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大型建筑下厚煤层顶煤放顶开采技术

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  摘 要:研究开采技术对提高煤炭资源回收率具有重要意义。根据地质和开采条件,提出并研究了大型建筑下厚煤层顶煤放顶开采技术。对厚煤层开采后大型建筑的运动和变形进行了预测,研究了开采对大型建筑的影响。通过在大型建筑上设置测量站,观测了建筑在采矿过程中的运动和变形情况。通过对大型建筑采取一定的防护措施,成功地开展了建筑下厚煤层顶煤放顶采技术。研究表明,大型建筑下厚煤层的谐波开采是可行的。确保了大型建筑开挖后的安全,提高了煤炭资源回收率。
  关键词:煤矿;谐波开采技术
  1 背景
  煤矿开采引起的地表移动和变形不仅影响矿区的生态环境,而且破坏建筑物、铁路、公路、水体、大坝等地表结构[1]。由于采矿引起的地层和地表的移动,已经干扰了矿区工农业生产的各个方面。因此,研究采矿对大型建筑的影响以及确保大型建筑下采矿安全的控制措施,是提高采矿回收率、恢复采矿连续性、预防或减少大型建筑破坏的重要因素[2]。本文采用谐波开采技术、理论分析和现场观测相结合的方法,对大型建筑下的开采方法及开采影响进行了研究和分析。大型建筑下厚煤层开采安全、成功。
  2 大型建筑下谐波采矿技术
  为了减少因采矿对大型建筑造成的破坏,根据大型建筑材料的物理力学性能,确定了谐波开采原则如下:
  ①正确确定面板方向,避免或减少大型建筑上的拉裂缝,大型建筑不應拉过面板。因此,大型建筑长轴应平行于面板推进方向(图1),此时大型建筑仅受动态变形影响,采矿对大型建筑的影响很小;②面板尺寸的正确确定根据亚临界或超亚临界开采条件下的地表移动变形特征,调整面板宽度,以减少大型建筑破坏的影响。根据条状矿柱开采的设计要求,当面板宽度为开采深度的1/4-1/10时,地表变形平稳均匀。根据采矿地质条件和采矿效率,大型建筑下面板宽度小于采矿深度的1/5;③面板相对位置的正确确定在前人研究的基础上,由混泥土组成的大型建筑在压缩[3]作用下不会发生拉伸变形和裂缝。不会增加大型建筑的渗透性,从而保证大型建筑的稳定性。基于大型建筑在表面上的位置,面板的中心位置是由最大沉降的角度(图2)。在这种情况下,大型建筑的沉降较大,在大型建筑水平受压区,为大型建筑的稳定性很好;④通过调整面板开采顺序,正确确定面板开采顺序,可在一定程度上抵消相邻面板开采引起的拉压变形,使大型建筑变形减到最小。同时,由于每个小面板的亚临界开采,“跳采”可以降低大型建筑的开采效果;⑤正确确定开采速度。合理的采矿速度可使大型建筑动态变形最小。避免脸部前进太慢或太快;速度过慢会导致面前边界效应,速度过快会导致大型建筑变形速率加快。前人研究表明,最大沉降速度与采矿推进速度有关。因此,根据地质和采矿条件,确定合理的工作面推进速度,保持工作面推进速度均匀是十分必要的。
  3 预测采矿对大型建筑的影响
  3.1 大型建筑表面的运动和变形
  为确定各采空区的地表移动变形,分析厚顶板崩落采矿对大型建筑的影响,采用概率积分法确定大型建筑的移动变形。预测参数由矿山地质条件和经验法确定。沉降系数q为0.80;水平运动系数b为0.24;拐点s的偏移量为0.01H (H为开采深度);主要影响角b的正切为2.16;萃取h的传播角为84度。
  3.2 浅析地表移动和变形对大型建筑的影响
  大型建筑开采后的沉降、边坡和水平应变对大型建筑有一定的影响。大型建筑的下沉会降低蓄水层。水平应变,尤其是拉应变,会使大型建筑产生裂缝,引起大型建筑滑移。
  3.3 大型建筑防护措施
  为消除采矿对大型建筑的影响,在采矿过程中及开采后采取了措施,根据大型建筑沉降情况,采取加固措施。同时,对出现裂缝的拉应变区进行注浆,以提高强度。
  综上所述,①根据大型建筑的特点和地表移动变形预测,提出了坝下“五因素”谐波开采方法。五要素是:正确确定面板开采方向、面板尺寸、面板位置、面板开采顺序、面板推进速度。对大型建筑下厚煤层顶煤进行了放顶开采成功;②通过现场观测、地表移动变形预测和理论分析,研究了开采过程中及开采后对大型建筑的影响。针对矿山开采对大型建筑的不利影响,提出并实施了坝体破坏后的防护措施;③厚煤层“五因素”综放放顶煤开采技术已成功应用于部分煤矿。保证了煤矿开采后的安全稳定。最大限度地提高了采收率,延长了煤矿的使用寿命。取得了较好的经济效益和社会效益。
  参考文献:
  [1]张宏.基于PFC模拟急倾斜特厚煤层水平分层综采放顶煤开采[J].矿业装备,2018(1).
  [2]左秋玲,李景山.放顶煤开采特厚煤层两带活动监测技术应用研究[J].煤炭科技,2018(2).
  [3]翟新献,卢德芳,朱祥意,et al.耿村煤矿特厚煤层综放开采顶煤放出率研究[J].煤炭技术,2018,37(6).
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