亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        城鎮(zhèn)下特厚煤層大采寬條帶開采方法研究

        2020-03-16 03:38:00雷武林李星亮何姜毅張巨峰張光生
        煤礦安全 2020年2期
        關(guān)鍵詞:煤柱條帶礦井

        雷武林 ,李星亮 ,王 建 ,何姜毅 ,鄭 超 ,余 嵐 ,張巨峰 ,張光生

        (1.隴東學(xué)院 能源工程學(xué)院,甘肅 慶陽 745000;2.西安科技大學(xué) 能源學(xué)院,陜西 西安 710054;3.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西 渭南 714000;4.重慶消防安全技術(shù)研究服務(wù)有限責(zé)任公司,重慶 401121)

        隨著我國煤炭資源開采強度和范圍的增大,面臨的建筑物下采煤的問題也越來越普遍,建筑物下開采是指那些不宜搬遷的村莊、城鎮(zhèn)、工廠等建筑物下壓占煤炭的開采[1],采用科學(xué)合理的技術(shù)方法,從而達到資源高效利用與建筑物保護的雙贏目標(biāo)。根據(jù)我國重點煤礦的統(tǒng)計資料,我國所面臨的“三下”壓煤量約為 137.9 億t,其中建筑物下壓煤量達到約 87.6 億t,然而建筑物壓煤中的村鎮(zhèn)壓煤所占比例為 60% 以上[2]。隨著我國城鎮(zhèn)化的推進,村鎮(zhèn)的建設(shè)規(guī)模將會不斷增大,村鎮(zhèn)下實際壓煤量肯定會遠遠超過這一統(tǒng)計數(shù)字[3]。建筑物下煤炭開采技術(shù)難度大,煤炭資源回采率低,礦井開拓巷道工程量大,采煤面服務(wù)時間比較短,非常容易造成生產(chǎn)接替緊張等問題[4]。針對建筑物下采煤的問題,我國學(xué)者開展了大量的研究工作。鄧喀中[5]研究了條帶開采煤柱在地下水等多種因素作用下發(fā)生的漸進性剝離行為,建立了煤柱非均勻剝離模型,給出了煤柱長期穩(wěn)定性的評價方法。郭文兵[6]探索了工業(yè)廣場密集建筑物下采寬條帶小工作面安全開采方案,有效解決了工業(yè)廣場壓煤現(xiàn)狀,為資源枯竭礦井的資源回收提供了參考。何滿潮[7]建立了條帶開采煤柱抗滑穩(wěn)定性的力學(xué)模型,提出了保障煤柱穩(wěn)定性主要影響因素的敏感性判別方法。郭惟嘉[8]針對深井寬條帶開采的特征,提出了深井寬條帶開采煤柱尺寸計算的設(shè)計方法。余學(xué)義[9]研究了厚黃土層下條帶開采地表沉陷規(guī)律,并對地表沉陷的概率積分公式進行了一定的修正,并利用地表移動參數(shù)設(shè)計了建下條帶開采的參數(shù)。已有的研究成果多是針對常規(guī)條帶開采的地表移動變形進行研究,而針對建筑物下大采寬條帶開采的研究較少。為此以實現(xiàn)策底煤礦建筑下安全采煤為研究目的,通過現(xiàn)場實地勘察、條帶開采參數(shù)理論計算、概率積分法預(yù)計地表變形和FLAC3D數(shù)值模擬等多種方法,深入分析了地質(zhì)采礦條件和地表建筑物狀況,提出了大采寬條帶開采的設(shè)計方案,即保證了地表建筑物的安全使用,又最大限度的提高了煤炭資源的回采率,對礦區(qū)實現(xiàn)綠色、高效、安全開采具有重要意義。

        1 工程背景

        1.1 地質(zhì)采礦條件

        策底煤礦礦權(quán)范圍北起F1唐家山逆斷層,南、西為技術(shù)邊界,東至煤層露頭線以南。井田走向長4.5 km,傾斜長2.5 km,井田面積7.50 km2,開采深度為 340~450 m,井田北部埋藏淺南部埋藏較深。礦區(qū)內(nèi)含煤地層為中侏羅統(tǒng)延安組,主要有 2 層可采煤層,自上而下分別是3#、5#煤層,煤層間距約為7.2~28.3 m。主采煤層為5#煤,平均厚度約 8.0 m,井田范圍內(nèi)的煤層傾角約為 23°~38° ,煤層位于井田東北方向傾角比較大,位于西南方向傾角比較小,煤層穩(wěn)定性好,井田范圍內(nèi)普遍可采。本區(qū)為一復(fù)式向斜構(gòu)造,煤層呈傾斜賦存,水文地質(zhì)條件簡單,煤層頂?shù)装鍘r性屬于不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定,煤層頂、底板情況見表1。

