許廠煤礦1.8 Mta新井設(shè)計(jì)含5張CAD圖.zip,許廠煤礦1.8,Mta新井設(shè)計(jì)含5張CAD圖,煤礦,1.8,Mta,設(shè)計(jì),CAD “三下”壓煤開采技術(shù)研究 摘要：建筑物下、鐵路下、水體下開采，簡稱“三下”開采。 據(jù)目前不完全統(tǒng)計(jì)，我國國有骨干大中型礦井“三下”壓煤量達(dá)到140億噸以上，其中建筑物下壓煤占整個(gè)“三下”壓煤量的60%以上，水體下（包括承壓廢巖水上）壓煤占28%左右，鐵路下壓煤占12%左右，然而，到目前為止，我國僅從“三下”采出的煤炭約有10億噸，只占整個(gè)“三個(gè)”壓煤量的7%左右。 關(guān)鍵詞：“三下”開采；理論；措施 0引言 據(jù)目前不完全統(tǒng)計(jì)，我國國有骨干大中型礦井“三下”壓煤量達(dá)到140億噸以上，其中建筑物下壓煤占整個(gè)“三下”壓煤量的60%以上，水體下（包括承壓廢巖水上）壓煤占28%左右，鐵路下壓煤占12%左右，然而，到目前為止，我國僅從“三下”采出的煤炭約有10億噸，只占整個(gè)“三個(gè)”壓煤量的7%左右。 1國內(nèi)外現(xiàn)狀 1.1建筑物下采煤 波蘭，從1950年起開始進(jìn)行建筑物下采煤試驗(yàn)，到1980年，已從各種煤柱中采出近7000萬t左右，占產(chǎn)量的40％一42％。 英國在建筑物下開采只對井筒和絞車房留保安煤柱，其它一律不留保安煤柱進(jìn)行開采。 德國對城市和建筑物下采煤研究最早，從1902年就開始用水沙充填法回采重要建筑物下的保安煤柱。例如埃森采了九個(gè)煤層總厚達(dá)10.2m。 1.2鐵路下采煤 鐵路下開采系指鐵路干線與支線下所壓煤層的開采，礦區(qū)專用線下開采已不存在問題，故不包括在內(nèi)。過去對鐵路的保護(hù)也是采用留設(shè)礦柱的方法，目前對鐵路礦柱的開采已取得了足夠的經(jīng)驗(yàn)。如波蘭在卡托維茨通往沃波雷省的干線和具托姆車站下進(jìn)行了開采、采厚達(dá)20m，車站普遍下沉了3m，最多達(dá)3.7m。 我國礦區(qū)專用線下開采，在技術(shù)上已完全過關(guān)，所以鐵路下開采不包括專用線下開采；支線下開采效果良好，如焦李、三萬、薛棗、婁鄧等；干線下開采的不多。在雞西麻山、滴道兩礦的林口——密山干線下開采獲得成功、本溪局在沈陽——丹東的干線下試采。還有棗莊局在鄒塢車站下，阜新局在露天剝離站下。開灤及平頂山、漣邵在鐵路橋下，南桐局在二萬線的板塘隧道下開采都取得成功。 1.3水體下采煤 水體下開采的實(shí)質(zhì)是如何確定防水和防砂礦柱的高度，此上限到地面的垂高，就是安全開采深度。 水體下開采主要是防止覆水和泥砂潰人井下，有時(shí)還要保護(hù)地面水體，如水庫、堤壩等。水體下開采通常用疏干、排放、隔離等措施，使資源盡量采出，還要減少排水費(fèi)用。 前蘇聯(lián)已在一些較大河流下來出了干百萬噸的煤炭；日本、英國、加拿大和智利等國家海下開采經(jīng)驗(yàn)豐富。 我國在淮河下、微山湖下、資江河漫灘下來煤也取得了不少的經(jīng)驗(yàn)。 2.地表移動(dòng)變形的基本規(guī)律 2.1巖體采動(dòng)引起的圍巖及地表變化 根據(jù)巖層移動(dòng)的特征和破壞形態(tài)，如下面一組圖所示。 圖2-1巖體移動(dòng)分帶 圖2-2開采水平礦層充分采動(dòng)時(shí)的地表移動(dòng)盆地示意圖 圖2-3開采傾斜礦層時(shí)的地表移動(dòng)盆地示意圖 圖2-4巖層與地表移動(dòng)中常用的幾種角 2.2地表移動(dòng)與變形參數(shù)的分類及計(jì)算 圖2-5主斷面內(nèi)地表點(diǎn)移動(dòng)示意圖 2.2.1變形參數(shù) （1）傾斜：地表相鄰兩點(diǎn)的下沉由于不均勻，便在地表產(chǎn)生連點(diǎn)間的相對位移，出現(xiàn)傾斜變形。通常用T表示，單位為mm/m, （2）曲率：如果地表相鄰兩點(diǎn)的傾斜也不均勻，則地表將出現(xiàn)彎曲。因此，單位長度內(nèi)的傾斜變化就為曲率，用K表示，單位用/m或mm/,。 （3）水平變形：它是由于相鄰兩點(diǎn)的水平移動(dòng)不均勻而產(chǎn)生的。在外緣區(qū)產(chǎn)生拉伸變形，在內(nèi)邊緣區(qū)產(chǎn)生壓縮變形。通常用表示，單位為mm/m。 圖2-6傾斜礦層非充分采動(dòng)時(shí)主斷面內(nèi)地表移動(dòng)和變形分布規(guī)律 移動(dòng)變形曲線間的函數(shù)關(guān)系 下沉曲線 = 傾斜曲線 = 曲率曲線 = 圖2-7急傾斜礦層非充分采動(dòng)時(shí)主斷面內(nèi)地表移動(dòng)和變形規(guī)律 水平移動(dòng)曲線 =B 水平變形曲線 =B 2.3主斷面地表移動(dòng)變形的計(jì)算 2.3.1概述 單元開采圖 圖1-3-1指開采的范圍無限小的單位開采，其體積為1×1×1的無限小單元。