建（构） 筑物下条带开采在林西矿的应用

毕 岚

（唐山开滦林西矿业有限公司，河北 唐山 063100）

0 引 言

林西矿作为一座百年老矿，虽然查明的保有煤炭资源储量总量较大，但探明的经济储量很少，绝大部分储量为建筑物压煤，压煤总量占总资源量的78.7%，因此必须通过解放“三下”压煤来延长矿井的服务年限。林西矿井田面积27.801 9 km2，如果涉及的村庄全部搬迁，近3 000 多户农民需重建家园，村庄搬迁费用巨大，无法实现。经与中国矿业大学合作，分析论证矿井十二水平西翼采用条带开采的采煤方法可有效控制地面沉降，解放“三下”压煤，实现企业的发展与延续。

1 条带开采的方案选择

1.1 合理设计采宽、留宽尺寸

条带开采设计的关键是设计合理的采宽、留宽尺寸，有效地、适度地控制地表的移动变形值，使之处于被保护对象允许的承受范围，最终达到不破坏或只维修不搬迁的开采目的。为此提出条带开采设计的2 项原则。

（1） 条带煤柱应有足够的强度和稳定性。

煤柱强度和稳定性是指其能够承受上覆岩层的压力，并在岩柱范围内形成应力拱，起到有效的支撑作用，从而控制岩层和地表的沉陷。这就要求煤柱应有足够的宽度和抗压强度。

（2） 条带开采应不产生地表波浪下沉。

如果条带开采宽度较大，单个条带的开采影响就可能不受相邻条采面的影响而发展至地表，形成基本独立的盆地；条带煤柱宽度较大时，又在一定程度上隔断两相邻开采条带的相互影响，这样多个条带开采势必在地表形成波浪形的下沉盆地。这种情况将带来沿条带横向上地表的多次变形峰值，对地面建筑物保护较为不利。

林西矿十二水平西翼共分为2 个采区，分别是2000 采区和2800 采区。根据煤层赋存情况分析先开采12 煤层工作面，12 煤层埋藏深度为-850～-1 000 m，煤层倾角约为20°，2000 采区为东西两翼开采，根据倾斜长度确定一翼可以布置2 个工作面，共计4 个工作面；2800 采区由于受F1 断层的影响，为单翼开采，可以布置2 个工作面。进一步考虑煤柱线的走向和地面的村庄布局情况，为最大限度提高煤炭开采储量，使研究区域内工作面和煤柱达到最优布局，方案设计为石门以西“采100 m 留120 m”，10 石门以东“采110 m 留130 m”，10 石门以西“采120 m 留150 m”。

1.2 下沉结果预计

根据以上方案共布设6 个条带工作面。

通过对开采后地表下沉、倾斜、水平移动和水平变形等预计分析，地表移动变形最大值见表1。

表1 地表移动变形最大值Table 1 Maximum of surface displacement deformation

根据预计分析可知，按设计方案对工作面进行开采，对地面9 个村庄的影响均不超过Ⅰ级损坏。

通过对开采后村庄及铁路的移动变形进行预计分析，按剖面线型进行计算，计算方向沿铁路走向。预计条带开采后，铁路最大下沉值为255 mm；沿铁路走向最大倾斜值为0.55 mm/m，最大水平移动为78 mm，最大拉伸变形为0.08 mm/m，最大压缩变形为0.41 mm/m；垂直于铁路方向最大倾斜值为0.51 mm/m，最大水平移动为134 mm，最大拉伸变形为0.22 mm/m，最大压缩变形为0.39 mm/m。

因此，在煤柱开采过程需及时垫高和调整铁路，确保线路的安全运行。

2 工作面实例分析

2021-2 工作面为20 区域条带开采的首采面，工作面位于林西井田杜军庄背斜构造块内，煤层结构简单，由于受原始沉积影响，局部可能有底凸现象，底凸范围内煤厚变薄。

开采深度为-876.7~-926.6 m，走向1 300 m，面长110 m，煤层厚度1.2 m～3.6 m，平均2.4 m。煤层倾角15°～24°，平均20°。工作面煤层赋存情况见表2。

表2 工作面煤层赋存情况Table 2 Occurrence of coal seams in working face

该工作面上覆7 煤层、8 煤层、9 煤层、11 煤层无采掘工程，12 煤层西南部1023 下正在回采。根据直接顶、老顶等工作面煤层赋存情况分析，工作面回采后顶板可以全部垮落，并与周围煤柱形成应力拱，起到整体的支撑作用，从而控制岩层和地表的沉陷。回采时间为2016 年9 月~2018 年2 月。

3 综合分析地表变形情况

对塌陷区进行地面变形监测，计划开采的工作面在开采前建立地面观测站，建立了基准点12 个、监测点297 个，对297 个监测点进行1 次沉降观测。到2019 年12 月共建设地面变形监测点431个，观测地面变形监测点467 个，分别为12 水平西翼走向地表岩移观测站（147 个）、任家套倾向地表观测站（53 个）、任家套+黄坨倾向地表观测站（55 个）、习家套倾向地表观测站（19 个）、解家套倾向地表观测站（23 个）、12 水平东翼充填开采地表观测站A 线（53 个）、B 线（81 个）、任家套铁路观测站（36 个）。到2019 年共观测点数2 389 个。

3.1 地表观测数据分析

2017 年8 月对地表进行了首次全面观测，独立测量2 次，取平均值作为测点初始坐标。比较2018 年3 月、8 月和2017 年8 月3 次测得的变形监测点坐标和高程数据，可以得出各个监测点的沉降和水平移动变化，Z 线下沉值见表3。

表3 Z 线下沉值Table 3 Z line sinking value

下沉曲线如图1~图3 所示。

图1 Z 线下沉曲线Fig.1 Z-line sinking curve

图3 T 线监测点下沉曲线Fig.3 Subsidence curve of T line monitoring poin

分析可知，Z 线最大累计下沉位于Z30，最大下沉93 mm。

图2 R线下沉曲线Fig.2 R line sinking curve

分析可知，R 线最大累计下沉位于R16，最大下沉22 mm。

分析可知，T 线最大累计下沉位于T32，最大下沉198 mm。同时对比分析其他几个测点的沉降值，得到的最大沉降值为198 mm，均未超过最大的允许下沉值，达到了不破坏的开采效果。

4 结 论

（1） 按照建筑物下条带开采的方案设计进行试采，达到了较好控制地面变形的目的，为以后的条带开采工作提供了技术经验。

（2） 通过对不同测点变形量的分析比对，掌握了工作面对地表影响的变形规律，完善采动影响区内地表变形监测方案，为安全回采提供了有利的技术支持。

（3） 2021-2 试采工作面观测结果表明，地表最大下沉值为198 mm，地表受该工作面开采影响有限，矿井的安全生产得到了保障。

（4） 加强工作面开采的后续监测工作，持续观察和分析地表的变形情况。