红土沟煤矿高压线塔下压煤开采技术研究
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摘 要：为最大限度地解放高压线塔下压煤，文章结合红土沟煤矿的实际情况，确定采用条带开采方案，通过采用不同的经验公式进行比较，确定了条带开采的采留宽度，采用概率积分法对开采引起的地表变形和移动进行预计，预计结果表明：在红土沟煤矿高压线塔下使用条带开采满足保护地表高压线塔的要求。
中图分类号：TD823 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）11-0029-01
红土沟煤矿1501采区设计布置3个采煤工作面，其中150101工作面为首采工作面，工作面长度86 m，推进长度412 m。该面地面标高+870 m左右，井下标高+685～+709 m，煤层埋深161～185 m。工作面开采15#煤层，平均倾角7°，煤层平均厚度6.0 m，设计基础储量29.975万t。由于150101工作面毗邻坪上变电站，所以150101工作面开采影响范围内地表分布有大量的高低压线路及部分通讯线路，其储量全部为构筑物下压煤。严重影响红土沟煤矿的井下开拓开采布局和正常生产，为最大限度地解放地面建（构）筑物下压煤，提高煤炭资源回收率及保护地表构筑物，保证矿井经济效益和可持续发展，开采150101工作面输电线路下压煤非常必要。
1 工作面开采方案设计分析
目前，国内外保护地面构筑物的开采方法主要有：部分开采法（条带开采、房柱式开采、限厚开采等）、全柱式开采法、采空区充填法、覆岩离层注浆减沉等。结合红土沟煤矿150101工作具体条件和实际情况，确定条带开采是目前解决150101工作面高压线塔下压煤问题比较符合实际的开采方案。
1.1 工作面条带开采方案采留宽度的确定
在条带开采设计中，地表移动和变形值的大小及煤炭回收率，直接取决于条带的采留宽度。由于150101工作面煤层埋藏不深（161～185 m）且煤层厚度大（6.0 m），所以方案中采出条带宽度应较小，并须保证保留煤柱的稳定性，以确保理想的减沉效果。且区域煤层倾角较小，且采煤工作面条带开采区采用π型钢放顶煤开采工艺，工作面搬家比较灵活，条带开采区采用走向长壁布置，倾斜条带开采，全部垮落法管理顶板。条带工作面推进方向与两顺槽垂直。
根据研究及现场实际检验得出，工作面条带开采采宽b的选择要符合下式要求：
b
式中：H为采深，m。
根据条带开采经验，一般采宽b=（0.10～0.25）H时，b可满足地表出现平缓下沉盆地的要求。同时，确定采宽、留宽尺寸时，有时还要考虑顶板来压情况，即：
b=（0.10～0.25）H=（0.10～0.25）×140=14～35 m
1.2 条带开采留宽的确定
150101条带开采区采用π型钢放顶煤开采工艺，其设计采厚4.2 m，为了保证煤柱的强度、稳定性足以满足保护地表建筑物的要求，保留煤柱的宽高比应大于5，故留设的条带煤柱不小于21 m。
由于15煤层顶板为泥岩类岩层，容易垮落充填采空区，其按三向受力状态计算保留煤柱。即：
a=5.56mH×10-3+-
式中：H为采深，m；m为煤厚，m；b为采宽，m。
应保证选取的a值有一定的安全系数K：
K===
根据150101工作面的实际情况，由于区域采深小且煤厚大，所以过大的采出率（超过55%）和过小的留设煤柱尺寸（小于20 m），其保留煤柱的安全系数均小于1.5。为此，为保证煤柱安全，符合要求的采出率为55%及以下。综合上述计算分析得出，工作面采留宽度均为22 m，采出率为50%。
2 条带开采地表变形预计分析
2.1 预计参数的选取
上述分析计算得出的条带开采的采留宽度能否满足保护地表建筑物的要求，须进行地表移动和变形计算，进一步分析条带开采以后引起的地表移动和变形值以及地表建筑物受到何种程度的影响。该处采用概率积分法对条带开采区域进行地表移动和变形预计。
①下沉系数η条：
η条=×η全
式中：η条、η全分别代表条带开采时的地表下沉系数。
②主要影响角正切tanβ条：
tgβ条=（1.076-0.0014H）tgβ条
③水平移动系数b条：
b条=10000b全/（10750+7.6H）
结合高压线塔下条带开采经验及150101工作面具体的地质采矿条件，按照采留宽均为22 m时计算预计参数，冒落条带开采时，采深平均取170 m，并，按照上述公式，确定出本次设计条带开采预计参数如表1所示。
2.2 预计结果分析
为了准确掌握条带开采结束后，地表移动变形范围内高压线塔的影响程度，根据上述分析所得条带开采预计参数通过概率积分法进行预计，条带开采后高压线塔基础变形移动最大值如表2所示。
从表2可以看出，红土沟煤矿高压线塔下采用条带开采时，高压线塔最大下沉值为1 150 mm，最大倾斜值为-20 mm/m，地表最大水平移动值为-450 mm，最大拉伸变形值为+6.5 mm/m，最大压缩变形值为-5.2 mm/m，仅1#铁塔倾斜值超过10‰，高压线塔可以正常使用。
3 结 论
红土沟煤矿150101工作面高低压线下采用全部垮落法开采，π型钢放顶煤工艺开采后，可采出煤炭17.265万t。除1号铁塔外（最大倾斜值20 mm/m），其它高压铁塔的变形值均较小。保证了矿井正常生产接续，有利于促进矿井合理有序生产，经济效益显著。该工作面的开采，将极大地缓解生产接续紧张的压力，为推进1501采区其它工作面高低压线路下采煤取得基础数据和开采经验。
参考文献：
[1] 郭文兵，郑彬.高压线铁塔下放顶煤开采及其安全性研究[J].采矿与安全工程学报，2011，（2）.