沛城煤矿城郊建筑物下优化开采研究方案

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摘要：部分“三下”采煤矿井资源枯竭，地表城镇及农村住宅的建设和扩展，使煤矿企业无法负担起迁移重建的费用，强行开采或因采掘接续协调不对进行开采，引起对地表建筑和设施的大量或者不该有的破坏，导致不必要的经济损失和紧张的矿社关系，因此，正规的“三下”开采方案给煤矿企业带来较好的经济效益，延长矿井服务年限，减少经济赔偿，减轻企业负担。

关键词：三下开采；压煤立项科研；开采研究方案

中图分类号：TD823 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）35-0105-02

1 项目开发的目的、意义

沛城煤矿是开采近40年的老矿，地质条件复杂，受火侵、地压、地热、提升环节多、系统复杂、巷道及设施老化等因素影响，同时又是城下采煤，采区回采率只能达到35%左右，可采储量逐年减少，生产接续日趋紧张。

三五采区位于沛城井田中西部第三水平，地面东北部有一村庄（三教堂），西部有两个村庄（陈庄和马庄）。采区中部煤层赋存情况较好，且相应的地面为农田。针对地面村庄分布和采区煤层赋存情况，对可采区域进行划分，在不损坏地面村庄的前提下，设计最大限度的采出采区中部条件较好的煤层，并根据地面的移动变形情况，对采区两侧村庄下压煤进行开采方案的优化，最终实现既保护地面各类建（构）筑物、又最大限度地采出煤炭资源的目的。

综上，对沛城煤矿三五采区进行开采方案的设计和研究具有重要的现实意义。因此需要专门立项进行研究。

本项目达到的技术水平及市场前景。

现在各矿区均面临着严重的三下压煤开采问题，此项目的成功实施可以为其他矿的三下压煤开采提供可以参考的实践经验。提出的开采方案可以为其他矿井所借鉴。

另外，该项目的研究成果具有一定的代表性，因为具有广泛的推广应用前景，特别是在本矿区具有很强的推广应用价值。

2 主要研究内容、技术方案及主要技术指标

2.1 研究内容

村庄下采煤技术的研究其主要目的是在满足地面建（构）筑物安全的基础上尽可能地提高资源的回收率，同时，开采技术方案要切实可行，能够为企业创造良好的经济效益。基于此，本项目的研究内容主要有如下三个方面：

2.1.1 提出区域总体开采规划。根据采区的地质采矿条件、煤层赋存情况和区域地面建（构）筑物情况，对区域的开采进行总体规划。对可采区域进行划分，从整体上得到煤层的开采原则。

2.1.2 开采方案的设计。在总体开采规划的基础上进行开采方案的详细设计，提出可行的优化方案、开采顺序等。

2.1.3 开采方案对村庄影响程度的分析。计算开采方案在开采过程中和开采后对各村庄的影响情况，结合地面建筑物结构特点，得到村庄的破坏程度，划分出各种破坏的范围。

2.2 技术方案

本项目针对沛城煤矿三五采区开采方案设计研究。项目的技术方案如下：

对村庄下压煤开采的必要性、可能性和可靠性进行分析，得到可采区域的范围。

针对沛城煤矿三五采区进行开采方案的设计和研究的实际情况，提出开采方案。包括工作面布置、开采顺序等内容。

结合沛城煤矿大量的实测资料，确定开采对地面村庄影响的预测模型和预测参数，预计计算三五采区实际设计布置的开采方案，开采引起村庄区域的地表移动变形值，绘出必要的图件和表格，结合建筑特征和结构特征、现有状况和使用要求进行综合分析。得到开采方案对村庄和道路等的影响情况。

根据提出的村庄保护要求，检查所给出的开采方案是否超出允许值，如果超出，则对方案进行调整。

根据地面监测站的布设要求，布置出地表移动观测站，以便于对开采过程中和开采后地表建（构）筑物的破坏情况进行观测分析。

2.3 主要技术指标

提出最大限度采出本采区煤炭资源的开采方案，开采方案切实可行。

开采后，地面村庄房屋损害控制在Ⅰ级以内。

2.4 技术创新之处

现国内建筑物下开采研究已比较成熟，但特殊区段仍然存在一些技术问题，加强该项目的研究，能够很好地解决特殊区段下建筑物开采的方案。

3 开发试验方法及技术路线（工艺路线）

3.1 开发试验方法

通过对现场资料的收集、整理和矿上已测试得到的岩体物理力学性质，分析采区地质采矿条件和地面建筑物承受变形能力，为方案设计提供基础支持。

通过理论分析和研究，对开采方案进行设计和优化。

基于现场实测资料对设计方案对地面的影响情况进行计算，验算方案的合理性。

用计算机模拟技术模拟各开采方案引起地面和建筑物移动变形情况。在井下开采过程中，建立地面观测站对开采引起的地面移动变形情况进行监测，对设计方案的可靠性进行检验。进一步积累地表实测资料，为接下来的建筑物下压煤开采提供支持。

3.2 技术路线

委托中国矿业大学研究建下开采技术方案确定开采技术方案方案实施观测地表及工广设施变形取得复杂建下开采结论成果。

4 现有开发条件和工作基础

4.1 承担单位开展项目的优势

4.1.1 工作基础。合作单位中国矿业大学开采损害及防护研究所是国内最先开展开采沉陷与“三下”研究的主要教学和科研机构。在开采沉陷预测理论及其控制、“三下”采矿理论与实践、老采空区上方建筑地基稳定性分析与处理、岩土体移动变形检测、采动损害争议技术鉴定、开采沉陷对环境影响评价及塌陷区综合治理等方面形成了自己的研究特色、取得了丰硕的成果，提出了典型曲线法、威布尔分布法、空隙扩散理论、开采沉陷动态力学模型等开采沉陷预测理论，与生产部门合作解决了大量的“三下”采矿问题，创造了巨大的经济和社会效益，获得各类科技进步奖二十多项。其中与建筑物下采煤相关的有：《淮南矿区建（构）筑物下采煤综合技术研究》、《北宿矿村下多煤层双对拉联合开采研究》和《兖州矿区开采沉陷控制与治理技术》等众多成果，积累了丰富的三下采煤方案设计经验。

4.1.2 技术条件。（1）具有设备一流的岩控中心实验室，有关力学试验均可以完成；（2）具有立体的、多功能的相似材料模型台；（3）拥有岩土体内部沉降和水平移动监测仪器（该监测系统从美国进口，具有90年代先进水平）；（4）拥有最新的数值模拟软件系统FLAC和ANSYS；（5）拥有便于进行变形监测的三维激光扫描系统，拥有完成项目所需要的其他监测仪器和设备。

中国矿业大学资源学院吴侃教授承担该项目。

4.2 委托单位具有一定的工作基础，有可行的研究成果

沛城矿因接替紧张，对解决压煤问题方面有迫切要求，同时也有开展该项工作专业技术人员、资金条件。

重视专业科技人员的培养。沛城煤矿每年都要从基层管理人员中抽出一批符合条件的工程技术人员到高等学府深造学习，取得中、高级职称，学习所用全部费用由矿支付。

矿每年组织一次科技考核评审工作，对在科技工作中做出贡献者给予表彰奖励。评奖的主要考核指标，包括先进性、创造性、直接经济效益、间接经济效益、社会（安全）效益、应用程度等。

对有一技之长的工人技师除增加工资待遇外，还把他们提到各自所需的管理岗位上来。对职工个人的发明创造积极给予鼓励与申报，所得到的知识产权专利技术给予

保护。