        1.2 地表建筑物概況

        策底煤礦涉及地下開采需保護的建筑種類多、數(shù)量大、范圍廣,壓煤位置主要分布在采區(qū)南部02、04 2個采煤工作面沿走向的中部區(qū)域,壓煤的走向長度約為650 m。初步估測,策底煤礦臨的建筑物下的壓占煤5 量約為3.69 Mt,占煤5 可采儲量的19%。

        表1 煤層頂?shù)装逄卣鞅鞹able 1 Characteristics of coal seam roof and floor

        根據(jù)《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》規(guī)定[10],地表建筑物保護級別劃分見表2 。策底煤礦地面建筑物按類型可分為:磚木結(jié)構(gòu)磚瓦平房 464 戶;磚混結(jié)構(gòu)磚瓦樓房 178 棟;磚土結(jié)構(gòu)土坯平房 74 戶;鋼架結(jié)構(gòu)鋼構(gòu)大棚 2 座。按類型可分為:居民住宅、商用建筑、辦公樓、學(xué)校、教堂、城鎮(zhèn)公共設(shè)施等。

        表2 建筑物保護級別劃分Table 2 Classification of building protection levels

        2 建筑物下開采方案的分析

        鑒于策底煤礦建筑物下安全采煤的現(xiàn)狀,提出了留設(shè)保護煤柱、限高開采、充填開采、條帶開采4種開采方案,并從安全、經(jīng)濟、開采方法和技術(shù)等多方面進行分析和論證,對比各個方案的優(yōu)缺點,確定出最終的開采方案。

        1)留設(shè)保護煤柱方案。策底煤礦涉及的地表建筑類型復(fù)雜且數(shù)量較多,而且還涉及到區(qū)域排水、通訊、電力等設(shè)施的保護,部分建筑物保護級別較高(Ⅱ級),因此留設(shè)保護煤柱安全可靠。但是該礦為一小型煤礦,建筑物壓煤資源高達 174.2 萬t,礦井設(shè)計時未考慮到建筑物的壓煤量,會大大縮短礦井的服務(wù)年限,且資源回收率低、資源浪費嚴(yán)重。

        2)充填開采方案。充填開采不但能保證地面建筑物的安全還可實現(xiàn)工作面的連續(xù)推進,預(yù)估可釋放煤炭資源量 79.2 萬t,預(yù)期經(jīng)濟價值 15 793 萬元。但是充填開采工藝復(fù)雜,會嚴(yán)重影響開采進度,且充填成本較高,預(yù)計達到7 922 萬元,對于該小型礦井現(xiàn)有的技術(shù)力量和資本狀況,難以實現(xiàn)充填開采技術(shù)方案。

        3)限高開采方案。限高開采在不影響礦井生產(chǎn)能力的條件下能最大化的回收部分煤炭資源,在有效解決礦井接替緊張的局面下還可實現(xiàn)連續(xù)采煤,利用“開采損害預(yù)計系統(tǒng)”預(yù)估限高開采后,可采出煤炭32.1 萬t,回采率約為18.5%,地表部分建筑物損害達到Ⅵ級以上,且位于地表一中學(xué)范圍內(nèi),地表建筑受損害嚴(yán)重。

        4)寬條帶開采方案。綜合分析條帶開采設(shè)計的原則及條件,結(jié)合礦井生產(chǎn)條件,采用走向條帶開采法分析其適用性。一方面走向開采寬煤柱可有效保障煤柱的支撐強度和長期穩(wěn)定性;另一方面可現(xiàn)實工作面的連續(xù)推進,不需專門掘進巷道,減緩采掘接替緊張的局面,提高生產(chǎn)能力,最大化的回收煤炭資源,增加了礦井的經(jīng)濟效益。

        參考礦井所處地區(qū)的煤炭生產(chǎn)成本和銷售價格,確定4 種不同開采方案的經(jīng)濟預(yù)估參數(shù),各方案的經(jīng)濟指標(biāo)見表3。結(jié)果表明,寬條帶開采是最適合該礦井建筑物下采煤的最優(yōu)方案,既能有效保障地面建筑物的安全使用,又能最大化的實現(xiàn)其經(jīng)濟效益,并且可緩解礦井的采掘接替緊張困難局面。

