三下采煤技术的探讨与研究

常 杰

（山西晋城煤业集团 寺河矿，山西 晋城 048205）

三下采煤技术的探讨与研究

常 杰

（山西晋城煤业集团 寺河矿，山西 晋城 048205）

分别从地面岩移观测站的设计与分析、保护煤柱的留设方法、建筑物下压煤的开采技术及建筑物的地上保护措施等方面进行论述，力求能够对煤矿“三下”压煤开采的生产与设计提供借鉴，提高对“三下”采煤技术的认识，推动我国“三下”采煤技术、提高煤炭产量及保护地面重要基础设施具有极其重要的意义。

三下采煤；保护煤柱；建筑物；开采技术

1 三下采煤的现状

三下采煤是建筑物下、铁路下和水体下采煤方法的统称。据目前不完全统计，我国国有骨干大中型矿井“三下”压煤量达到140亿t以上，然而，到目前为止，我国仅从“三下”采出的煤炭约有10亿t，只占整个“三个”压煤量的7%左右。另外随着对煤炭资源高强度、大面积的开采，所造成的地表沉陷不仅引起的矿区生态环境、地面建筑物、铁路、公路、水体、桥涵、管道、耕地、高压输电线等的破坏，而且给煤炭企业带来巨大的经济赔偿负担，同时也影响到矿区乃至社会工农业生产和可持续发展。

因此，如何逐步开采“三下”压煤，或如何规划矿井的采掘接替顺序，把对地表的影响控制在最低限度；或者如何搭配开采“三下”压煤，有计划地控制逐年的采动损害赔偿；或者以经济效益为第一要素采用一些特殊的开采方法,在不影响地表建（构）筑物的前提下部分开采出一些“三下”压煤量。这些都是目前煤炭企业已经面临而必须研究解决的问题。

三下采煤技术主要有开采沉陷和覆岩破坏理论、计算分析、特殊开采技术、地面建(构)筑物保护煤柱和水体保护煤柱设计等。三下采煤技术构成框图，见图1。

2 地表移动观测站设计

2.1 建立观测站的主要工作

图1 “三下”采煤技术构成框图

编制《工作面地表移动观测站设计方案》，根据观测站设计方案，进行日常观测工作现场指导；对工作面观测站实测数据进行分析处理；根据相关数据，研究、找出移动规律、确定移动参数；根据相关数据，计算边界角、移动角、下沉参数、拐点偏移距等地表移动参数；计算并绘制该工作面开采后的下沉曲线、倾斜曲线、曲率曲线等岩层分析图。

2.2 观测站的形式及位置

观测站的布设形式分网状观测站和剖面线状观测站。根据实际情况选取观测站的形式。一般选用剖面线状观测站，设置2条观测线，一条半走向观测线、一条全倾向观测线。走向观测线布置在工作面开切眼一侧，倾斜线布置在靠近开切眼一侧。

2.3 观测方法

根据测区实际情况选择合适的测量方法，一般采用导线测量和三角高程测量。

连接测量：分别在倾斜和走向线上建立了控制点，采用GPS进行观测站控制点连接测量。

高程测量：三角高程测量采用的全站仪以两个测回测竖直角，往返测量高差基本满足精度要求。

观测站全面观测和日常观测的观测次数和精度要求按《煤矿测量规程》中的有关规定执行。

在采动过程中，记录每次观测时的相应工作面位置、实际采出厚度、工作面推进速度、地质构造、水文条件等情况。

2.4 地表变形规律研究

为确保观测成果的正确性，在进行内业整理计算之前，对野外观测成果进行了检查后再进行计算。观测数据经整理改正后，进行变形观测线上各测点和各测点间的移动和变形计算。包括以下五种变形：各测点的下沉和水平移动，相邻两测点间的倾斜和水平变形，相邻两线段（或相邻三点）的曲率变形。最终，根据各测点的下沉值通过概率积分法，计算出边界角、移动角、下沉系数。

3 保护煤柱的留设

保护煤柱是指专门留在井下不予采出的、旨在保护其上方岩层内部和地表的保护对象不受开采影响的那部分煤柱。留设方法有垂线法、垂直剖面法和数字标高投影法。

3.1 垂线法留设保护煤柱

⑴确定受护边界。在平面图上（图1）按保护对象的保护等级平行于保护对象的轮廓线留设围护带。

⑵确定保护煤柱。①表土层受护范围：在煤层底板等高线图上，由受护边界向外量出S＝hctgψ。式中：S为表土层受护范围；h为表土层厚度，m；ψ为表土层移动角)从而得到基岩面上的受护边界。

