秦國留，王振江

（1.鄭煤集團技術中心，河南 鄭州450007；2.鄭州煤電公司告成煤礦，河南 登封452477）

告成煤礦位于登封市東南，告成、蘆店、大冶三鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）管轄境內(nèi)，始建于1990年，1999年9月投產(chǎn)，設計年生產(chǎn)能力0.9Mt／a，經(jīng)歷年對生產(chǎn)系統(tǒng)各薄弱環(huán)節(jié)改造，2010年河南省煤炭工業(yè)局核定該礦生產(chǎn)能力1.2Mt／a。告成煤礦現(xiàn)開采13采區(qū)，計劃開采21、23、25采區(qū)，采區(qū)地面主要有告成鎮(zhèn)、北煙莊、隔子溝等村莊，登封鐵路，觀星臺、陽城遺址等文物。為了盡量減小開采對觀星臺、陽城遺址等文物的影響、同時最大限度地采出煤炭資源，在分析本區(qū)地質(zhì)采礦條件、開采方案設計、各方案地表移動變形預計、開采對地面村莊及文物影響分析、技術經(jīng)濟比較等工作的基礎上，進行了開采方案優(yōu)化。

1 陽城遺址概況

陽城遺址是全國重點文物保護單位，位于鄭州登封市東南12km告城鎮(zhèn)東北。城址呈南北長方形，北墻沿丘嶺筑，長約700m，中段保留寬13m的缺口為城門遺跡，墻外側(cè)有寬約60m的護城壕溝，東墻沿小溪西岸長約2000m，僅存部分城墻。西墻沿丘嶺修筑，長約2000m，僅存北段，墻外側(cè)有寬60m護城壕，南墻臨告城鎮(zhèn)北側(cè)沿穎河北岸長約1000m，現(xiàn)存幾段城墻，周長約5700m，總面積140萬平方米，陽城遺址及其保護煤柱貫穿井下21采區(qū)、23采區(qū)和25采區(qū)。

2 開采方案設計

根據(jù)21、23、25采區(qū)地質(zhì)采礦條件及地面文物遺址情況，通過對比分析研究，設計如下開采方案：

1）方案一：21、23、25采區(qū)工作面全部垮落開采。21031等工作面采厚4.5m，21051、21061等工作面采厚4.16m，23011、23021、23031、23041、23051、23061、23071、23081等工作面采厚5.0m，23101、23121、23141、23161、13181等工作面采厚3.0m，23091、23111、23131、25001、25021、25041、25061、25081、25091等工作面采厚4.5m，采用全部垮落開采。

2）方案二：保護煤柱內(nèi)采用條帶開采，保護煤柱外采用全部垮落開采；其中條帶開采部分為21031－2、21051、21061工作面，采寬70m、留寬85m，23011、23021、23031、23041工作面采寬85m、留寬110m，23051、23061、23071、23081等工作面采寬100m、留寬125m，23091、23111、23131（保護煤柱內(nèi)）等工作面采寬130m、留寬155m，25041（保護煤柱內(nèi)）、25061、25081（保護煤柱內(nèi)）、25091（保護煤柱內(nèi)）等工作面采寬95m、留寬125m，其它工作面采取全部垮落開采。

3）方案三：保護煤柱內(nèi)采用充填開采，保護煤柱外采用全部垮落開采；其中充填部分為21031－2、21051等工作面，充填率90%，21061、23011、23021、23031、23041等工作面充填率60%，23051、23061等工作面充填率55%，23071、23081等工作面充填率50%，23091工作面充填率25%，23111、23131（保護煤柱內(nèi)）等工作面充填率20%，25041（保護煤柱內(nèi)）、25061、25081（保護煤柱內(nèi)）、25091（保護煤柱內(nèi)）等工作面充填率達55%，其它工作面采用全部垮落開采。

4）方案四：保護煤柱內(nèi)采用限厚開采，保護煤柱外采用全部垮落開采；21031－2、21051等工作面不開采，21061、23011、23021、23031、23041、23051、23061等工作面限厚2 m 開采，23091工作面限厚3.3m 開采，23111、23131（保護煤柱內(nèi)）等工作面限厚3.6m開采，25041（保護煤柱內(nèi)）、25061、25081（保護煤柱內(nèi)）、25091（保護煤柱內(nèi)）等工作面限厚2m開采，其它工作面采用全厚垮落開采。

5）方案五：分層開采；21031－2、21051等工作面不開采。① 第一分層開采為21031－1工作面全厚開采，21061、23011、23021、23031、23041、23051、23061等工作面采厚2 m，21071、21081 等 工 作 面 采 厚 2.5m，23101、23121、23141、23161、23181 等 工 作 面 采 厚 3m，23091、23111、23131（保護煤柱內(nèi)）等工作面采厚2.5m，23131（保護煤柱外）、25001、25021、25041（保護煤柱外）等工作面全厚開采，25041（保護煤柱內(nèi)）、25061、25081、25091等工作面采厚2.5m；② 第二分層開采為23031（停采線前移120m）、23041（停采線前移120m）、23051（停采線前移130m）、23061（停采線前移140m）、23071（停采線前移280m）、23081（停采線前移300m）、23091（停采線前移300m）、23111（停采線前移300m）、23131（保護煤柱內(nèi)）、25041（保護煤柱內(nèi)）、25061、25081、25091等工作面采厚2m。