        表3 開采方案經(jīng)濟指標(biāo)對比Table 3 Comparison of economic indexes of mining schemes

        3 寬條帶開采方案

        3.1 寬條帶開采概述及設(shè)計原則

        條帶開采技術(shù)[11]是1 種部分開采資源的方法,實質(zhì)是將開采區(qū)域的煤層劃分成比較規(guī)則的條帶狀,采出1 條,保留1 條,并使保留下來的煤柱具有足夠支撐覆巖的變形,且地表僅僅產(chǎn)生比較小的移動變形,從而不影響地表的構(gòu)筑物。與傳統(tǒng)的全部垮落法頂板管理方法不同,該方法的資源采出率相對較低,通常僅在保護地表建(構(gòu))筑物、鐵(公)路及水體的狀態(tài)下才應(yīng)用。多年的現(xiàn)場實踐經(jīng)驗表明,條帶開采的設(shè)計應(yīng)滿足以下幾點原則[12]:①地表允許移動變形,但產(chǎn)生的變形值必須遠小于建筑物的允許;②留設(shè)的煤柱需有足夠的長期穩(wěn)定性;③在安全采煤的前提下,盡可能的提高采出率;④深部開采條件下,應(yīng)分析建筑物分布的規(guī)律,可應(yīng)用寬條帶開采方式,實現(xiàn)高采出率。

        3.2 寬條帶開采參數(shù)

        3.2.1 采寬b

        根據(jù)條帶開采設(shè)計經(jīng)驗[13],為確保開采以后采空區(qū)不會活化,采寬留設(shè)應(yīng)該遵循下面的原則:

        式中:H 為開采深度,m;b 為采出寬度,m。

        礦井主采的煤5 層,埋藏深度約 290~380 m,為保證安全,一般采用最小采深值確定采寬范圍,根據(jù)上式計算,采寬b 留設(shè)在34.0~85.0 m 之間。

        根據(jù)壓力拱理論,由于采空區(qū)上部形成了壓力拱,覆巖的載荷僅有很小部分作用到直接頂上,大部分作用在工作面兩端的實體煤拱腳區(qū),則壓力拱的內(nèi)寬LPA計算公式如下:

        如果采用“條帶部分開采”方法確保采空區(qū)不收影響,則條帶開采的采礦留設(shè)應(yīng)滿足以下原則:

        根據(jù)以上公式計算得出,采寬b 的設(shè)計寬度應(yīng)小于51.8 m。

        根據(jù)以上2 種方式的計算結(jié)果,借鑒相鄰礦井條帶開采的經(jīng)驗,充分考慮煤層深度、覆巖結(jié)構(gòu)和開采方法等因素,最終確定采寬b=50 m。

        3.2.2 留寬a

        根據(jù)A.H.Wilson 理論[14],保留煤柱尺寸一般需滿足下列關(guān)系:

        式中:Y 為煤柱屈服寬度,m;S 為煤柱核區(qū)寬度,m;M 為煤層厚度,m;H 為開采深度,m。

        將 S=8.4 m,M=8.0 m,H=450 m 代入式(4),得到留寬a>44.4 m??紤]到地表建筑物有變電所、學(xué)校等設(shè)防等級較高的建筑物,應(yīng)加大煤柱留設(shè)寬度,并且由于02 工作面已經(jīng)布置完成,切眼長度為120 m,采寬b 為50 m,最終確定留寬a=70 m。

        3.2.3 煤柱穩(wěn)定性驗證

        煤柱安全系數(shù)k 驗算[15]如下:

        長煤柱極限承載能力為:

        長煤柱實際承載能力為:

        安全系數(shù)k 為:

        式中:Fa為煤柱極限承載能力,kN;Fb為煤柱分擔(dān)荷載能力,kN;H 為開采深度,m;ρ 為覆巖平均密度,kN/m3;M 為煤層厚度,m;a 為煤柱寬度,m;b 為開采寬度,m。

        計算結(jié)果表明,k=1.81≥1.5 滿足垮落條帶開采安全系數(shù)的技術(shù)要求。

        煤柱寬高比值為8.75,滿足垮落條帶開采留寬與采高之比大于5 的技術(shù)參數(shù)要求。

        煤柱核區(qū)比率驗算:

        式中:R 為核區(qū)比率;a 為煤柱寬度;rp為煤柱屈服區(qū)的寬度。

        經(jīng)計算,穩(wěn)定煤柱的核區(qū)比率R=0.785 0.65,滿足條帶留寬煤柱的核區(qū)率要求。

        條帶采出率驗算:

