建筑物下條帶開(kāi)采地表移動(dòng)變形預(yù)計(jì)分析

王西倉(cāng)

摘 要：為了提高煤炭資源的回收率，延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限，解決采掘接替困難等問(wèn)題；綜合分析該礦采用采條帶開(kāi)采回收建筑物下的保護(hù)煤柱。條帶開(kāi)采后，采用概率積分法預(yù)測(cè)地表移動(dòng)變形規(guī)律，并結(jié)合數(shù)值模擬軟件FLAC3D進(jìn)行數(shù)值分析，獲得該礦區(qū)條件下走向條帶開(kāi)采時(shí)地表移動(dòng)變化規(guī)律。研究結(jié)果表明：條帶開(kāi)采后保護(hù)建筑物范圍地表最大下沉量為309 mm，最大水平變形為±0.253 mm/m；建筑物受損程度小于Ⅰ級(jí)破壞范圍，產(chǎn)生較小影響，可以保證地表建筑（構(gòu)筑）物的安全實(shí)用。

關(guān)鍵詞：概率積分；條帶開(kāi)采；地表移動(dòng)和變形；FLAC3D

中圖分類(lèi)號(hào)：TD325.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）18-0179-02

目前，建筑物下安全開(kāi)采的方法有條帶開(kāi)采、限高開(kāi)采、充填開(kāi)采、協(xié)調(diào)開(kāi)采等，其中條帶開(kāi)采技術(shù)是當(dāng)前建筑物下煤柱開(kāi)采、控制地表移動(dòng)和變形的最有效的開(kāi)采技術(shù)之一。該礦一方面為了實(shí)現(xiàn)密集建筑物下的安全開(kāi)采；另一方面為了有效提高煤炭資源采出率，保障礦井采掘的連續(xù)性，提高礦井投資效益。經(jīng)過(guò)分析計(jì)算得出，條帶開(kāi)采技術(shù)在該礦區(qū)是可行的，可實(shí)現(xiàn)條帶開(kāi)采后地表輕微沉陷、建筑物不維修、房屋不搬遷地安全開(kāi)采；取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

1 工程概況

該礦井田范圍內(nèi)的主要可采煤層為中侏羅統(tǒng)延安組煤系地層下部的煤5層，煤5層沉積穩(wěn)定性較好，在全區(qū)內(nèi)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，煤層厚度變化大。其上覆巖層綜合巖性為中等堅(jiān)硬類(lèi)型。

該礦安全開(kāi)采地面涉及保護(hù)建筑物數(shù)量大，分布范圍較廣，主要分布在南翼51012、51014、51016工作面沿走向的中部范圍，工作面寬度120 m，在煤柱范圍平均長(zhǎng)度610 m，平均埋深約為330～390 m，開(kāi)采煤層厚度為6.5～8.0 m，煤層傾角約為26 ？觷。

2 地表移動(dòng)變形概率積分法分析

依據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)程》規(guī)定，采用概率積分法預(yù)計(jì)分析開(kāi)采后地表的移動(dòng)變形規(guī)律。

3 條帶開(kāi)采數(shù)值模擬計(jì)算分析

本次模擬實(shí)驗(yàn)是以51012、51014、51016工作面的基礎(chǔ)上建立的三維立體模型。條帶開(kāi)采參數(shù)為：留設(shè)寬度為75 m，開(kāi)采寬度為55 m。

選用的模型尺寸為（長(zhǎng)×款×高）：1 000 m×400 m×500 m，共劃分為56 880個(gè)網(wǎng)格；采用摩爾—庫(kù)倫準(zhǔn)則。FLAC3D數(shù)值模型，如圖1所示。

根據(jù)走向條帶煤柱穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)論和現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件分析綜合考慮，設(shè)計(jì)按照條帶開(kāi)采采寬55 m和留寬75 m進(jìn)行開(kāi)采，開(kāi)采順序依次為51012、51014、51016工作面。

數(shù)值模擬51012、51014、51016工作面開(kāi)采后地表下沉云圖，分別如圖2、圖3、圖4所示。

計(jì)算結(jié)果顯示：51012工作面回采結(jié)束后，采動(dòng)地表的最大下沉量為72 mm，地表形成的下沉盆地較為平緩；51014工作面回采結(jié)束后，采動(dòng)地表的最大下沉量為162 mm，地表下沉盆地沒(méi)有出現(xiàn)波浪形態(tài)的地表下沉；51016工作面回采結(jié)束后，采動(dòng)地表的下沉量極值為275 mm，地表形成的下沉盆地亦較為平緩，沒(méi)有出現(xiàn)波浪狀的地表下沉。

4 結(jié) 語(yǔ)

由于概率積分法預(yù)計(jì)計(jì)算不能體現(xiàn)開(kāi)采煤層關(guān)鍵層（老頂）的控制作用，所以條帶開(kāi)采后，概率積分法預(yù)計(jì)地表移動(dòng)變形值應(yīng)比數(shù)值模擬結(jié)果略大。應(yīng)用概率積分法預(yù)計(jì)地表移動(dòng)變形值，可知地表最大下沉值為309 mm；地表水平變形極值為±0.253 mm/m，條帶開(kāi)采后地表建筑物受損小于Ⅰ級(jí)破壞。數(shù)值模擬結(jié)果顯示，煤柱結(jié)束條帶回采后，采動(dòng)地表的下沉量極值為275 mm，地表形成的下沉盆地較為平緩，沒(méi)有出現(xiàn)波浪狀的地表下沉，地表變形很小。地表移動(dòng)變形預(yù)計(jì)結(jié)論表明，走向條帶開(kāi)采可實(shí)現(xiàn)保護(hù)建筑物的安全，亦可保障開(kāi)采工作面的基本連續(xù)性，提高了礦井技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

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