6）方案六：跳采，開采順序為：① 21031－1、21061、23021（開切眼后退348m，即開采長度為384m）、23041、23061、23081、23121、23141、23161、23181、23091、23131、25001、25041、25081等工作面依次開采；②25061（開切眼后退168m）、25091兩工作面同時齊頭推進開采；25021工作面開采；其它工作面不進行開采。

7）方案七：協(xié)調(diào)開采；21021、21031－1、21061、23021（開切眼后退348m，即開采長度為384m）、23031（停采線前移528m）、23041（開切眼后退249m）、23051（停采線前移230m）、23061（開切眼后退392m）、23071（停采線前移240m）、23081（開切眼后退423m）、23101（停采線前移240m）、23121、23141、23161、23181、23091、23111、23131、25001、25021、25041、25061、25081、25091開采；其它工作面不進行開采。

3 地表移動變形量及經(jīng)濟效益分析

各方案開采后，地表移動變形最大值見表1。

表1 方案開采后，地表移動變形最大值

按平均成本420元／噸，平均售價450元／噸，充填成本 按80元／噸，不考慮已經(jīng)開采的21021、21041兩個工作面進行計算，則各個方案開采的經(jīng)濟效益對比情況見表2。

表2 各方案經(jīng)濟效益情況

4 方案選擇

4.1 開采方案原則

開采方案選擇遵循以下原則：

（1）經(jīng)濟效益最佳，即地下開采后，經(jīng)濟效益最好為前提；

（2）對地面文物影響可控在一定的范圍內(nèi)，不會導致文物損害；

（3）技術上可行，即不會導致生產(chǎn)、安全及管理問題。

4.2 開采方案比較

方案一采用常規(guī)的全部垮落法開采，從技術上不存在問題，經(jīng)濟效益也最好，但該方案開采后，地表移動變形值較大，最大拉伸變形達到7.5mm／m，最大壓縮變形－8.5 mm／m，可能導致地面出現(xiàn)較大裂縫，對陽城遺址影響較大，不作為首選方案。

方案二為條帶開采方案。該方案經(jīng)濟效益較差，純利潤3.3億元，但地表移動變形值較小，最大拉伸變形為2.5 mm／m，最大壓縮變形為－5.5mm／m，地下開采后，地面不會出現(xiàn)大的裂縫，對地表文物影響較小。考慮到本礦井為瓦斯突出礦井，條帶開采可能增加瓦斯突出危險，不考慮該方案。

方案三為充填開采方案。該方案經(jīng)濟效益最差，沒有利潤，該方案開采后，地表移動變形值較小，最大拉伸變形為3.9mm／m，最大壓縮變形為－5.2mm／m，地下開采后，地面不會出現(xiàn)大的裂縫，對地表文物影響較小，但該方案存在充填材料缺乏，充填成本高，該礦由于受滑脫構(gòu)造影響，頂板隨采隨冒，充填空間有限，充填困難等不利因素，同時，從經(jīng)濟效益上看沒有利潤，不考慮該方案。

方案四為限厚開采方案。該方案開采后，地表最大拉伸變形為3.8mm／m，最大壓縮變形為－6.2mm／m，地下開采后，地面不會出現(xiàn)大的裂縫，對地表文物影響較小。該方案在經(jīng)濟效益、對文物的影響與方案二相當。

方案五為分層開采方案。該方案開采后，地表最大拉伸變形為3.9mm／m，最大壓縮變形為－6.2mm／m，地下開采后，地面不會出現(xiàn)大的裂縫。可取得4.4億元的利潤，具有較好的經(jīng)濟效益。分層開采可以通過對上分層開采實測資料分析，確定本區(qū)合理的地表移動參數(shù)，從而調(diào)整后期開采方案，控制開采風險。缺點是進行分層開采將增加巷道掘進量，降低工作面開采效益。

方案六為跳采方案。該方案開采后，地表最大拉伸變形為3.9mm／m，最大壓縮變形為－6.2mm／m，地下開采后，地面不會出現(xiàn)大的裂縫?？扇〉美麧?.7億元，經(jīng)濟效益為第四位。存在的主要問題是：（1）該礦井為瓦斯突出礦井，協(xié)調(diào)開采將增加瓦斯突出的可能性，在防治瓦斯突出方面要采取一定的措施。（2）由于本區(qū)滑脫構(gòu)造影響，頂板巖體破碎，后期協(xié)調(diào)工作面開采頂板管理困難。（3）兩個工作面（25061、25091）同時齊頭推進開采對開采管理、通風等要求較高。

方案七為協(xié)調(diào)開采方案。該方案開采后，地表最大拉伸變形為6.5mm／m，最大壓縮變形為－7.5mm／m，可能導致地面出現(xiàn)較大裂縫，對陽城遺址影響較大。

5 結(jié)語

合理地解決遺址下采煤問題，一方面可以合理開采和利用資源，提高煤炭資源回收利用率，延長礦井服務年限。另一方面，也可以避免地表沉陷造成的影響。通過對比分析，綜合技術、經(jīng)濟、對文物的影響等，采用了方案五。目前遺址下正在采煤，不僅文物沒有破壞，而且創(chuàng)造了較高的經(jīng)濟效益。