大刘煤矿高速公路下开采的可行性分析.pdf

能 源 技 术 与 管 理 En e r g y T e c h n o l o gy a n d Ma n a g e me n t 2 0 1 3 年第 3 8卷第 1 期 Vo 1 ． 3 8 No ． 1 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 2 - 9 9 4 3 ．2 0 1 3 ． 0 1 ． 0 3 8 大刘煤矿高速公路下开采的可行性分析 刘东亮 华润天能徐州煤电有限公司， 江苏 徐州 2 2 1 0 0 6 [ 摘要] 依据大刘矿地质条件， 应用非线性数值模拟软件 U D E C， 对高速公路下 9 煤开采后 7 5 1 5 工作面开采的可行性进行了分析。先模拟分析 9 煤开采对地表的影响， 针对 7 煤 7 5 1 5 工作面提 出了不同的开采方案， 即全部垮落法或充填开采等效采高的条件 下不同工作面长度对地表移动变形的影响。 模拟结果表明 采用影响最小方案 ， 7煤 开采后 ， 高速公路处的指标值 为最大垂直位移 0 ． 1 4 m、 最大水平位移 0 ． 0 4 mm、 最大 水平变形 2 ．3 1 m m ／ m、 最大曲率 0 ． 3 2 X 1 0 ／ m、 倾斜 2 ．5 6 m m／ m， 上述指标超 出 建 筑物、 水体、 铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程 中相关规定， 认为7 5 1 5工 作 面采动影响高速公路 而暂不可开采。 [ 关键词] 高速公路 ； 数值模拟； 采动影响； 地表变形 [ 中图分类号 ]T D8 2 3 ． 8 3[ 文献标识码 ]B [ 文章编号]1 6 7 2 _ 9 9 4 3 2 0 1 3 0 1 - 0 0 9 4 - 0 3 0 引 言 大刘矿可采煤层为 7 煤和 9 煤。9 煤早在 2 0 世纪 8 0 9 0 年代采完， 目前正在开采 7 煤， 要维持 生产， 只能尽最大可能回收资源， 在尽可能提高采 出率的基础上， 做到地面各设施受开采影响较小， 控制村庄、 高速公路和地面厂房的破坏等级， 特别 对京福高速公路的影响要在 国家相关规程严格控 制的影响范围之内，由此需在保护高速公路的前 提下分析 7 5 1 5 工作面开采可行性。 1 工作面位置 大刘矿 7 5 1 5工作面上方有京福高速公路 ， 对 高速公路的影响要在国家相关规程严格控制的影 响范围之内。 工作面布置示意图如图 1 所示。 已采 工作面有 7 5 0 9 、 7 5 1 1 、 7 5 1 3 工作面。 ／ ／ 一 8 。 J a 工作面布置平面示意图 b 京福高速与煤层工作面布置剖面示意图 图 1 工作面布置情况 2 采动地表变形特征 2 ． 1 方案设计 研究 7 5 1 5 工作面采后地表移动变形情况， 从 而为高速公路下采煤的安全性评价提供参考依 据。 模拟的岩层范围应从煤层到地表， 模型的左右 边界包括各个工作面的开采及影响范 围。为达到 地表减沉效果 _ 1 ， 模型开采方案设计从减小工作 面倾向长度和充填开采两个方面考虑 。设计的 开采方案如表 1 所示 。 表 1 模型开采方案设计 2 0 1 3 年 2月 F e b ．， 2 0 1 3 刘东亮大刘煤矿高速公路下开采的可行性分析 9 5 全部垮落法采高 2 _ 3 m，充填开采等效采高 1 ． 8 m。 数值模拟分析中开挖一般分为一次开挖 、 分 步开挖和充填开挖。 由于岩石材料的非线性， 其受 力后的应力状态具有加载途径，因此前面的每次 开挖都对后面的开挖产生影响，施工顺序的不同 产生各 自 不同的最终力学效应。本次数值模拟主 要是研究工作面开挖后地表的最终移动变形情 况， 工作面倾向模型开挖方式选用一次开挖 ， 模拟 步骤为先采 9 煤， 再采 7 煤 按先后顺序 [ ]。 在地表处设置地表移动变形监测线。采用监 测线上各监测点的垂直位移 、 倾斜 、 曲率 K 、 水平位移 、 水平变形 等五项指标来描 述地表移动盆地内移动和变形的最终结果。 2 ． 2 模拟结果分析 2 ．2 ． 1 9 煤工作面采后覆岩垮落变形情况 9 煤开采后， 岩层垮落变形状况如图2 所示。 由图 2 可知， 9 煤开采后 ， 7 煤处于裂隙带中， 不影 响 7 煤开采。 图 3 O．O O -0 ． O 5 蠢 一 0 ． 1 0 怒_ o _1 5 一 0 ． 2 0 - 0 ． 2 5 2 {1 g 。 一 1 _ 2 图 2 9煤各工作面开采后岩层垮落示意图 2 ．2 ．