萬 鎮(zhèn) 張學(xué)斌 袁 奇

（1.山東聯(lián)創(chuàng)礦業(yè)設(shè)計有限公司，山東 濟南 250101；2.煤炭工業(yè)濟南設(shè)計研究院有限公司，山東 濟南 250031；3.山東科技大學(xué)，山東 青島 266510）

合理選擇采煤方法、適當(dāng)加大工作面長度和加快工作面推進度實現(xiàn)合理集中生產(chǎn)是煤炭生產(chǎn)的重要技術(shù)原則，選擇可行的開采方式又是其中的一個重要方面。采區(qū)的開拓布局應(yīng)做到技術(shù)上可行，經(jīng)濟上合理，盡可能簡化生產(chǎn)系統(tǒng)，減少開拓工程量，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。

1 概況

三北采區(qū)位于金莊煤礦的中南部，受沖刷作用影響，三北采區(qū)3下煤層與一、二、三采區(qū)3下煤層不連續(xù)，屬于孤立塊段。3下煤層為該區(qū)的主采煤層，賦煤面積約為0.89km2，煤層傾角8～10°，煤層賦存范圍內(nèi)全部可采，可采范圍內(nèi)煤層厚度0.71～1.45m，較穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單。頂板為中、細粒砂巖，局部有0～0.3m泥巖、炭質(zhì)泥巖偽頂；底板為砂質(zhì)泥巖、細砂巖，局部有0～0.19m炭質(zhì)泥巖、泥巖偽底。三北采區(qū)附近村莊包括呂坡、劉坡西村及劉坡東村，采區(qū)周邊較遠處還分布有G104國道、橋梁、零散廠房等。根據(jù)煤礦生產(chǎn)接續(xù)安排，33采區(qū)結(jié)束后進入三北采區(qū)生產(chǎn)，三北采區(qū)投產(chǎn)后，與32采區(qū)配采達到礦井核定55萬t/a的生產(chǎn)能力。為了保證礦井的正常接續(xù)生產(chǎn)，降低煤炭開采對地表建筑物的影響，有必要優(yōu)化采區(qū)布置和開采方法。

2 采區(qū)布置優(yōu)化

2.1 采區(qū)布置研究

根據(jù)以上設(shè)計優(yōu)化原則，結(jié)合三北采區(qū)煤層賦存條件和現(xiàn)有的生產(chǎn)系統(tǒng)情況，提出以下采區(qū)布置優(yōu)化方案：

從二水平軌道暗斜井-580m標(biāo)高處左側(cè)開門，布置甩車場，落平后向正北方向布置三北采區(qū)軌道巷，平推三北采區(qū)軌道巷見3下煤后，向正東方向沿3下煤頂板布置三北采區(qū)輔助軌道下山，巷道傾角約2～4°，下山落底標(biāo)高為-628m，落底后布置采區(qū)水倉。

在二水平膠帶暗斜井A23’導(dǎo)向點下方10m處布置采區(qū)煤倉，倉底巷道底板標(biāo)高約-603m，倉頂?shù)装鍢?biāo)高約-580m，從采區(qū)煤倉上口向正北方向布置三北采區(qū)膠帶巷，在三北采區(qū)輔助軌道下山南側(cè)布置三北采區(qū)輔助膠帶下山，兩條下山間凈巖柱為30m。

