设置钢筋混凝土圈梁 钢拉杆 抗变形建筑物 组装式建筑物 挖变形补偿沟 设置滑动层 设置变形缝 1 刚性措施 2 柔性措施 1 刚性措施 多数建筑物以砖石结构为主体部件 一般多因拉应力和剪应力超限而破坏 通过加设钢拉杆 钢箍或圈梁 一方面可以提高建筑的整体性和刚度 减小梁柱接头相对滑动和墙壁偏倒等破坏 另一方面又可增强砖石结构建筑物的抗拉和抗剪能力 1 设置钢筋混凝土圈梁 钢拉杆 1 刚性措施 安装钢拉杆 设置圈梁 钢筋混凝土锚固板 1 锚固板 2 锚固端 3 受力钢筋 4 钢筋网 5 油毡两层 6 砂层 国内实践表明 可以抗 级以上采动变形 13 17mm m 目前已在资江 阳泉 峰峰 邢台 徐州 大屯等矿区应用 该法的主要优点是避免重复搬迁 节约搬迁用地 解决多煤层开采 村庄搬迁选址难的问题 抗变形建筑物费用与一般建筑物相比增加20 30 左右 1 刚性措施 2 抗变形建筑物 3 组装式建筑物 1 刚性措施 已在兖州进行了初步试验 可以方便调整 搬迁和重新组装 一般用于高潜水位矿区 2 柔性措施 1 挖变形补偿沟 可以吸收20 40 的水平压缩变形 减轻压缩变形对建筑物的影响 2 柔性措施 2 设置滑动层 如果滑动层设