“三下”压煤开采方案优化设计

贾 民，徐法奎

(1.兖州煤业股份有限公司济宁二号煤矿，山东济宁272072;2.天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京100013)

“三下”压煤开采方案优化设计

贾 民1，徐法奎2

(1.兖州煤业股份有限公司济宁二号煤矿，山东济宁272072;2.天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京100013)

介绍了济宁二号煤矿十采区“三下”压煤工作面布置方式和开采顺序优化。依据本区的地质采矿现状、方案的地表移动与变形分析，结合地面受护物临、迁建路线的优化选择，在对少部分受护物加固、维修的条件下，对十采区“三下”采煤的可行性、开采方案等进行了评价与设计，实现十采区“三下”压煤的安全、高效开采，解放压煤量约20Mt。

三下压煤;开采方案;优化设计

济宁二号煤矿十采区煤层厚、埋深大，地表有6条高压线路、南外环路、洸府河、洸府河大桥及其他零星建 (构)筑物，受护体种类多，属条件较为复杂的“三下”采煤。地面高压线、南外环路采取怎样的搬迁或临时建设路线?井下工作面采取怎样的布置方式和开采顺序才能使地表受护物受到的影响最小、采出的煤炭资源最多、矿井经济效益最好?必须井上下统筹考虑，对工作面布置方式和开采顺序等进行科学的设计和优化［1］，确定技术、经济合理的最优开采方案。

1 工程概况

济宁二号煤矿十采区位于井田的西北部、济宁市东南部南及东南边界为十一采区，东及东北边界为八里铺断层和二采区，西边界为洸府河西河堤，呈南宽北窄的梯形，面积约1.9km2，可采储量约20Mt。该区3上，3下煤层平均总厚度8.17m，煤层倾角2～10°，埋藏深度620～888m。

十采区地表地势平坦，马南、接南、宁庄、宁高、宁接和鱼澳共6条高压线自西向东穿过采区，采区内线路总长度约7.6km，铁塔和杆塔共26个，杆塔形式主要为:直线杆、二联杆塔和铁塔;洸府河自北向南流过采区西部;济宁市南外环路、洸府河大桥东西向穿过采区南部;另有公交停车场(在建)、简易养殖场等零星建筑物，如图1所示。

2 开采方案初步设计

根据十采区的煤层走向及临近采区现有巷道、断层分布、3煤分叉情况和地面受护物的位置分布，十采区工作面有3种布置方式:第1种为全部南北向布置;第2种为全部东西向布置;第3种为在南外环路下方布置大巷，大巷以南东西向布置、大巷以北南北向布置。初步比较后认为，若工作面采用第3种方式布置，则工作面个数多、搬家频繁，开采影响时间长，不利于高压线和南外环路、洸府河大桥采后重建，因此不宜采用该方案。

图1 方案1 地面建筑物及迁建、临建路线

工作面若采用第2种方式布置，则开采顺序比较灵活，有多种选择。初步预计，连续开采3个相邻的工作面后，地表下沉和变形基本稳定，可以首先形成一条稳定的通道以搬迁或临建高压线路，使搬迁或临建次数最少，路线最短，费用最低。按照这个思路，在工作面全部东西向布置的情况下，又可选择3个最可能的开采顺序，这样，连同前述的工作面第1种布置方式，就有了4个可行方案:方案1为工作面全部南北向布置;方案2为工作面全部东西向布置，先开采1034，1033，1035工作面;方案3为工作面全部东西向布置，先开采1036，1037工作面;方案4为工作面全部东西向布置，但先开采1037，1038和1039工作面。

下面结合地表移动与变形预计情况，对各方案迁建、临建路线的选择、经济效益等优缺点进行比较，以确定最优方案。地表移动与变形计算参数是本矿的实测参数［3］，其中下沉系数η=0.82;主要影响角正切tgβ=2.0;水平移动系数b=0.33;开采影响传播角θ=90°－0.6α(α为煤层倾角);拐点偏移距S=0。

