建筑物下条带开采设计方法

研究建筑物下压煤开采优化设计【摘要】针对某区域埋深大、地表采动的影响相对较小的特征，设计时须按照上层煤全采以及下层煤条带开采的方式进行布置，而且基于条带开采时的控制技术，通过跳采从而达到降低地表移动以及变形，使煤炭采出率得到提高，并使采煤量最大化。

【关键词】建筑物；压煤开采；优化设计0.引言国内的采煤行业正处于开采技术改进更新的时代，很多指导性的理论问题须不断进行研究。

本文以某区域的实际地质条件为基础，对建筑物下压煤开采的优化设计进行了较为详细地介绍，希望对实际的煤炭开采提供帮助。

1.建筑物下压煤开采的发展概述1.1开采技术的研究从开采技术的角度来说，主要对减少或避免地表下沉以及塌陷的开采技术手段，降低地表的移动及变形的开采方式等几方面的内容进行了深入的研究，并产生了具有实际应用效果的理论成果。

目前我国建筑物下压煤开采的主要方式之一就是条带开采。

1.2开采沉陷的研究成果国内外的专家大量研究了条带开采的方式，主要的研究内容涉及到条带开采中的某些基本问题，包含了条带开采的地表移动机理及规律、条带开采的地表移动及变形的预计、条带煤柱的稳定性以及条带开采参数的优化设计等内容。

1.2.1条带开采的地表移动机理以及变形规律已基本掌握通过现场实测以及理论分析等方式相结合，提出假说，系统研究了条带开采的地表移动机理以及变形规律，在一定程度上可以清晰的表达出条带开采完成后地表的移动以及变形机理，对于条带开采覆岩的力学性质、煤层的倾角、开采的厚度及深度、采区的尺寸及采煤方法、顶板管理、对于地表移动的影响等内容已经基本掌握。

1.2.2 总结出地表移动以及变形的计算方法为能够准确的估计开采方法对于建筑物产生的影响，须对开采方案可形成的地表移动以及变形进行相应的预计。

对于该预计，则形成了最大下沉、最大水平移动、影响函数法以及数值模拟和物理模拟法等相关预计方法，包括了概率积分法以及典型曲线法，它们的应用是最常见的。

2.建筑物下压煤开采优化设计2.1采矿的条件2.1.1煤层情况2.1.2顶底板的条件2.2受护体抗变形能力的研究2.2.1抗采动变形能力的研究按照建筑物的建设时间、结构与质量以及完好的程度，本区域的建筑物主要包括3类：第一类，新建设的楼房建筑物。

建筑物下条带开采冒落区注浆充填减沉技术的理论研究一、本文概述《建筑物下条带开采冒落区注浆充填减沉技术的理论研究》一文主要探讨了建筑物下方条带开采过程中冒落区的注浆充填减沉技术。

