条带开采 [建筑物下方煤矿条带式开采研究]

　　摘要：我国煤矿资源丰富、分布广泛，由于地质条件和开采区的建筑物分布以及煤层埋藏深浅等因素的影响，不同的开采条件所采用的开采方式也各不相同。文章针对开采区上方有建筑物分布的采掘区，研究采用条带开采的方法可行性，在保证煤矿开采作业安全性和产量的同时，有效保证矿井地面建筑物的安全，保证整个矿区可持续发展。
　　关键词：建筑物；条带式；煤矿开采；地表移动；地表变形
　　中图分类号：TD823 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）28-0126-02
　　1 概述
　　我国煤矿资源丰富、分布广泛，由于地质条件和开采区的建筑物分布以及煤层埋藏深浅等因素的影响，不同的开采条件所采用的开采方式也各不相同。本文主要针对开采区上方有建筑物分布的采掘区，研究采用条带开采的方法可行性，在保证煤矿开采作业安全性和产量的同时，有效保证矿井地面建筑物的安全，保证整个矿区可持续发展。
　　2 煤矿条带式开采的相关理论
　　2.1 煤矿条带式开采的基本概念
　　条带式煤矿开采方法是煤矿部分开采法的一种，主要原则是将开采区域内的矿层从横向上人为的划分为较为规则的条带形状，逐条带地对煤层进行开采，采一条，留一条，使留下的条带煤柱足以支
　　撑上覆岩层的重量，而地表只产生较小的移动和变形。条带式开采方法是“三下一上”矿床主要防水开采方法之一，该方法的主要优点是能够有效地控制煤层上方覆岩层和地表沉陷，保护地表建（构）筑物和生态环境，是煤矿绿色开采技术之一，其缺点主要表现工作面频繁的移动调整变化、大型机械化作业
　　难度加大，开采效率受到一定程度的影响。
　　2.2 条带式开采的主要适用条件
　　条带式是开采中常规的开采方式，与长壁式开采、综采法等相比，其主要优点是开采煤柱稳定、开采区围岩受力均匀、变形小、岩层上方的建筑物沉陷小。该方法主要适用于矿区上方建筑物密集且建筑物分布结构复杂，矿区分布着桥梁、铁路干线、文物保护单位重要建筑，难以搬迁的村庄，湖泊、河流、水库等永久水体，煤层埋藏深度在400～500m以内，单一煤层，厚度比较稳定的开采区。
　　2.3 煤矿条带式开采的分类
　　目前，按照条带开采的走向设计和布置方式，可分为走向条带、倾斜条带、伪斜条带三类。走向条带的条带设计方案沿着煤层的走向方式布置，该方案主要使用于煤层水平或缓倾斜分布的矿区，主要优势是可减少工作面的移动次数，保证了开采的效率，不适用倾斜度大的煤层；倾斜条带开采的条带长轴方向沿煤层倾斜方向布置，该方案主要适用于煤层倾斜分布的矿区，采用该方式开采可有效保证煤柱的稳定性，应用最为广泛，主要缺点是效率低，工作面经常搬迁移动；伪斜条带主要适用于倾角大于35°的煤层，条带设计与煤层的分布走向斜交。
　　3 建筑物下方煤矿条带式开采设计研究
　　3.1 条带式开采需遵循的基本原则
　　煤矿开采的首要也是最重要的前提是保证开采工作的安全以及开采区的建筑物、人民群众的生命财产安全。加强开采区域的环境保护和地质环境的监测与控制，在此前提条件下，采用合理的开采方式和手段，最大限度地提高煤炭资源回收率。但安全和回收率是一对矛盾的综合体，开采条带设计宽，资源回收率高，则留设煤柱相应变小，不利于矿区稳定和上方建筑物的安全；条带过窄可保证安全，但出煤率低，资源浪费严重，所以必须综合考虑多种因素，详细设计条带的宽度和开采的进度，条带式开采需要遵循一定的原则：首先，煤柱稳定性原则，一切设计和开采工作的前提是煤柱的稳定安全；其次地表允许变形原则，条带开采以稳定安全为前提，但并非不允许变形，只需保证地面沉降和建筑物变形在允许范围内即可；再次是回采率原则，在保证安全稳定和变形在运行范围内的情况下，最大限度地设计条带的宽度，保证回采率；最后是缩短变形时间原则，一般而言，条带开采设计地面和建筑物变形时间一般为长壁式开采变形持续时间的一半。