3 各方案迁建、临建路线选择和经济效益分析

3.1 方案1迁建、临建路线选择

工作面全部南北向布置且全部开采后，由地表移动与变形预计结果可知，采区内地面下沉大部分在2000mm以上，最大 7008mm;倾斜变形在6mm/m以上，最大19.5mm/m;水平变形在4mm/ m以上，最大14.06mm/m。采区范围内6条高压线的部分线段、南外环路部分路段和洸府河大桥将沉入潜水位以下，淹没在积水中;未没入水中的高压线部分线塔将会产生严重的线歪斜、拉裂或压弯，线路严重张紧或松弛［4］，不能正常使用。高压线、南外环路和洸府河大桥必须全部在采区外临时建设。待十采区全部工作面开采完，并且地面的下沉和变形基本稳定后，高压线、南外环路和洸府河大桥才能进行重建，影响时间长，管理困难。

如图1所示，南外环路临建路线可选择在十采区南部，向西跨过洸府河后与火炬路相接，待十采区开采影响稳定后再按原路线重建;洸府河大桥因是临时使用，可建为钢结构桥，以便以后拆除。6条高压线全部从采区北部迁建 (从采区南部迁建则将来还要受十一采区开采的影响)，迁建总长23km，6条高压线全部一次性迁建，管理较简单。

因此，在十采区开采期间将不受任何因素影响，高压线、南外环路和洸府河大桥的迁建和临建与工作面开采可同时进行。

3.2 方案2迁建、临建路线选择

如图2所示，在南外环路正下方布置1034工作面，开采其南北两侧的1033，1035，1032和1036工作面。1034工作面开采完毕，其上方塌陷地面即可进行回填工作，回填后的地面即作为6条高压线、南外环路和洸府河大桥的迁建和重建通道(如图2阴影部分)。

图2 方案2 地面建筑物及迁建、临建路线

1033，1035，1032和1036工作面的开采与回填工作可同时进行，待开采影响基本稳定后启动重建和迁建工程，可缩短重建和迁建时间，以利于尽快恢复6条高压线、南外环路的使用。

南外环路的临时建设路线与方案1相同。

采用此方案，由地表移动与变形预计结果可知，开采1032，1033，1034，1035和1036工作面后，南外环路、洸府河大桥等所在地面最大下沉5800mm，最大倾斜变形14mm/m，最大水平变形7mm/m。马南、接南、宁庄3条高压线受影响较小，基本可不考虑维修;宁高、鱼澳2条高压线受一定影响，需采取临时维护、加固措施［4］，但影响时间短、受影响的线路长度小，维护、加固措施工程量较小、费用较低;宁接线需临时迁建，临时路线可考虑从采区南部通过，如图2所示。

3.3 方案3迁建、临建路线选择

如图3所示，该方案是先采1036和1037工作面，然后再采1035和1038工作面。1036和1037工作面开采完毕，其上方塌陷地面即可进行回填工作，地面回填出一条走廊后，即作为6条高压线的迁建通道 (如图3阴影部分)。1035，1036，1037和1038工作面的开采与回填工作可同时进行，待开采影响基本稳定后启动迁建工程，可缩短迁建时间，尽快恢复6条高压线的使用。

图3 方案3 地面建筑物及迁建、临建路线

南外环路、洸府河大桥临建路线与方案1同。

采用此方案，由地表移动计算结果可知，1035，1036，1037和1038工作面开采后，沉陷区中心下地面最大下沉 7127mm，最大倾斜变形20.42mm/m，最大水平变形13.12mm/m。宁高、宁接线的下沉、倾斜和水平变形较大，受损严重，必须临时搬迁，临时路线如图3;在影响区南部宁高、宁接线合二为一，到东部影响边界时再分开;马南、接南、宁庄3条高压线受一定的下沉、倾斜和水平变形影响，须采取临时维护、加固措施。鱼澳线则不受开采影响，不需临建。