2 7 5 1 5 工作面采前覆岩及地表移动变形情况 g 7 5 0 9 、 7 5 1 1 、 7 5 1 3 等工作面开采后， 岩层垮落 誊 变形状况 如图 3所示 ，地表移 动变形如 图 4所 示 。 a 覆岩垮 落 g 量 荽 b 工作面覆岩两带发育 7 5 1 5工作面未采前覆岩垮落变形示意图 X／ m 川 敏人 2 o 0 b 倾斜曲线 c 曲率曲线 八 Ⅲ 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 9 0 0 10 0 0 1 1 ／ ． 一一 ⋯ e 水平变形曲线 图4 7 5 1 5工作面未采前地表移动盆地指标变化 m ∞ O 0 0 O O O 菖『 ￡ b1 ／ 斛短 腮 m 肿 m ∞ ∞ 加 ∞ 加 ∞ ∞ O O 0 0 O 曲 c ； n n c ； n n 能 源 技 术 与 管 理 9 6 E n e r g y T e c h n o l o g y a n d Ma n a g e me n t 2 0 1 3 年第 3 8 卷第 1 期 V0 1 ． 3 8 No ． 1 由图3 、 4 可知， 7 5 1 5 工作面未采前工作面上方 地表弯曲下沉量比较小， 7 5 1 3 工作面离京福高速最 近， 横向距离为 1 3 0 m ， 对京福高速影响非常小。 2 ． 2 ． 3 7 5 1 5工作面采后采动地表变形情况 6个方案 7 5 1 5工作面采后采 动地表变形情 况如表 2 所示。 由表 2 可知， 采用影响最小的第 6 方案， 即7 煤开采后， 高速公路处的指标值为下沉 一 0 ． 1 4 m、水平位移 l眦 O ． 0 4 m m、水平变形 s ～ 2 ． 3 1 m m ／ m、曲 率 K O ． 3 21 0 - 3 ／ m、倾 斜 一 2 ． 5 6 m m ／ m， 上述指标超出 建筑物、 水体、 铁路 及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程中相关规 定。 表 2 地表移动盆地指标极值 3 讨论 7 5 1 5 工作面未开采前 ， 地表移动盆地受已采 的7 5 0 9 、 7 5 1 1 、 7 5 1 3 工作面影响， 地表变形指标极 值在许可范围之内， 如表 3 所示[6 ] ， 地面高速公路 不受影响。 表 3 地表移动盆地指标极值 针对 7 5 1 5 工作面保护高速公路的 6 种不同 开采方案开挖后模拟结果分析 ，方案 1 和方案 4 ， 7 5 l 5 工作面倾斜长度 4 0 m， 开采后 ， 不论充填 与否高速公路的损坏等级增为Ⅲ级， 需要中修 或 小修 ；方案 2和方案 5 ， 7 5 1 5 工作面倾斜长度为 2 0 m时， 不论充填与否 ， 高速公路的损坏等级为 Ⅱ级， 变形数值较开采前大， 应需要小修； 方案 3 和方案 6 ， 7 5 1 5 工作面倾斜长度为 1 0 m ， 开采后， 即使充填， 高速公路的损坏等级仍为Ⅱ 级， 也应需 要小修。 4 结论 根据大刘矿 7 5 1 5 工作面开采前后的地表移 动盆地指标值的分析，可作如下判断 7 5 1 5 工作 面倾斜长度即使取最小 1 0 m 局部开采 ，采宽 1 0 m 时， 充填开采后 ， 高速公路的损坏等级仍为 Ⅱ 级 ， 依目前的开采技术条件， 确定 7 5 1 5 工作面 不能开采。 [ 参 考 文 献] [ 1 ] 钱鸣高 ， 石平五． 矿山压力与岩层控 制[ M] ． 徐州 中国 矿业大学出版社 。 2 0 0 3 [ 2 ] 钱 鸣高 ，缪协兴 ． 岩层控制 中关键层 的理论 研究 [ J ] ． 煤炭学报 ， 1 9 9 6 ， 2 1 3 2 2 5 2 3 0 [ 3 ] 张培森 ，张文泉． 近距煤层巷道煤柱尺寸 的优 化设 计 [ J ] ． 矿山压力与顶板管理 ， 2 0 0 4 3 2 6 2 8 [ 4 ]吴侃 ， 王悦汉 ， 邓喀 中． 采空 区上覆岩层移动破 坏动态 力学模型的应用[ J ] ． 中国矿业大学学报， 2 0 0 0 ， 2 9 1 3 4 3 6 [ 5 ]漆涛 ，石平五． 急斜近距煤层联合开采矿压显 现规 律 [ J ] ． 矿山压力与顶板管理 ， 2 0 04 3 6 2 6 5 [ 6 ]刘东亮． 大刘煤 矿建下及工广下开采方 案研 究[ D] ． 徐 州 中国矿业大学 ， 2 0 1 0 [ 作者简介] 刘东亮 1 9 6 5 一 ， 男， 高级工程师 ， 硕士， 毕业于中国矿 业大学采矿专业， 现任华润天能徐州煤电有限公司总工程 师， 长期从事采煤技术和煤矿管理工作。 [ 收稿 日期 2 0 1 2 - 1 0 2 6 ]