文章首先介绍了研究背景，随着城市化进程的加快，建筑物下方矿产资源的开采日益普遍，而冒落区的存在往往会对建筑物的稳定性构成严重威胁。

注浆充填减沉技术作为一种有效的解决方法，具有广阔的应用前景。

接着，文章综述了注浆充填减沉技术的发展历程和现状，分析了当前研究中存在的问题和不足。

在此基础上，文章提出了本文的研究目的和意义，旨在通过理论研究和模拟实验，深入探讨注浆充填减沉技术在建筑物下方条带开采中的应用效果，为实际工程提供理论支持和指导。

文章结构方面，本文首先介绍了注浆充填减沉技术的基本原理和关键技术，包括注浆材料的选择、注浆工艺的设计以及注浆效果的监测等。

随后，通过数值模拟和物理模拟实验，分析了注浆充填减沉技术在不同条件下的应用效果，包括注浆压力、注浆速度、注浆量等因素对减沉效果的影响。

文章还结合工程实例，对注浆充填减沉技术的实际应用效果进行了评估和分析。

文章总结了注浆充填减沉技术的研究成果和结论，指出了研究中存在的不足和需要进一步深入研究的问题，为未来的研究提供了方向和参考。

文章也展望了注浆充填减沉技术在建筑物下方矿产资源开采领域的应用前景，为相关工程实践提供了有益的参考和借鉴。

二、文献综述在矿山开采过程中，建筑物下条带开采冒落区的出现往往会对地表建筑造成严重的威胁，甚至导致建筑物的破坏。

因此，注浆充填减沉技术作为一种有效的工程措施，受到了广泛的关注和研究。

本文旨在对该技术的理论研究进行深入的探讨，为工程实践提供理论支撑。

在文献方面，国内外学者对注浆充填减沉技术的研究已经取得了一定的成果。

国外的研究主要集中在注浆材料的性能优化、注浆工艺参数的确定以及注浆效果的评估等方面。

例如，Smith等人（2005）通过室内试验，研究了不同注浆材料的渗透性能和强度特性，提出了适用于不同地质条件的注浆材料选择方法。

“采—注—采”三步法原理吸收条带开采和充填开采岩层移动和地表沉陷控制技术的优点，充分利用覆岩结构对岩层移动的控制作用，布置条带式工作面跳跃式开采，注浆充填和加固采空区破裂岩体恢复承载能力，应用荷载置换原理，实现对上覆岩层的控制；据此提出“小条带开采—注浆充填固结采空区—剩余条带开采”三步法开采新方法，进行岩层移动和地表沉陷控制，以解决大面积开采地表沉陷控制和提高煤炭回采率的矛盾问题。

其基本内涵是:将开采区布置成类似于条带开采式的宽、窄条带相间的工作面，窄条带工作面宽度应控制在上覆基岩厚度的1∕4～1∕6 左右，并控制面积采出率不超过35﹪；宽条带工作面宽度应控制在基岩厚度的1∕3～1∕5左右。

第一步：首先开采窄条带工作面。

留煤柱(宽条带) 控制覆岩移动，采后覆岩破坏形成自然平衡拱式平衡体系，地表沉陷与变形微乎其微。

第二步：注浆充填与固结窄条带采空区垮落、断裂带破裂岩体。

注浆材料可选用成本较低的粉煤灰—高水材料(水泥) 或砂—高水材料(水泥) 复合浆液，将采空区及其上覆破裂岩体固结为一个整体形成复合固结体，恢复其承载能力。

第三步：开采剩余的宽条带煤柱。

为保证固结破裂岩体支撑带的稳定性和减轻注浆、冒矸对煤炭质量的影响，便于掘进上、下顺槽及保证其稳定性，在宽条带开采时，两侧各应留一宽5 m左右的小条形隔离煤柱。

利用恢复了承载能力的复合固结岩体条带支撑上覆岩层，实现荷载转移，形成以小煤柱包裹的复合固结岩体条带支撑、老顶砌体梁和上部完整岩层为主要结构的覆岩移动与稳定体系，地表将形成类似于条带开采的大面积平缓下沉状态，达到降低地表沉陷量、减小地表变形值的目的。

初步预计采用这种方法控制地表沉陷，最终可将地表下沉率控制在25%左右，最终的工作面面积采出率达到80%～90%，接近常规的大面积长壁工作面的采出率。

在目前的开采技术条件下，采用“采—注—采”三步法开采既可以实现对上覆岩层和地表塌陷的有效控制，又可大幅度提高煤炭资源的采出率；各单个工作面的开采工艺可采用常规方法，采空区注浆加固工艺控制简单。

基于关键层理论的建筑物下条带开采技术马震;何立新;方新秋【摘要】为解决西细庄矿建筑物下煤炭资源回收的问题,结合其实际地质条件,运用关键层理论计算出5煤覆岩关键层的位置及其破断距；由于主关键层离地表较近,以亚关键层2为设计依据,确定了条带开采的采宽不大于70 m;结合采出率对条带开采的影响,提出了条带开采方案,并运用煤柱强度相关理论对其进行稳定性校验.运用理论分析和数值模拟对所提方案的煤柱应力和地表变形进行分析,并根据模拟结果确定出了合理的条带开采方案.【期刊名称】《煤》【年(卷),期】2012(021)001【总页数】5页(P17-21)【关键词】关键层;条带开采;煤柱稳定性;数值模拟;地表变形【作者】马震;何立新;方新秋【作者单位】中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州221116;煤炭资源与安全开采国家重点实验室,江苏徐州221008;中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州221116;开滦集团蔚州矿业有限公司,河北张家口075700;中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州221116;煤炭资源与安全开采国家重点实验室,江苏徐州221008【正文语种】中文【中图分类】TD823.6我国“三下”(指建筑物下、铁路下和水体下)积压着大量的煤炭资源，据统计目前我国煤矿“三下”压煤量约达137.9×109t，因此，“三下”采煤已经成为我国煤炭工业发展的重中之重，针对上述问题，国内开展了大量关于“三下”煤炭开采方面的研究，目前我国对“三下”资源的主要开采方式为房柱式开采、条带开采和充填开采等，条带开采是目前我国解决“三下”压煤的主要途径。

