东庞矿村庄煤柱开采方案研究

冀中能源股份有限公司东庞矿地测科 河北 邢台 054201

1 村庄下压煤开采的必要性

根据东庞矿现在的生产格局,生产主要集中在深部地区的21100采区、21200采区,-480m水平的2900采区,以及井田南部边缘地区的二煤扩延区;截至到目前,东庞矿井田范围内大部分资源已进行了回采,剩余的煤炭资源多数处于村庄煤柱下方。21100区域主要有前鲁亭村和后鲁亭村两个村庄,其中前鲁亭村占地面积约为226500 m2,后鲁亭村占地面积约为219300m2,村庄房屋均以砖木结构和砖混结构房屋为主,其中,村子内部建筑物多为老旧的砖木结构房屋,村子外围区域房屋以砖混结构为主。为解放建筑物下压占的煤炭资源,必须进行开采方案的合理设计和实施。

2 村庄下压煤开采的总体要求

“三下”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。东庞矿鲁亭村庄煤柱开采的总体要求为:通过合理的开采方案设计及地面建筑物处理措施,在保证地面安全的情况下,实现井下煤炭资源的合理采出。对于严重破坏范围较小的区域,可实施村庄局部搬迁或就地重建的方法来保证资源的采量;对严重破坏范围较大的区域,可通过井下开采方案的调整,减小开采引起的地面建筑物破坏程度。

3 开采沉陷预测方法和预测参数

3.1 开采沉陷预测方法 概率积分法是因其所用的移动和变形预计公式中含有概率积分(或其导数)而得名。经过我国开采沉陷工作者20多年的研究,目前已成为我国较成熟的、应用最为广泛的预计方法之一。本次预计分析选择这一方法。

3.2 开采沉陷预测参数 为了研究东庞矿长壁工作面开采引起的地表移动变形规律,早在矿井建井初期,东庞矿就联合科研单位在2107和2108工作面上方建立了开采沉陷观测站,通过对观测站资料的处理,获得了区域开采沉陷的概率积分法预计参数。

随后,为了丰富矿区开采沉陷观测成果,在铁路上方2904上工作面开采过程中,再次建立了观测站进行地表移动观测。

2904上工作面倾向145m,走向938m,开采厚度4.43m,工作面采深490m-590m,采用走向长壁一次采全高的方法开采,全部垮落法管理顶板。

在工作面开采过程中,对开采引起的地表移动变形进行了48次观测,获得了区域地表沉陷数据。根据观测数据进行了概率积分法预计参数求取。求参拟合效果如图1。

图1 求参拟合效果图

从图中可以看出,求参时取得了较好的拟合效果,求得的参数如下:

下沉系数:0.95;

主要影响角正切:1.92;

最大下沉角:89°;

拐点偏移距:0.02H,H为采深。

从上述求参结果可知,求得的下沉系数与2107工作面和2108工作面相当。原2107和2108工作面观测站未进行主要影响正切角的求取,而2904上工作面由于未进行水平移动的观测,无法进行水平移动系数求取,综合2107、2108和2904上工作面的观测成果,在进行东庞矿地面建筑物下压煤开采地表沉陷计算时采用如下参数:

下沉系数:0.95;

主要影响角正切:1.92;

最大下沉角:89°;

水平移动系数:0.45;

拐点偏移距:0.02H,H为采深。

4 鲁亭村庄煤柱开采设计方案

鲁亭村庄煤柱区域设计21112、21102和21102B三个工作面,其中21112工作面进入了村庄煤柱范围,21102和21102B工作面位于村庄煤柱外侧。

采用上述计算方法和计算参数对各工作面开采引起的地表下沉和移动变形情况进行计算。在计算时,由于区域21114工作面停采时间不长,且距离村庄较近,因此综合考虑21114、21112、21102和21102B四个工作面开采对地表的影响情况。建筑物破坏情况统计如表1。

表1 鲁亭村庄煤柱开采方案村庄破坏比例统计

从以上数据及工作面布置可以得出,开采引起后鲁亭村村庄西部出现了破坏,其中大部分的破坏等级小于Ⅱ级,但村庄北部个别建筑物出现了Ш级破坏,应对受开采影响的建筑物及时进行处理。

同时,在开采的影响下,前鲁亭村的西部区域少数房屋也产生了Ⅰ级破坏,破坏面积约占村庄总面积的4.28%左右。

5 产生的社会效益

设计的开采方案可有效解放建筑物下压占的煤炭资源,延长矿井服务年限,对保持区域社会可持续发展,维护社会和谐稳定具有重要作用。该方案有效的避免了村庄大规模搬迁带来的一系列工农关系问题,为井下资源合理回采和地面村庄有序搬迁提供了足够的缓冲时间,有利于区域社会安定和企业发展。

6 结论

通过上述分析和计算,可得到如下主要结论:(1)根据现场调查的村庄房屋结构,区域建筑物结构与《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中规定的房屋结构基本相符,建筑物损坏标准参照规程中的规定。(2)根据东庞矿2107、2108和2904上工作面实测资料,求取了矿区开采沉陷预计计算所需的参数,其中下沉系数为0.95,主要影响角正切为1.92,最大下沉角89°,水平移动系数0.45,拐点偏移距0.02倍采深。(3)按照本设计方案开采后,后鲁亭村村庄西部出现了破坏。总破坏面积约占村庄面积的40%,其中Ⅱ级破坏约占村庄面积的9%。但在后鲁亭村北部区域出现了约占村庄面积4%的Ш级破坏,应及时对开采影响区损坏严重的建筑物进行处理。(4)结合区域实际情况,简要计算了鲁亭村庄煤柱开采方案产生的经济效益。计算结果表明,鲁亭村庄煤柱开采方案可产生良好的经济效益和社会效益,有助于企业的生存和发展。