牛興麗 李靜靜 梁國華

(河北省地礦局第二地質(zhì)大隊 唐山 063000)

合理開采和利用煤炭資源，提高煤炭資源回收率，保護受開采影響區(qū)域內(nèi)的建筑物、水體、鐵路、主要井巷和保證礦井開采免受水體的威脅，是我國煤炭工業(yè)的重要技術(shù)研究方向。如何在既保護地表對象的同時，又可以最大限度的采出煤炭資源，也是目前研究的一項難題。

一般建筑物煤柱留設(shè)方法主要有垂直剖面法、垂線法、數(shù)字標高投影法等。本文利用垂直剖面法來確定不規(guī)則建筑群壓覆范圍，對建筑物煤柱留設(shè)方法進行了研究，并由一般的建筑物煤柱留設(shè)擴展到不規(guī)則建筑群煤柱留設(shè)。

1 垂直剖面法保護煤柱留設(shè)

1.1 垂直剖面法保護煤柱留設(shè)的基本原理

留設(shè)保護煤柱的實質(zhì)就是根據(jù)已掌握的地表移動變形規(guī)律，在煤層層面上圈定一個保護煤柱的邊界，回采僅在該邊界之外進行，使開采造成的影響不波及到需要保護的范圍。

在平面圖上通過受護對象角點作矩形，使矩形各邊分別平行于煤層傾斜方向和走向方向，在矩形四周做圍護帶，該圍護帶外邊界即為受護面積邊界(圖1)。首先在煤層傾斜方向上根據(jù)松散層移動角和基巖移動角確定傾斜方向上壓覆范圍m2n2，然后分別根據(jù)m2、n2高程點在煤層走向上確定其對應(yīng)標高的壓覆范圍q3k3、q2k2，在平面圖上以Ⅰ-Ⅰ為基準線將q3k3、q2k2投影到平面圖上得到壓覆范圍。

1.2 垂直剖面法保護煤柱留設(shè)舉例

本文以唐山市空港城規(guī)劃區(qū)稍作修整作為不規(guī)則建筑群的邊界，以開平煤田東歡坨礦區(qū)部分剖面稍作修整作為本文的示例剖面。根據(jù)垂直剖面法，對不規(guī)則建筑群1～10點在平面圖上通過受護對象角點做分別平行于煤層傾斜方向和走向方向的矩形，在矩形四周做圍護帶，得到圖2中虛線范圍內(nèi)的受護面積。

煤層傾斜方向上得到受護邊界與各剖面線的交點a0、b0、c0、80，在剖面圖上分別根據(jù)松散層移動角、基巖移動角得出平面圖上的a0′、b0′、c0′、80′。

煤層走向方向上的8、10點，在走向剖面圖上根據(jù)松散層移動角、走向基巖移動角得出平面圖上80″、100″(由于本文截取部分圖件，故100″無法顯示)。

2 不規(guī)則建筑群保護煤柱留設(shè)

2.1 不規(guī)則建筑群分割方法

隨著城市的不斷擴建，大范圍不規(guī)則建筑物如果利用此法會出現(xiàn)圈定范圍過大，造成礦產(chǎn)資源無法最大限度的開采。鑒于上述問題本文對不規(guī)則建筑群進行了分割處理，垂直剖面法對于小面積建筑物實用性較好，目的是在保護地表建筑物的同時可以最大限度的減少地下資源浪費。

由于是大范圍的建筑群，故煤層的走向存在不唯一性，剖面線的方向及煤層走向會發(fā)生變化，本文以兩條剖面線的角平分線(輔助線)為基準，將其進行分割，得到不同的分割塊段。在平面圖上根據(jù)各分塊的受護對象交點做分別平行于煤層傾斜方向與走向方向的矩形，并在矩形四周做圍護帶，得到各分塊的受護面積，并根據(jù)松散層移動角、基巖移動角在各自傾斜及走向方向上確定其壓覆范圍。

2.2 不規(guī)則建筑群分割方法舉例

將不規(guī)則建筑群根據(jù)兩條剖面線的角平分線(輔1、輔2)分割為塊1、塊2、塊3。過點1、3、5分別做平行于煤層走向的直線，與剖面線及輔助線得到交點；在塊1、塊3中過走向方向上的最遠點分別做平行于1-1′線、3-3′線的直線。依次連接三個塊段圈定的外部邊界線，以外部邊界線在周圍做圍護帶得到總的受護面積(圖3)。

Ⅰ-Ⅰ：煤層傾向方向；Ⅱ-Ⅱ：煤層走向方向；mn：傾斜方向上受護邊界；qk：走向方向上受護邊界；δ、β、γ：基巖移動角；φ：松散層移動角圖1 垂直剖面法圈定壓覆范圍示意圖

圖2 不分割圈定壓覆范圍過程圖(垂直剖面法)

在煤層傾斜方向上得到受護邊界與各剖面線的交點a、b、c、8，在剖面圖上分別根據(jù)松散層移動角、基巖移動角得出平面圖上的a′、b′、c′、8′。

在煤層走向方向上的8、10點，及在走向剖面圖上根據(jù)松散層移動角、走向基巖移動角得出平面圖上8″、10″(由于本文截取部分圖件，故10″無法顯示)。

如圖3所示，依次連接a′、b′、c′、8′、d′、8″得到壓覆范圍。(d′為c′8′的延長線與8″10″延長線的交點)

圖3 分割法圈定壓覆范圍過程圖(垂直剖面法)

3 圈定壓覆范圍結(jié)果對比

本文利用垂直剖面法對分割和不分割兩種方法進行了圈定壓覆范圍面積的對比，通過表1可以得出，利用分割法可以減少其受護面積及壓覆范圍面積，其中受護面積減少11.96%，壓覆范圍面積減少10.52%。圖4為兩種方法圈定壓覆范圍對比圖。

表1 不同方法圈定壓覆范圍對比表

圖4 不同方法圈定壓覆范圍面積對比圖

4 結(jié)論

如何對不規(guī)則建筑群合理圈定壓覆范圍，是目前研究的一個熱點。首先對不規(guī)則建筑群進行分割，然后利用垂直剖面法對各分割塊段圈定受護面積及壓覆范圍，可以在充分保護地表建筑不受危害的同時，大幅度的減少壓覆面積。

[1]徐平,王小明,宋戰(zhàn)旺.壓覆礦產(chǎn)資源儲量的計算要點與程序設(shè)計[J].礦業(yè)研究與開發(fā).2013(01).

[2]張玉法,王大剛,王昌念.高速公路壓覆煤炭資源節(jié)約與綜合利用探討[J].中國礦業(yè). 2012(04).

[3]劉東華,邢永強,翟丹丹.建設(shè)項目壓覆礦產(chǎn)資源儲量技術(shù)方法研究—以南水北調(diào)中線一期工程總干渠為例[J].河南科學(xué).2010(09).

[4]李大軍,雷俊嶺.新河礦井工業(yè)場地壓覆二-1煤的儲量估算[J].煤礦開采. 2007(06)

[5]國家煤炭工業(yè)局.建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程[M].北京:煤炭工業(yè)出版社.2000.