        將a=70 m,b=50 m 代入公式,計算條帶開采面積回采率為41.7%,滿足技術(shù)要求。

        綜上所述,煤柱穩(wěn)定性綜合參數(shù)見表4 ,最終確定留寬a=70 m、采寬b=50 m 的條帶開采設(shè)計符合要求。

        表4 煤柱穩(wěn)定性綜合計算參數(shù)表Table 4 Comprehensive calculation parameters of pillar stability

        4 地表移動變形預(yù)計

        在綜合分析策底煤礦地質(zhì)采礦條件的基礎(chǔ)上,依據(jù)建筑物下壓煤區(qū)域的覆巖特性,類比相鄰硯北煤礦全采時的地表移動參數(shù),通過經(jīng)驗換算公式[16]得到了條帶開采時的預(yù)計參數(shù)見表5。

        表5 條帶開采預(yù)計參數(shù)值Table 5 Estimated parameters of strip mining

        應(yīng)用概率積分法對礦井條帶開采進行驗證,采后引起的地表最大移動變形值見表6。根據(jù)策底礦建筑物下設(shè)計保護煤柱分布狀況,分析02、04 工作面的開采條件,確定預(yù)計的塊段,應(yīng)用Ylh-12 概率積分預(yù)計程序進行計算[17],并處理為全盆地移動變形等值線進行分析開采方案的可行性,條帶開采后地表移動變形等值線分析如圖1。

        表6 地表最大移動變形值Table 6 maximum surface displacement deformation value

        根據(jù)策底煤礦建筑物下采煤設(shè)計要求,條帶開采設(shè)計地目的主要是保護村鎮(zhèn)中心兩側(cè)的建筑物,其余建筑物按照搬遷或者采后修復(fù)為主進行設(shè)計開采。綜合分析,依據(jù)《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》的規(guī)定[5],地表主要保護的磚石結(jié)構(gòu)建筑物受開采影響程度應(yīng)該在Ⅰ級左右,僅有的小部分三層建筑物破壞等級為Ⅱ級。因此,該條帶開采設(shè)計方案不僅能滿足開采的技術(shù)要求,也實現(xiàn)了地表建筑物的保護原則。

        5 數(shù)值模擬分析

        5.1 模型建立

        根據(jù)策底煤礦建筑物下條帶開采設(shè)計,應(yīng)用FLAC3D軟件[18]對 02、04 工作面進行開采模擬,模擬的工作面非建筑物下傾向長度為120 m,建筑物下采寬50 m,煤柱留寬70 m,走向推進長度600 m,傾角為25°,煤厚8 m,采深350~440 m;最終建立的模型尺寸為:800 m× 500 m× 549 m,總計 21 層,模型劃分62 000 個網(wǎng)格和69 003 個節(jié)點;選用摩爾-庫倫準(zhǔn)則,采用位移邊界條件,以巖土力學(xué)理論為基礎(chǔ),基本可真是模擬現(xiàn)場地質(zhì)條件[19],模型如圖2。

        5.2 模擬結(jié)果與分析

        圖1 條帶開采后地表移動變形等值線分析圖Fig.1 Contour analysis diagram of surface movement and deformation after strip mining

        圖2 三維計算模型Fig.2 3D calculation model

        FLAC3D模型按照條帶開采設(shè)計采出02、04 工作面后如圖3,當(dāng)02、04 面按照條帶開采設(shè)計開挖后如圖4,地表最大下沉值為190 mm,開采后不會出現(xiàn)大的波浪下沉,形成了均勻的下沉盆地,與概率積分法預(yù)計的值比較接近,也滿足條帶開采保護建筑物的要求,因而說明條帶開采設(shè)計采50 m、留70 m 的設(shè)計方案符合策底煤礦建筑物下開采的設(shè)計要求,可實現(xiàn)建筑物下安全采煤。

        圖3 02 和04 面條帶開挖后工作面示意圖Fig.3 Schematic diagram after strip excavation of 02 and 04 working faces

        圖4 02 和04 面開挖后地表下沉示意圖Fig.4 Schematic diagram of surface subsidence after excavation 02 and 04 working faces

        為了進一步印證留設(shè)寬煤柱的穩(wěn)定性和設(shè)計參數(shù)的合理性,特在數(shù)值模型采空區(qū)地表位置布設(shè)了2 條觀測線,分別沿著采空區(qū)走向位置布設(shè),各布設(shè)5 個測量點,計為 A1~A5 和 B1~B5。通過對測點在開采過程中的全程監(jiān)測,結(jié)果表明:整個開采過程中,地表下沉變形相對較緩慢,沒有出現(xiàn)下沉突變值,各測點均隨著工作面的開采下沉量不斷增大,僅在區(qū)段煤柱兩側(cè)呈平緩狀態(tài),但最大值均滿足建筑下開采的要求,滿足了工程需求,如圖5 和圖6。