　　3.2 条带式开采地表移动和变形预计方法
　　条带式煤矿开采的主要优点是能够有效避免地面建（构）筑物的过度变形，影响其安全性，因此，在开采前需要采用相关理论和模拟算法对条带式开采引起的地表移动和变形进行预计和分析。目前，常用的预计方法是通过实验获取全采与条带开采地表移动预计参数关系经验公式的经验系数，对地表移动和变形规律进行模拟。常用的经验公式主要包括以剖面函数法和典型曲线法为代表的经验方法（Empirical Method）、波兰学者Budryk和Knothe提出的基于正态分布型的影响函数、连续介质力学方法、数值模拟方法、三维层状介质理论、概率密度函数法等。目前，我国主要采用的地表移动和变形预测方法是基于正态分布型的影响函数，该方法与长壁开采相同，参数的选取相对容易，使用方便，适应性强，预计精度高。
　　3.3 建筑物下方煤矿条带式开采设计开采流程
　　针对分布于建筑物下方的开采区，采用条带式开采方法需要遵循一定的开采程序，由于大部分矿区的建筑密度相对密集，建筑的结构、年代、质量、类型千差万别，同时受地质条件、岩层厚度、煤层厚度等因素影响，因此在开采前需要针对性地设计开采施工方案，按照一定的流程组织开采作业，以保证开采后地表建筑物安全可靠，不会引起变形破坏发生。
　　3.3.1 在开采前需要对开采区上方的所有建筑物进行调查研究，对开采区内的建筑物类型、建筑年代、结构特点、建筑质量等进行统计，采集矿区内地质钻孔土壤样本，实验分析岩层的厚度、受力状况以及分布情况，详细掌握开采区地质条件，同时，需要分析矿区地下水的走向、分布深度等信息，为条带轴向和开采深度提供技术支持。
　　3.3.2 分析调查采集的建筑物分布、地质条件和地下水等资料，采用相关理论对煤柱的稳定性以及地表建筑的位移和变形进行预测，确定合理的力学参数针对不同留宽和采宽度对地表变形进行数值模拟计算，确定具体可行的开采方案。
　　3.3.3 采用相似性模拟实验的方法分析煤柱的稳定性，模拟覆岩变形、地表移动变形对矿区上方建筑物的影响，优化论证设计方案可行性。
　　3.3.4 通过影响函数方法计算分析，论证设计方案的安全、合理、可靠性，确保地表移动变形对地表建筑物的影响在可控制范围内。
　　4 结语
　　我国是世界上的产煤大国，年产煤量十几亿吨。煤炭资源的开采导致环境污染和地质环境灾害问题日益突出，影响煤炭资源开采效率和开采量的同时，严重危及村庄、河流、城市、道路的安全和稳定性。因此，煤矿资源的开采安全性关系到人民群众的生命和财产安全，需要在保证开采区上方建筑物安全前提下开展煤矿开采作业。本文在分析条带式煤矿开采的基本概念、使用条件和主要类型等基本理论的情况下，对煤矿上方分布建筑物的矿区开采，针对性地研究采用条带式开采的方法的可行性，分析条带式开采需遵循的基本原则、地表移动和变形预计方法以及建筑物下方煤矿条带式开采设计开采一般流程，其结果对指导建筑物下方煤矿条带式开采作业具有重要的理论和现实意义。
　　参考文献
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　　作者简介： 孙文生（1970-），男，山西临猗人，山西晋煤集团泽州天安高都煤业有限公司总工程师，采煤工程师，研究方向：采煤技术。
　　（责任编辑：秦逊玉）

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