村莊下采煤設(shè)計(jì)示例——條帶采煤法參數(shù)的確定及地表移動(dòng)變形預(yù)計(jì)
一、概 況
本采區(qū)走向長(zhǎng)度為500m，傾斜寬度為200-340m，采區(qū)面積為135000m²。煤層厚度為1.50m，煤層傾角為3.5-6.3º，平均為5.0 º。最小開采深度H1＝104m；最大開采深度H2＝124m；平均開采深度H0＝114m。采區(qū)地表為一村莊。
圖1 條帶采煤法巷道布置
1、采區(qū)皮帶機(jī)下山；2、采區(qū)軌道下山；3、集中運(yùn)輸巷；4、集中材料巷；
5、條帶工作面運(yùn)輸巷6、條帶工作面材料巷；7、開切眼；
→運(yùn)煤；•→進(jìn)風(fēng)； ◦→回風(fēng)
二、采煤方法選擇及有關(guān)參數(shù)的確定
（一）采煤方法選擇
本采區(qū)村莊下采煤，選用沿走向布置、沿傾斜推進(jìn)的條帶冒落采煤法。沿煤層走向布置10個(gè)開采條帶，條帶工作面為后退式開采順序，即工作面從北部邊界向集中平巷沿煤層俯斜推進(jìn)（見圖1）。條帶之間的開采順序亦為后退式，即先開采遠(yuǎn)離采區(qū)下山的最東部條帶，逐步向西部轉(zhuǎn)移，最后開采靠近采區(qū)下山的最西部條帶。運(yùn)煤系統(tǒng)及通風(fēng)系統(tǒng)見圖1箭頭所示。
（二）條帶采煤法有關(guān)參數(shù)的確定
1、采寬（b）的確定
采用條帶采煤法，開采后地表不出現(xiàn)波浪起伏形狀并呈現(xiàn)單一平緩的下沉盆地時(shí)，采寬b應(yīng)按公式（1）確定：
≤b≤ (1)
2、留寬（a）的確定
按長(zhǎng)煤柱公式計(jì)算，見公式（2）
現(xiàn)取a=30m
驗(yàn)算
1)按煤柱穩(wěn)定性驗(yàn)算
2)按煤柱是否存在核區(qū)驗(yàn)算
存在核區(qū)得條件是：a>0.01MH+8.4
0.01MH+8.4＝0.01×1.5×114＋8.4＝10.11
a＝30； 30>10.11(滿足要求)
3)按采出率驗(yàn)算
采出率P≤70％
三、地表移動(dòng)變形預(yù)計(jì)
采用概率積分法，并利用電算程序進(jìn)行預(yù)計(jì)。
（一）概率積分法地表移動(dòng)變形預(yù)計(jì)有關(guān)參數(shù)的確定
1、下沉系數(shù)
2）根據(jù)相似材料模型試驗(yàn)，采用條帶冒落采煤法時(shí)，條采下沉系數(shù)與全采下沉系數(shù)之比（q條/q全）與采出率（P＝ ）之間關(guān)系見表1。
表1
采出率P
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
q條/q全
0
0.01
0.04
0.12
0.21
0.33
當(dāng)P＝0.4時(shí)，q條/ q全＝0.04，q全 ＝1.0
q條 ＝0.04×1.0＝0.04
3）根據(jù)國(guó)內(nèi)外條帶開采經(jīng)驗(yàn)，條帶冒落采煤法，其下沉系數(shù)與采出率之間關(guān)系見表2。
表2
采出率％
下沉系數(shù)（最大－最小/平均）
40
0.02-0.05/0.03
50
0.07-0.12/0.10
60
0.13-0.16/0.15
70
0.18-0.23/0.21
當(dāng)P＝40％時(shí)，q條＝0.02-0.05
考慮到該煤礦為軟巖地層，因此取q條 ＝0.05
2、拐點(diǎn)偏距（S條）
3、主要影響角的正切（tgβ）
條采時(shí)的tgβ條 與全采時(shí)的tgβ全 之間關(guān)系見公式（5）
tgβ條 ＝（1.076-0.0014×H）tgβ全 （5）
式中，H－開采深度（上山H1 ＝104，走向H0 ＝114；下山H2 ＝124）
tgβ全 ＝2.6
tgβ條（上） ＝（1.076-0.0014×104）×2.6＝2.42
tgβ條（走） ＝（1.076-0.0014×114）×2.6＝2.385
tgβ條（下） ＝（1.076-0.0014×124）×2.6＝2.35
4、水平移動(dòng)系數(shù)b條
條采水平移動(dòng)系數(shù)b條 與全采水平移動(dòng)系數(shù)b全 之間關(guān)系見公式（6）
b條 ＝（1.29-0.0026×H）b全 （6）
b條 ＝（1.29-0.0026×114）×0.39＝0.39
5、開采影響傳播角θ條
條采開采影響傳播角見公式（7）
θ條 ＝90-0.68α （7）
α＝5°
θ條 ＝90-0.68×5＝86.6°
各參數(shù)列于表3
（二）概率積分法預(yù)計(jì)結(jié)果
很據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》，對(duì)于長(zhǎng)度或變形縫區(qū)段小于20m的磚石結(jié)構(gòu)房屋，其I級(jí)破壞（保護(hù)）時(shí)的地表允許變形值為：傾斜T≤ 3.0 mm/m；曲率K≤0.2×10-3/m；水平變形≤2.0 mm/m
利用電算程序，計(jì)算出《地表移動(dòng)變形計(jì)算成果表》（略）及《地表移動(dòng)變形最大值》（見表4），與此同時(shí)，還給出地表下沉、傾斜、曲率、水平移動(dòng)和水平變形的等值線圖（見圖2，3，4，5，6）。
表4
移動(dòng)變形名稱
符號(hào)
單位
數(shù)量
最大下沉值
Wm
mm
74.7
最大傾斜值
Tm
mm/m
+1.53 -1.74
最大曲率值
Km
10-3 /m
0
最大水平移動(dòng)值
Um
mm
+31.09 -27.03
最大水平變形值
εm
mm/m
+0.85 -1.07
四、結(jié) 論
由以上可知，地表最大傾斜、最大曲率、最大水平變形值均小于І級(jí)破壞（保護(hù)）時(shí)地表允許的傾斜、曲率及水平變形值。地面房屋僅受極輕微損壞或輕微損壞，可不修或簡(jiǎn)單維修。
很據(jù)我國(guó)建筑物下采煤經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)?shù)乇硭阶冃涡∮?mm/m時(shí)，地表變形不會(huì)傳遞到建筑物，對(duì)建筑物不會(huì)有任何影響。該村莊下采煤，采用條帶冒落采煤法時(shí)水平變形值絕大部分均小于1mm/m。因此，本設(shè)計(jì)所選定的條帶參數(shù)是合理的。
圖2地表下沉（W）等值線圖（單位mm）
圖3-1 沿X軸方向地表傾斜（T1）等值線圖（單位mm/m）
圖3-2 沿y軸方向地表傾斜（T2）等值線圖（單位mm/m）
圖4地表曲率等值線圖（K）
圖5-1 沿X軸方向地表水平移動(dòng)（U1）等值線圖（單位mm）
圖5-2 沿y軸方向地表水平移動(dòng)（U2）等值線圖（單位mm）
圖6-1 沿x軸方向地表水平變形（E1）等值線圖（單位mm/m）
圖6-2 沿y軸方向地表水平變形（E2）等值線圖（單位mm/m）
編寫于 2006.9.15
