APP下载

建筑物下采区布置优化及地表下沉预计

2018-12-07张学斌

山东煤炭科技 2018年4期
关键词:三北下山采区

万 镇 张学斌 袁 奇

(1.山东联创矿业设计有限公司,山东 济南 250101;2.煤炭工业济南设计研究院有限公司,山东 济南 250031;3.山东科技大学,山东 青岛 266510)

合理选择采煤方法、适当加大工作面长度和加快工作面推进度实现合理集中生产是煤炭生产的重要技术原则,选择可行的开采方式又是其中的一个重要方面。采区的开拓布局应做到技术上可行,经济上合理,尽可能简化生产系统,减少开拓工程量,提高生产效率和经济效益。

1 概况

三北采区位于金庄煤矿的中南部,受冲刷作用影响,三北采区3下煤层与一、二、三采区3下煤层不连续,属于孤立块段。3下煤层为该区的主采煤层,赋煤面积约为0.89km2,煤层倾角8~10°,煤层赋存范围内全部可采,可采范围内煤层厚度0.71~1.45m,较稳定,结构简单。顶板为中、细粒砂岩,局部有0~0.3m泥岩、炭质泥岩伪顶;底板为砂质泥岩、细砂岩,局部有0~0.19m炭质泥岩、泥岩伪底。三北采区附近村庄包括吕坡、刘坡西村及刘坡东村,采区周边较远处还分布有G104国道、桥梁、零散厂房等。根据煤矿生产接续安排,33采区结束后进入三北采区生产,三北采区投产后,与32采区配采达到矿井核定55万t/a的生产能力。为了保证矿井的正常接续生产,降低煤炭开采对地表建筑物的影响,有必要优化采区布置和开采方法。

2 采区布置优化

2.1 采区布置研究

根据以上设计优化原则,结合三北采区煤层赋存条件和现有的生产系统情况,提出以下采区布置优化方案:

从二水平轨道暗斜井-580m标高处左侧开门,布置甩车场,落平后向正北方向布置三北采区轨道巷,平推三北采区轨道巷见3下煤后,向正东方向沿3下煤顶板布置三北采区辅助轨道下山,巷道倾角约2~4°,下山落底标高为-628m,落底后布置采区水仓。

在二水平胶带暗斜井A23’导向点下方10m处布置采区煤仓,仓底巷道底板标高约-603m,仓顶底板标高约-580m,从采区煤仓上口向正北方向布置三北采区胶带巷,在三北采区辅助轨道下山南侧布置三北采区辅助胶带下山,两条下山间净岩柱为30m。

此方案优点:

(1)采区辅助下山沿煤层布置,岩巷掘进工程量少,半煤岩工程量多,工期短,有利于采区的准备和接续;

(2)充分利用了现有巷道,运输系统简化、路线短,机电设备数量少,运输费用低;

(3)巷道布置充分考虑了断层及煤层赋存条件对开采的影响,可根据地质情况对其进行相应调整;

(4)工作面沿走向布置,受断层影响较小,且工作面推进长度较长,减少了搬家次数,提高生产效率;

(5)后期再回采采区辅助下山南侧的块段时,辅助胶带下山可以作为顺槽之用,充分利用已有巷道,节省工程量。

2.2 采煤工作面布置研究

根据三北采区内3下煤层赋存状况、开采条件及目前矿井的生产实践经验,确定三北采区3下煤层开采采煤工艺选用薄煤层综合机械化采煤工艺。采区内共布置10个工作面,其中沿三北采区辅助下山布置9个工作面,单翼布置,分别为3北01、3北02、3北03、3北04、3北05、3北06、3北07、3北08、3北09;沿三北采区胶带巷布置3北10工作面,后期回采3北10工作面时利用三北采区辅助胶带下山作为顺槽之用。由于三北采区受地面村庄影响,首采面布置在基本不受村庄压煤影响的区域,初步确定首采工作面为3北03工作面,如图1所示。

3 三北采区建(构)筑物下开采下沉预计

在煤层开采以前,煤层及其上覆岩层处于自然平衡状态,由于煤层的采出,覆岩失去支撑,引起采空区顶板岩层垮落,依次形成垮落带、裂缝带和整体移动带,相应地面下沉,出现凹陷状盆地,沉陷盆地随着采煤工作面的推进而移动。评价地表村庄房屋移动变形程度(主要针对本区域建筑物情况)的主要指标有:地表下沉值W(mm)、地表水平变形值ε(mm/m)、地表倾斜值i(mm/m)、地表曲率等。

图1 巷道布置及开采范围图

3.1 计算模型参数的选取

采用概率积分法进行地表移动变形计算,移动计算参数的正确选取是进行论证设计的关键。本次地表移动变形计算参数的取值为:

全采下沉系数:0.84;

充填开采下沉系数:考虑充填工艺及效果等因素,取0.3;

水平移动系数:0.3;

主要影响及正切:2.4;

拐点偏移距:5~10m;

开采影响传播角:87.2°;

开采厚度: 0.71~1.45m,平均1.08m。

3.2 开采方法及预计计算结果分析

根据煤层赋存条件及地面村庄分布情况,提出局部不采法的方法,针对该方式开采后仅在局部达到Ⅱ级破坏的特点,收缩开采范围,不开采采区最西侧的工作面,周边建筑物破坏等级控制在Ⅰ级内。

经过概率积分法预计,三北采区内3下煤层局部不采法条件下地表村庄民房、建(构)筑物变形破坏最大值如表1所示。

表1 局部不采法条件下地表变形预测计算结果

地表的移动变形情况、达到Ⅱ级损坏等级的范围如图2。

图2 局部不采法地表变形损坏图

由计算结果可以看出,采区内3下煤层在全采基础上不采3北01工作面、收缩开采范围后,吕坡村西北部的地面变形得到了一定的控制。开采后,全区最大下沉量1188mm;吕坡村最大水平变形值1.9mm/m,最大曲率变形值0.02×10-3/m,最大倾斜变形值为2.5mm/m;刘坡西村及刘坡东村最大水平变形值-1.3mm/m,最大曲率变形值-0.02×10-3/m,最大倾斜变形值为2.8mm/m,损坏等级均在Ⅰ级以内。

综合分析,设计推荐采用局部不采法,保留采区西部开采安全性差、成本高、可采范围较不确定的3北01工作面不开采,不仅可将村庄损坏等级控制在Ⅰ级内,而且不需建立充填系统,初期投入小、开采成本低,经济效益好。

4 结论

(1)巷道布置充分考虑了断层及煤层赋存条件对开采的影响,采区辅助下山沿煤层布置,岩巷掘进工程量少;充分利用了现有巷道,运输系统简化,路线短。

(2)采用局部不采法,地表村庄民房、建(构)筑物变形破坏得到了一定的控制,无需建立充填系统,开采成本低,管理简单。

猜你喜欢

三北下山采区
稠油热采区块冷采降粘技术应用
我的三北
双下山
下山记
三北工程要作出新的更大的贡献
11采区永久避难硐室控制瓦斯涌出、防止瓦斯积聚和煤层自燃措施
小猴下山
三北防护林与植树造林
小猴下山
基于Delphi-TOPSIS法的露天矿采区接续方案优选