        圖5 A1~A5 測點下沉曲線圖Fig.5 Subsidence curves of measuring points A1-A5

        6 結(jié) 論

        1)現(xiàn)場調(diào)查分析,查明了地表建筑物分布、類型、數(shù)量和結(jié)構(gòu),確定了礦區(qū)村鎮(zhèn)中心建筑物保護等級為Ⅱ級,部分民房保護等級為Ⅲ級。

        圖6 B1~B5 測點下沉曲線圖Fig.6 Subsidence curves of measuring points B1-B5

        2)應(yīng)用壓力拱理論和威爾遜理論分析計算,結(jié)合現(xiàn)場工作面實際開采狀況,綜合分析該礦地質(zhì)采礦條件,最終確定條帶開采留寬70 m、采寬50 m 的設(shè)計參數(shù),并通過了煤柱穩(wěn)定性驗證和條帶設(shè)計回采率的要求。

        3)應(yīng)用概率積分法對條帶開采后全盆地地表移動變形進行預(yù)計分析,結(jié)果表明,地表最大下沉量值為 210 mm,地表水平變形量值為-1.0~1.5 mm/m,驗證了地表主要保護的建筑物受損小于Ⅰ級破壞,采后不影響建筑物的正常使用。

        4)運用FLAC3D模擬計算了大采寬條帶開采,得出采后地表最大下沉值為190 mm,表明該條帶開采設(shè)計方案的合理性。

        5)大采寬條帶開采方案可最大化的解放建筑下的煤炭資源,實現(xiàn)了02、04 工作面連續(xù)推進開采,減少搬家倒面,可取得良好的經(jīng)濟效益。

        猜你喜歡
        煤柱條帶礦井
        采動影響下雙巷掘進煤柱承載特征研究
        建立三大長效機制 保障礦井長治久安
        煤礦礦井技術(shù)改造探討
        基于條帶模式GEOSAR-TOPS模式UAVSAR的雙基成像算法
        基于 Savitzky-Golay 加權(quán)擬合的紅外圖像非均勻性條帶校正方法
        建筑物下煤柱巷道穿采分析
        河南科技(2014年11期)2014-02-27 14:16:58
        礦井提升自動化改造
        河南科技(2014年11期)2014-02-27 14:10:01
        臨時主要通風(fēng)機在基建礦井中的研究與應(yīng)用
        河南科技(2014年10期)2014-02-27 14:09:22
        保護煤柱寬度的理論值分析
        河南科技(2014年5期)2014-02-27 14:08:25
        一種基于MATLAB的聲吶條帶圖像自動拼接算法
        海岸工程(2014年4期)2014-02-27 12:51:28
        国产精品国产精品国产专区不卡| 国产一区二区在线观看视频免费| 在线不卡精品免费视频| 狂猛欧美激情性xxxx大豆行情| 国产三级精品三级在线观看| 欧美一区波多野结衣第一页| 亚洲福利av一区二区| av免费在线免费观看| 美女av一区二区三区| 国产特级全黄一级毛片不卡| 人妻少妇精品视频中文字幕国语| 日韩有码中文字幕在线观看| 十八18禁国产精品www| 久久精品无码一区二区乱片子| 国产一区二区av男人| 日本免费大片一区二区| 欧洲熟妇色xxxxx欧美老妇伦| 亚洲电影一区二区三区| 亚洲综合伊人久久综合| 在线无码中文字幕一区| 国产真人无码作爱视频免费| 国产真实乱对白在线观看| 中文日本强暴人妻另类视频| 色欲综合一区二区三区| 亚洲最大天堂无码精品区| 亚洲一级av大片在线观看| 久久婷婷综合缴情亚洲狠狠| 国产丝袜在线精品丝袜| 中文AV怡红院| 99蜜桃在线观看免费视频| 久久精品aⅴ无码中文字字幕| 狠狠久久亚洲欧美专区| 日韩久久免费精品视频| 日本一区二区在线免费视频| 好日子在线观看视频大全免费动漫| 一区二区免费电影| 91九色极品探花内射| 国产福利视频一区二区| 黄色毛片视频免费| 日本黄色特级一区二区三区| 久久亚洲精品情侣|