3.4 方案4临建、迁建路线选择

如图4所示，该方案是先采1037，1038和 1039工作面，然后再采 1040和 1041工作面。1037，1038和1039工作面开采完毕，其上方塌陷地面即可进行回填工作，地面回填出一条走廊后，即作为6条高压线的迁建通道 (如图4阴影部分)。1036，1037，1038，1039，1040和1041工作面的开采与回填工作可同时进行，待开采影响基本稳定后启动迁建工程，可缩短迁建时间，尽快恢复6条高压线的使用。

南外环路、洸府河大桥临建路线与方案1相同。

采用该方案，由地表移动计算结果可知，开采1036等5个工作面后，最大地表下沉7245mm，最大倾斜变形20.33mm/m，最大水平变形14.55mm/ m［3］。马南、接南、宁庄、宁高4条高压线所在走廊最大下沉6500mm、最大倾斜变形18mm/m、最大水平变形14mm/m。马南、接南、宁庄、宁高4条高压线因下沉、倾斜、水平变形较大需临时搬迁［4］，临建路线如图4所示:将接南线和宁庄线合并为一条，马南线和宁高线合并为一条，然后从影响区北部绕过与原合并点连接。宁接线受一定影响，需采用维护、加固措施。鱼澳线则不受开采影响，不需要临时迁建。

图4 方案4 地面建筑物及迁建、临建路线

3.5 各方案经济比较

4个方案中，南外环路和洸府河大桥的临建、土方回填及重建工程的费用相同，但高压线迁建的通道回填工程和费用，迁建、临建和维修加固费用有所差别。经济效益比较见表1。

表1 各方案总费用与利润概算 万元

通过上述技术分析及经济比较，方案2资源回收率高，迁建和临建费用最小，利润最高，与济宁市交通、电力部门的协调最方便，管理简单，可操作性强。因此方案2是最优开采方案。

4 结束语

通过优化设计开采方案，合理地选择了工作面布置方式、开采顺序及高压线迁 (临)建路线、南外环路临建路线，在高压线路基本不影响正常生产、生活，南外环路不影响通行的情况下，可以实现十采区“三下”压煤的安全、高效开采，延长矿井服务年限，提高矿井经济效益。

［1］张华兴，邹友平，杨士录，等.建筑物下残煤开采设计与实践［J］.煤矿开采，2008，13(1):41－42.

［2］天地科技股份有限公司开采设计事业部.济宁二号煤矿十采区“三下”压煤开采技术研究［R］.2011.

［3］国家煤炭工业局.建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程［M］.北京:煤炭工业出版社，2000.

［4］中华人民共和国国家经济贸易委员会.架空送电线路运行规程 (DL/T 741－2010)［M］.北京:中国电力出版社，2010.

［责任编辑:徐乃忠］

Optimization and Design for Mining under Building，Railway and Water Body

Jia min1，Xu fa-kui2

(1.Jining No.2 Coal Mine，Yanzhou Coal Mining Co.，Ltd.，Jining 272072，China;
2.Coal Mining and Designing Department，Tiandi Science＆Technology Co.，Ltd.，Beijing 100013，China)

This paper addressed the planning of coal panels under buildings and the optimization of mining sequence of panels in No. 10 Mining District，Jining No.2 Coal Mine.Based on the geological and mining conditions，subsidence analyses of different mining schemes，and the optimization of temporary or restructuring routes designed for protected buildings，on the condition of some buildings being reinforced and repaired，this paper evaluated the feasibility of the mining operation under buildings and designed the mining method for No.10 Mining District，the goals of safety and high efficiency have been realized，and 20Mt coal will be extracted in this district.

mining operations under buildings;mining schemes;design optimization

TD823.8

A

1006-6225(2012)04-0083-04

2012－02－13

天地科技股份有限公司技术创新基金:开采沉陷智能化预计系统的研发 (KJ－JJ－2011－KCSJ－02)

贾 民 (1965－)，男，山东邹城人，硕士，高级工程师，研究方向为采矿工程技术。