我国在建筑物下采煤取得了丰富的经验。

条带开采是建筑物下压煤回采较成熟的方法，国内外许多学者对条带的开采设计、地表沉陷变形、回采率以及它们的关系研究较多[1-3]。

本文以开滦集团蔚州公司西细庄矿建筑物下5煤条带开采为背景，依据关键层理论研究回采率、采宽、留宽与地表变形的关系，确定了合理开采方案。

第十章建构筑物下采煤技术建筑物下采煤主要措施有两个：（1）减小建构筑物所受的移动变形值—开采技术措施（2）增大建构筑物抗变形能力和适应变形的能力—建筑物结构措施一、开采技术措施（一）全柱开采要求：煤柱内不出现永久性开采边界、变形不叠加1.长工作面开采2.间歇开采（二）协调开采原理：通过多个工作面开采使其变形互相抵消，从而减小建筑物所受的变形（三）择优开采——减小风险（四）连续开采——避免形成永久边界，产生变形值（五）适当安排工作面与建筑物长轴的关系——减小建构筑物长轴方向变形及避免扭曲变形（六）对称背向开采或对称对向开采——减少倾斜变形（七）干净回采，不留残留煤柱——残留煤柱可能导致变形叠加（八）充填法开采——减小移动变形传统的充填方法有水砂充填、矸石风力充填、矸石水力充填、矸石自溜充填等（九）条带法开采——减小移动变形建筑结构技术措施目的：增大建构筑物抗变形能力和适应变形能力保护建筑物的结构措施1、钢拉杆作用：抵抗拉伸变形和正曲率变形，不能抵抗压缩变形2、钢筋混凝土圈梁作用：增加建筑物整体性和刚度，提高砖石砌体的抗弯、抗剪和抗拉的强度3、基础联系梁（基础应力梁）作用：减小纵墙圈梁所受到的横向弯矩，提高刚度4、构造柱作用：提高墙体的抗剪强度，增加建筑物的整体刚度，限制裂缝的延长5、钢筋混凝土锚固板作用：可承受地表变形时产生的拉力和压力6、堵砌门窗洞——增大门窗洞抗变形能力7、变形缝——减小建构筑物长度，增加抵抗变形能力8、水平滑动层——减小建筑物上部水平变形9、设置千斤顶调整基础作用：调整房屋的所受的变形10、挖变形补偿沟作用：吸收地表水平变形（压缩变形）保护地面建筑物的条带开采法条带开采法是一种部分开采法，它将开采区划分为比较规则的条带形状，采一条，留一条，使留下的条带煤柱能够足以支撑上覆岩层的载荷，在整个开采条带全部采出后地表形成一均匀的下沉盆地，且产生的移动变形较小，从而达到保护地面建构筑物的目的条带开采设计（一）设计原则条带的采、留尺寸设计应满足以下三个原则：（1）地表允许变形原则：即条带采出后，地表能够形成单一均匀的下沉盆地，而不出波浪式下沉。

《建筑物下压煤开采方案设计》编制提纲目录前言第一章矿井概况第一节交通位置及xx范围一、交通位置二、xx范围第二节自然地理一、地形、地貌二、地表水系三、气象四、地震第三节矿井生产建设情况第二章设计区域地质采矿条件第一节设计区域概况第二节地质特征一、地层二、可采煤层特征三、构造特征四、水文地质第三节开采技术条件一、开采方法与顶底板条件二、瓦斯、煤尘和煤的自燃三、地温与地压第三章建筑物下压煤开采的必要性和可行性第一节建筑物概况及压煤量统计一、建筑物分布及结构特征二、建筑物压煤情况第二节建筑物下压煤开采的必要性第三节建筑物下压煤开采的可行性一、建筑物下压煤开采实践二、相邻矿井（采区）开采及影响情况三、建筑物下压煤开采的技术条件分析第四章建筑物下压煤开采方案的比选第一节建筑物下压煤可能的开采方案第二节地表移动变形预计第三节建筑物下压煤开采方案的选定一、经济比较二、建筑物下压煤开采方案的选择第五章建筑物下压煤开采方案设计一、巷道布置及采煤方法二、专题设计第六章建筑物下压煤开采的安全技术措施第七章地表移动观测站设计第八章结论与建议一、结论二、建议附图附件前言矿井所在地行政区划，经济属性，行业管理隶属关系；矿井开拓方式及最新核定生产能力；建筑物下采煤的必要性及申请开采区工程简况；以往建筑物下采煤实践和搬迁开采情况概要；委托设计情况。

