建筑物下急倾斜煤层条带开采的煤柱设计

1、第11卷第3期(总第70期)2006年6月煤矿开采CoalMiningTechnologyVo1111No13(SeriesNo170)June2006开采技术建筑物下急倾斜煤层条带开采的煤柱设计王明立,王忠武,胡炳南,陈宏忠22(11天地科技股份有限公司开采所事业部,北京100013;21北京昊华能源股份有限公司木城涧煤矿,北京102304)摘要以北京木城涧煤矿大台井建筑物下压煤开采为例,提出了急倾斜煤层开采条件下条带煤柱尺寸的确定方法和伪斜条带煤柱与边界煤柱相结合的条带布置方案,为急倾斜煤层开采地表沉陷控制提供了理论依据。关键词建筑物下;急倾斜煤层;煤柱设计;条带开采中图分类号TD3531

2、1文献标识码B文章编号100626225(2006)0320021202CoalPillarDesignofStripMininginDeeplyInclinedCoalSeamBuildingsWANGMing2li,WANGZhong2wu,HUBing2nan,CHEN21MuchengjianColliery,BeijingHaohuaEnergyL122(11CoalMiningTechnologyDept,TiandiScience&TechnologyLtd,Abstract:OntheillustrationofminingindeeplyinclinedcoalseamCol

3、lieryinBeijing,theconfirma2tionmethodofcoalpillardimensionandtheunitedofboundarypillarwereputforwardtoprovidethe2oryfoundationforthecontrolofsurfaceminingofdeeplyinclinedcoalseam1Keywords:deeplyinclinedstripmining;underbuildings1概述是把要开采的煤层划分为比较正规的条带形状进行开采,采一条,留一条,而留下的条带煤柱能够支撑上覆岩层的全部荷载,使地表只发生轻微的、均匀的移

4、动和变形。常规条带布置方式,可分为倾斜条带和走向条带。倾斜条带就是条带长轴沿煤层倾斜方向布置,其特点是适应性强,煤柱的稳定性好,缺点是工作面搬家次数频繁。走向条带是指条带煤柱的长轴沿煤层的走向布置,适应于煤层倾角较小的煤层,其优点是解决了工作面搬家次数频繁的问题,但增加了巷道掘进率。很显然,在急倾斜煤层开采条件下,最好采用倾斜条带布置方式,以最大限度地保证煤柱的稳定性。例如,北京木城涧煤矿大台井曾利用条带采煤法对-10m水平西十一采区进行试采。采区采用倾斜条带布置,煤柱宽度3050m,开采宽度5070m(图1)。但是,大台井条带煤柱的这种布置方式与其所用的俯伪斜走向长壁采煤法不适应,影响了采煤

5、效率。由于采出条带较窄,无法布置俯伪斜长壁工作面,如果仍然采用原有俯伪斜长壁采煤法,就要反复穿越条带煤柱,必将削弱保留煤柱的稳定性。因此,由于条带设计无法满足生产需要,木城涧煤矿不得不暂停建筑物下采煤。但江苏沛城煤矿采用斜坡采煤法对急倾斜煤层进行条带开采就目前我国建筑物下压煤开采的技术体系中,应用较多的是煤柱支撑控制技术,在我国主要是条带法开采技术。在倾斜和缓倾斜煤层开采条件下,由于采煤方法简单,煤柱稳定性容易保证,在建筑物下压煤开采方面已经有了较多的成功实例,其开采设计理论和实践基础已经比较完备。但在急倾斜煤层开采条件下,由于煤层倾角较大,岩石重力作用方向与岩层层面方向所成的夹角变小,使采场

6、上覆岩层重力载荷沿岩层层面方向的分量增加,而法向分量却相对减小,造成其覆岩破坏和煤柱稳定性规律与缓倾斜煤层有显著差异。同时,我国急倾斜煤层的开采方法与倾斜缓倾斜煤层的开采方法完全不同,其煤柱布置方法也不能完全按照缓倾斜煤层条带煤柱布置方式进行。因此,急倾斜煤层建筑物下压煤开采技术研究,特别是急倾斜煤层煤柱设计理论和煤柱布置方法研究,对于丰富和完善我国建筑物下压煤开采理论具有重要意义。2急倾斜煤层采煤方法与条带采煤法的适应性我国建筑物下压煤开采常用的条带采煤法,就收稿日期2005-11-22作者简介王明立(1973-),男,河南唐河人,在读博士研究生,从事煤矿开采沉陷有关研究与技术工作。21总第

7、70期煤矿开采2006年第3期取得了成功。沛城煤矿煤层厚度3155m,煤层倾角52,留设倾斜条带煤柱,采宽20m,留宽25m,响。急倾斜煤层开采条件下裂隙带发育高度的计算公式为:Hli=实现在县城建筑物下安全开采,保护了地面密集建筑物群和地面景观。ah+b(3)式中,M为煤层采高,m;h为采空区阶段垂高,m;a,b为与覆岩岩性有关的参数,上覆岩层为坚硬岩性时,a=411,b=133。则急倾斜煤层开采条件下走向条带煤柱的尺寸应为。Wz=Hlisin+2x0+L0(4)图1大台井原条带煤柱布置方案总结急倾斜煤层条带开采经验,急倾斜煤层开采条带煤柱的设计和布置必须满足以下要求:(1)条带煤柱布置方式