②基岩受护范围：再从基岩面上的受护边界作各边界的垂线，这些垂线长按下式计算：

式中：θ为受护边界与煤层走向所夹的锐角；δ、β、γ为分别为走向方向、上山方向和下山方向的基岩移动角。

然后根据计算结果，分别在各垂线上量取q i、l i值，得 A、A′、B、B′、C、C′、D、D′各点，连接 A′B、AC、C′D、D′B′各线并延长，则相交于 1、2、3、4四点，形成四边形，即为所求的保护煤柱边界，见图2。

图2 垂线法计算煤柱示意图

3.2 垂直剖面法

垂直剖面法是利用选取的角值，采用垂直剖面作图来圈定保护煤柱的方法，适用于各类建筑物保护煤柱的设计。

4 建筑物下压煤开采技术

建筑物下开采技术主要是利用开采影响的移动规律和不同开采方式的地表下沉特点，通过采煤方法的设计，控制地表沉降或地表变形达到保护地面建筑安全的目的技术方法。

这些方法大体上可分为两大类:一类为控制地表沉降达到减少地表变形要求的方法：如条带开采、充填开采和限厚开采等；另一类为控制相对位置地表影响变形达到减少对受护对象影响变形的方法，如协调开采、全柱开采等。

5 建筑物的地上保护措施

村庄、城镇建筑物的地上保护措施一般分为采前加固，采后维修和抗变形建筑结构措施。加固措施主要针对采前已经存在的建筑物，抗变形建筑物结构主要针对在采动区新建的建筑物。

5.1 建筑物加固措施

（1）变形缝：设置变形缝是一项有效而经济的建筑物保护错施，在我国建筑物下压煤中较广泛采用。

（2）钢拉杆加固：钢拉杆通常设在楼板和檐口水平，用以承受地表正曲率变形所产生的拉应力.用钢拉杆加固有施工简便及钢材易于回收等优点。

（3）钢筋混凝土圈梁加固：为了增强建筑物基础抵抗地表水平和垂直变形能力,采用钢筋混凝土圈梁加固基础.对于重要的或较高的建筑物,还应在楼板或檐口水平设置墙壁圈梁。

（4）挖补偿沟：建筑物位于地表压缩变形区时,在建筑物基础周围挖一定深度的槽沟,用以吸收地表压缩变形,减小变形传递给建筑物基础侧压力,达到保护建筑物的目的。

6 结论

建筑物下采煤技术在我国应用比较广泛，技术也比较成熟，各地可以根据自身的实际情况，合理选择开采方法和开采设备以安全高效地开采建筑物下压煤;水体下压煤问题应该在遵循安全开采原则的前提下，充分考虑地质条件、环境因素等，确定最合适的开采方法;铁路下采煤有其与水体下、建筑物下采煤不同的特点:建筑物下、水体下采煤，事前、事中、事后都要分别采取有效的技术措施保证煤炭的有序开采，铁路下采煤必须在开采过程中采取技术措施，地表移动和变形对路基线路都有其影响。

[1]刘贵.古城煤矿深部厚煤层条带开采煤柱稳定性及对村庄的影响研究[D].北京：煤炭科学研究总院，2007.

[2]刘文栋.建筑物下、铁路下和水体下采煤[M].济南：山东科学技术出版社，1986.

Discussion of M ining Technology under Buildings,Railways and W ater

CHANG Jie

(Sihe Mine,Jincheng Coal Group,Jincheng Shanxi048205)

From design and analysis of ground surface shifting observing station,retainingmethod of protecting pillars,mining technology under buildings,and building protection above ground,the paper tried to provide information for the production and design of mining under buildings,railways,and water to improve the understanding of the mining,promote the technology,increase coal yield,and protect the important facilities above the ground.

mining under buildings,railways and water;protecting pillar;buildings;mining technology

TD823.83

A

1672-5050（2011）10-0051-03

2011-06-30

常 杰（1973—），男，山西晋城人，大学本科，工程师，从事矿井地测、生产技术及管理工作。

刘新光