《方案设计》编制所依据的基础资料。

第一章矿井概况第一节交通位置及井田范围一、交通位置简述矿井所在地行政辖区及地理位置，矿井至邻近主要城镇或交通枢纽的方位及距离。

简述经过本井田或附近的铁路、主要公路和水路交通情况。

附：交通位置示意图（矿井<井田>的位置在图中要醒目）。

二、井田范围简述井田与所在煤田的位置关系，现井田的技术边界及《采矿许可证》核定的平面范围（附拐点坐标表）。

现持《采矿许可证》编号、有效期、井田面积、开采煤层及上下限标高等（《煤炭生产许可证》与《采矿许可证》不一致的要加以说明）。

第八章条带采煤法的应用第一节概述条带采煤法早就应用到煤矿生产中了，国外，如英国、苏联、波兰等国，在建筑物下开采时，用条带采煤法均获得良好的效果。

我国自1957年以来，在抚顺、阜新、南桐、蛟河、鹤壁、淄博等矿区的建筑物下及铁路隧道下，用条带采煤法进行开采，同样也获得良好效果。

在不能搬迁又不便加固维修的密集建筑物下（如城镇、工厂、乡村）以及需要保护的文物古迹下采煤时，可采取适当的开采措施来保护建筑物。

面条带采煤法正是实现密集建筑物群下安全开采的重要措施之一。

一、条带开采的类型条带采煤法（简称条采）属于局部开采，其实质是在开采范围内，沿一定的方向划分条带，采出一条，保留一条，相间排列。

依靠保留的条带煤柱支撑上复岩层的荷载，以控制岩层的运动，使地表移动变形保持在允许范围以内，达到保护建筑物的目的。

1、走向条带与倾斜条带走向条带：沿煤层倾斜方向划分条带，条带煤柱沿走向留设，采出条带的采面沿走向推进。

一般适用于煤层倾角较小的缓倾斜煤层，倾角大时，走向条带煤柱稳定性较差。

倾斜条带：沿煤层走向划分条带。

条带煤柱沿倾斜方向留设，在缓倾斜及倾斜煤层中，采出条带的采煤工作面可以沿走向方向推进，在近水平煤层中，也可以沿倾斜方向推进。

在设计条带开采时，除根据上述煤层赋存条件确定采用走向条带或倾斜条带外，还可以从走向条带与倾斜条带的巷道工程量构成加以分析。

图8-1所示相当于一个开采块段，令其走向长度为D3，倾斜长度为D1，留设宽a，采宽为b，而且D3和D1除以（a+b）都得以整数，则两者的工程量对比如下表所示。

图8-1 走向条带与倾斜条带工程量构成条带布置方式巷道工程量对比表从上表可以看出，倾斜条带开切眼工程量为走向条带的D3/b倍，而其顺槽的工程量为走向条带的（a+b）/D1。

通过比较，可知得D1/(a+b)≥2时，走向条带工程量总是大于倾斜条带的工程量，但是走向条带采煤法又具有搬家次数少的优点，所以确定哪种方法，要根据煤层赋存条件，工程量大小，采掘能力等因素综合考虑。

２００６年第２期能源技术与管理建筑物下条带开采断层保护煤柱留设研究阎昌金，朱秀社（江苏天能集团公司沛城煤矿，江苏徐州２２１０００）［摘要］基于岩层控制的关键层理论，对某矿建筑物下条带开采断层保护煤柱留设方案进行了研究，实现了建筑物下压煤的安全开采。