8、与采煤方法密切相关,是决定急倾斜煤层条带开采成败的重要因素。置条带煤柱时,效率。(2)证。效果的基本要求。在提高采煤效率的基础上,必须保证条带煤柱具有足够的稳定性,达到减缓地表移动变形的目的。3急倾斜煤层条带开采煤柱设计311走向条带煤柱尺寸的确定式中,L0,徐永圻等推荐取12m,建议取L0=10L。312,倾斜条带煤柱一般。目前比较常用的边界煤柱设计是英国和美国学者提出的经验计算公式。(1)英国边界煤柱设计公式:边界煤柱的宽度应为上覆岩层厚度的1/10加1317m:Wq=H010+1317(5)式中,H0为采空区平均采深,m。(2)美国边界煤柱设计公式:边界煤柱的宽度与煤层厚度和上覆岩层的厚

9、度有关:Wq=H010+4M+611(6)在考虑煤层倾角的条件下,煤柱边缘的塑性区宽度可由下式计算:x0=02tankH0cosM0sin02tan(1)式中,M为煤层开采厚度,m。由式(5),(6)计算后,可取二者较大值作为边界煤柱的最终宽度值。4应用实例2C0-M0sin02tan式中,A为侧压系数;0为煤层与顶底板之间的);C0为煤层与顶底板之间的内聚内摩擦角,(3力,MPa;0为煤层密度,kN/m;H为埋深,m;的k为支承压力系数,一般为23。由于M0sin木城涧煤矿开采的是急倾斜煤层群,煤层倾角一般为4588,共有可采煤层8个,煤层间距1040m。矿井开拓方式为底板集中运输大巷、采区

10、石门开拓煤层群,采煤方法主要为俯伪斜走向长壁分段密集采煤法。大台煤柱位于大台井田的中部,为大台井工业广场和家属区建筑物所压,走向长达3500m,可采储量达1110Mt,煤柱储量占矿井总储量的1/3。由于大台煤柱压煤量较大,矿井生产接续紧张、煤炭资源储备不足的矛盾日益显现。为配合矿井技术改造,解放大台煤柱的迫切性日益突出。大台井田地表为山区地形,地面建筑物无处搬迁,因此,实现建筑物下安全开采并最大限度地采(下转44页)值与C0相比一般较小,可近似认为M0,0sin则上式可变为:x0=02tanH0costan0KC0(2)在急倾斜煤层开采条件下,采空区裂隙带的最大高度点不出现在顶板岩层内,而是出

11、现在采空区上边界以上的所采煤层内。因此,急倾斜煤层开采走向条带煤柱的稳定性还要受到采动裂隙带的影22总第70期煤矿开采2006年第3期5安全管理技术措施(1)为了刮板输送机的顺利对接,对接前采(1125m),支架要与运输机垂直。(5)拆除刮板输送机尾时要由专人统一指挥。煤机司机要将工作面下端头的顶底板与“三角改造巷”的顶底板割平,严禁出现台阶。(2)调架过程中,所调支架与工作面最后面支架之间的单体支柱要随着支架的调整逐渐回撤,严禁一次性将支柱全部回撤。每一架支架调走之后,必须及时在原位置支设带帽点柱。每一组支架调整完毕后,必须及时恢复下端头支护。(3)支架调整过程中人员要站到安全地点操作,支柱

12、要找好支点,掌握好支架重心,不得出现倒架现象。(4)调整支架时必须注意控制好架间距(上接22页)拆卸期间要时刻注意机尾的下滑或倾倒,人员要站在安全地点作业,防止造成挤伤事故。(6)改接液压管路必须在关上截止阀或卸压后操作,先检查管路有无裂口或掉销子现象,防止高压管伤人。6结束语在综采工作面“三角巷”对接中,由于方案选取正确,工作方法得当、生产组织合理、各工序衔接严密,仅用了2d的时间在保证安全生产的前提下,“三角巷”的责任编辑:文学宽Wq=5611m。综合考虑式(5)、6)取倾斜条带的煤柱尺寸为5611m。在实际应用中,由于走向方向布置的是伪斜煤柱,其能够保持稳定的宽度应大于倾斜煤柱宽度,但小

13、于走向煤柱宽度,因此可取二者平均值作为伪斜煤柱的设计宽度:(Wz+Wq)(7)Ww=2将计算结果带入上式,可得Ww=61142m。5结论出煤炭资源就成为惟一选择。长壁采煤法,25左右。,必将减小工作面走向推进长度,降低生产效率,提高巷道掘进率,这对于保证矿井的生产能力和经济效益极其不利。同样,留设走向条带也存在上述不利因素,同时会极大地影响条带煤柱的稳定性。鉴于上述原因,决定采用伪斜条带煤柱与边界煤柱相结合的条带布置方案(如图2)。其主要特点是:利用边界煤柱对上覆岩层主体进行控制,利用伪斜方向的保留煤柱对上覆岩层进行辅助控制,从而最大限度地提高了采煤效率和岩层控制效果。通过对急倾斜煤层建筑物下

14、条带开采的实践分析,为充分发挥大台井急倾斜煤层开采俯伪斜长壁采煤法的生产效率,提出了伪斜条带煤柱与边界煤柱相结合的条带布置方案,并给出了急倾斜条件下的煤柱设计方法。本设计不仅较好地适应了木城涧煤矿大台井的采煤方法,实现了最大限度回收煤炭资源的目的,而且能够有效控制地表移动变形,有利于保证建筑物的使用安全。参考文献1煤炭科学研究院北京开采所1煤矿地表移动与覆岩破坏规律及其应用M1北京:煤炭工业出版社,198112周鸣,谭志祥,凌赓娣,等1沛城煤矿急倾斜厚煤层条带图2大台井建筑物下条带开采的煤柱布置方案开采地表沉陷规律研究J1矿山测量,1998(1):1721913徐永圻,王悦汉1短壁开采技术M1徐州:中国矿业大学对于大台井西十采区4槽,M=215m,=63,A=013,k=215,=25kN/m,0=30出版社,198714国家煤炭工业局1建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设N/m,C0=110MPa,h=100m,H0=0=17k400m,则由式(2)可得,x0=1123m;