此方案優(yōu)點：

（1）采區(qū)輔助下山沿煤層布置，巖巷掘進工程量少，半煤巖工程量多，工期短，有利于采區(qū)的準(zhǔn)備和接續(xù)；

（2）充分利用了現(xiàn)有巷道，運輸系統(tǒng)簡化、路線短，機電設(shè)備數(shù)量少，運輸費用低；

（3）巷道布置充分考慮了斷層及煤層賦存條件對開采的影響，可根據(jù)地質(zhì)情況對其進行相應(yīng)調(diào)整；

（4）工作面沿走向布置，受斷層影響較小，且工作面推進長度較長，減少了搬家次數(shù)，提高生產(chǎn)效率；

（5）后期再回采采區(qū)輔助下山南側(cè)的塊段時，輔助膠帶下山可以作為順槽之用，充分利用已有巷道，節(jié)省工程量。

2.2 采煤工作面布置研究

根據(jù)三北采區(qū)內(nèi)3下煤層賦存狀況、開采條件及目前礦井的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，確定三北采區(qū)3下煤層開采采煤工藝選用薄煤層綜合機械化采煤工藝。采區(qū)內(nèi)共布置10個工作面，其中沿三北采區(qū)輔助下山布置9個工作面，單翼布置，分別為3北01、3北02、3北03、3北04、3北05、3北06、3北07、3北08、3北09；沿三北采區(qū)膠帶巷布置3北10工作面，后期回采3北10工作面時利用三北采區(qū)輔助膠帶下山作為順槽之用。由于三北采區(qū)受地面村莊影響，首采面布置在基本不受村莊壓煤影響的區(qū)域，初步確定首采工作面為3北03工作面，如圖1所示。

3 三北采區(qū)建（構(gòu)）筑物下開采下沉預(yù)計

在煤層開采以前，煤層及其上覆巖層處于自然平衡狀態(tài)，由于煤層的采出，覆巖失去支撐，引起采空區(qū)頂板巖層垮落，依次形成垮落帶、裂縫帶和整體移動帶，相應(yīng)地面下沉，出現(xiàn)凹陷狀盆地，沉陷盆地隨著采煤工作面的推進而移動。評價地表村莊房屋移動變形程度（主要針對本區(qū)域建筑物情況）的主要指標(biāo)有：地表下沉值W(mm)、地表水平變形值ε(mm/m)、地表傾斜值i(mm/m)、地表曲率等。

圖1 巷道布置及開采范圍圖

3.1 計算模型參數(shù)的選取

采用概率積分法進行地表移動變形計算，移動計算參數(shù)的正確選取是進行論證設(shè)計的關(guān)鍵。本次地表移動變形計算參數(shù)的取值為：

全采下沉系數(shù)：0.84；

充填開采下沉系數(shù)：考慮充填工藝及效果等因素，取0.3；

水平移動系數(shù)：0.3；

主要影響及正切：2.4；

拐點偏移距：5～10m；

開采影響傳播角：87.2°；

開采厚度： 0.71～1.45m，平均1.08m。

3.2 開采方法及預(yù)計計算結(jié)果分析

根據(jù)煤層賦存條件及地面村莊分布情況，提出局部不采法的方法，針對該方式開采后僅在局部達到Ⅱ級破壞的特點，收縮開采范圍，不開采采區(qū)最西側(cè)的工作面，周邊建筑物破壞等級控制在Ⅰ級內(nèi)。

經(jīng)過概率積分法預(yù)計，三北采區(qū)內(nèi)3下煤層局部不采法條件下地表村莊民房、建（構(gòu)）筑物變形破壞最大值如表1所示。

表1 局部不采法條件下地表變形預(yù)測計算結(jié)果

地表的移動變形情況、達到Ⅱ級損壞等級的范圍如圖2。

圖2 局部不采法地表變形損壞圖

由計算結(jié)果可以看出，采區(qū)內(nèi)3下煤層在全采基礎(chǔ)上不采3北01工作面、收縮開采范圍后，呂坡村西北部的地面變形得到了一定的控制。開采后，全區(qū)最大下沉量1188mm；呂坡村最大水平變形值1.9mm/m，最大曲率變形值0.02×10-3/m，最大傾斜變形值為2.5mm/m；劉坡西村及劉坡東村最大水平變形值-1.3mm/m，最大曲率變形值-0.02×10-3/m，最大傾斜變形值為2.8mm/m，損壞等級均在Ⅰ級以內(nèi)。

綜合分析，設(shè)計推薦采用局部不采法，保留采區(qū)西部開采安全性差、成本高、可采范圍較不確定的3北01工作面不開采，不僅可將村莊損壞等級控制在Ⅰ級內(nèi)，而且不需建立充填系統(tǒng)，初期投入小、開采成本低，經(jīng)濟效益好。

4 結(jié)論

（1）巷道布置充分考慮了斷層及煤層賦存條件對開采的影響，采區(qū)輔助下山沿煤層布置，巖巷掘進工程量少；充分利用了現(xiàn)有巷道，運輸系統(tǒng)簡化，路線短。

（2）采用局部不采法，地表村莊民房、建（構(gòu)）筑物變形破壞得到了一定的控制，無需建立充填系統(tǒng)，開采成本低，管理簡單。