［关键词］关键层；条带开采；建筑物下采煤［中图分类号］ＴＤ８２３．６［文献标识码］Ｂ［文章编号］１６７２!９９４３（２００６）０２!００１５!０２１试验矿井基本条件某煤矿二四采区位于密集建筑物下，采区标高范围为－３９０￣－５６４，采区走向长３４０￣６００ｍ，倾斜长３４０￣３７０ｍ，开采煤厚３．２７ｍ，煤层倾角２２°￣４７°，平均３２°。

采区西侧边界为断层ｆ１０切割，ｆ１０断层为正断层，其落差为７０ｍ，倾角为７０°，断层不导水。

在无法搬迁地面建筑物的条件下决定采用条带开采建筑物压煤。

条带开采方法虽有单产低、采出率低、掘进率高的弊端，但是它能保护地面建筑免受采动影响破坏，保护了环境。

特别适于企业资金不足的衰老减产矿井和长期呆滞或永久煤柱的开采。

条带开采是提高资源回收率、老井挖潜、延长矿井服务年限的一项重要技术途径。

条带开采的关键在于，根据具体条件合理设计采出与留设条带尺寸及布置方案。

国内外学者在这方面已做了大量研究工作。

关键层理论的提出为进一步完善条带开采设计提供了理论基础。

有关研究表明［１，２］，覆岩主关键层控制其上覆直至地表所有岩层的运动，一旦主关键层破断将引起地面的急剧下沉。

为了避免地表出现过大下沉或波浪下沉，合理的条带采宽与留柱应保证上覆岩层中的主关键层在留设煤柱支撑下不发生破断而保持稳定，从而起到支撑其上覆直至地表的岩层，控制地表的沉陷，保护地面设施。

若存在断层切割关键层，则关键层在断层处已为破断状态，一旦断层处煤层采空，将导致关键层沿断层面向下滑移而加剧地表下沉。

为此，断层处必须留设一定宽度的煤柱来阻止关键层沿断层面向下滑移。

概述两次条带法全柱开采技术的应用1 两次条带法全柱开采技术介绍采煤后地表建筑物变形。

通过查阅相关的技术文献，可以知道：假设在建筑物的地表下进行采煤作业以后，建筑物在下沉时没有倾斜现象，基本上对建筑物的受力情况没有影响，比较安全；但是，假设地表在采煤后是倾斜变形，那么建筑物尤其是高层建筑，其承力能力就受到了很大的破坏，建筑稳定性也遭到了极大的破坏；地表的曲率发生变化以后，底座面积过大的建筑物会受到很大的影响；地表的水平产生变化以后，通过土壤和建筑物地基之间产生的摩擦力会导致水平方向的拉伸和压缩效应。

一般来说，采矿地区的建筑物都具有高度不高，底面面积较小这些特点，从这些角度考虑，采矿地区最该考虑的一个因素应该是地表的拉伸水平变形。

煤矿开采时地表建筑物承受附件应力的特性。

对建筑物地下的煤矿进行开采的时候，判断建筑物是否受到了采动损害，主要有两个方面：第一方面取决于建筑物地表采动时的变形指标；第二方面取决于开采时建筑物承受附加应力的能力。

建筑物下的煤矿在开采的时候，其承受附加应力的能力和相关建筑物的建筑质量和整体设计时的承重结构有关系，当进行地下开采的时候，相关建筑物的附件变形主要受到采矿地区地表变化的影响，而建筑物的附件变形就会引起建筑物的附加应力。

建筑物的附加应力有这样的特点：当开采时建筑物所受到的附加应力没有达到建筑物损坏的程度之前，假设附加应力不继续增加，那么建筑物承受的附加应力会随着时间而逐渐变下，由此可以知道，建筑物地表下面的煤矿在进行分次开采的时候，开采附加应力并不是随着开采次数而不断地增加，进行完第一次开采以后，给附加应力一个稀释减小的时间，然后再进行第二次的开采，这就是二次开采法，在达到相同采煤结果的前提下，使用二次开采法开采时，建筑物所受到的附加应力要小于一次性开采时的附件应力。

小变形宽条带全柱开采设计原则。

恰当的采宽受到很多因素的影响，例如采煤的高度、深度、采煤处的地质结构等，为了提高采煤生产率，在最大限度上保证相关建筑物的安全性的前提下，应该尽量使用大的采宽。