在地下采出一個(gè)單元立方體（1×1×1）（圖2-8）后，在Z水平形成一個(gè)單元下沉盆地，其面積為 =，這一下沉事件的發(fā)生，等于以下兩個(gè)事件同時(shí)發(fā)生：在剖面B-B上x處的一段巖石條內(nèi)有下沉發(fā)生，同時(shí)在D-D剖面上y處的一段巖石條。 內(nèi)有下沉發(fā)生。因此，發(fā)生下沉這件事的概率即為發(fā)生次二事件的概率之積： == 式中平方是由對稱性所致。 令單元下沉為，則在走向剖面上： = 在傾斜剖面上： = 在空間條件下，開采面積與采高皆為一個(gè)微小單元時(shí)： = 圖2-8單元開采引起的巖層下沉的概率 2.4水平礦層半無限開采地表移動(dòng)與變形計(jì)算 2.4.1 移動(dòng)變形曲線函數(shù)式 （1）下沉曲線函數(shù) 如圖2-9，采深為H，采厚為m,坐標(biāo)原點(diǎn)通過開采邊界，設(shè)在s距離處采出寬度的一段礦層，在其上方水平形成單元下沉盆地其表達(dá)式為： dW=qm(x-s) dW=qm 當(dāng)?shù)V層自s=0采到s=∞時(shí)，地表（z=H）穩(wěn)定后的下沉盆地表達(dá)式為： =qm 則 = 這就是隨機(jī)介質(zhì)理論法下沉曲線的積分表達(dá)式，是克諾泰1937年首先提出的。 圖2-9下沉盆地剖面方程 （2）傾斜曲線 = （3-2） 傾斜曲線最大值： = 其中 h=,r叫主要影響半徑 為了弄清h與r間的關(guān)系，如圖1-4-2所示： 在圖中，做下沉曲線拐點(diǎn)處的切線，與及=的水平線分別交于1點(diǎn)和2點(diǎn)，則得到這兩點(diǎn)的水平距離，以r表示。此切線的斜率就是相應(yīng)曲線的最大斜率（當(dāng)斜率角>時(shí)就不相切了）。 tg===, 即= 因此： h= 通過對礦區(qū)實(shí)測資料的分析，在地表移動(dòng)盆地的邊緣區(qū)，在拐點(diǎn)兩側(cè)各一個(gè)r的范圍內(nèi)，地表變形值較大，在外邊緣區(qū)一個(gè)r的位置下沉值為0.0063，在內(nèi)邊緣區(qū)的一個(gè)r的位置，下沉值為0.9937，所以在此區(qū)域內(nèi)是對地面建筑破壞最嚴(yán)重的，因此把r叫做主要影響半徑，或主要影響范圍。主要影響范圍也可以由角圈定。如圖2-10所示，可知： th= 角叫做主要影響范圍角，簡稱主要影響角。r及均由巖層性質(zhì)決定。 圖2-10參數(shù)h與主要影響半徑r的含義 將h=帶入（3-2）式： = （3-3） 當(dāng)x=0時(shí)，=，帶入（3-3）式： = （3-4） （3）曲率曲線 傾斜的變化便產(chǎn)生曲率，使地面彎曲，故斜率是傾斜的導(dǎo)數(shù)： == （3-5） 求極值：令=0，得x=0.4r，帶入（3-5）式： =1.52=1.52 （4）水平移動(dòng)曲線 水平移動(dòng)曲線的分布與傾斜曲線相似，二者為線性關(guān)系。 =B=B 令b=,b也叫做水平移動(dòng)系數(shù)，代入上式： =b (3-6) 求極值：令=0，x=0,則=b,帶入（3-6）式： = （5）水平變形曲線 ==- 求極大值：令=0，得x=0.4r ==1.52b 表2-1列出了移動(dòng)變形的基本表達(dá)式，以及各自的最大值和最大值的位置。 表2-1 2.4.2實(shí)用計(jì)算表 將移動(dòng)變形曲線表達(dá)式進(jìn)行變換，化為無因次的量： = 上式的左邊表示各分布值相當(dāng)于最大值的量，叫做分布函數(shù)。每個(gè)式中都有，都是的函數(shù)，這樣，取不同的值，即可得到相應(yīng)分布系數(shù)值。因次，把作為橫坐標(biāo)，按百分之一取值，計(jì)算出相應(yīng)的分布函數(shù)、……值，作為縱坐標(biāo)，可以做出地表移動(dòng)和變形的無因次曲線（如圖2-11） 圖2-11移動(dòng)及變形分布函數(shù) 3.“三下”采煤技術(shù)的發(fā)展 3.1建筑物下采煤及地表保護(hù)措施 （1）充填法 （2）部分開采法 部分開采法包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：一是條帶開采法，即在開采范圍內(nèi)開采一條，保留一條，用保留條帶煤柱支撐頂板，以達(dá)到減少地表下沉的目的。 3.1.1留寬與采寬的計(jì)算 一、采寬b的確定 1、在保證地表不出現(xiàn)波浪形的條件下，以水平變形=2mm的臨界值，對建筑物不產(chǎn)生破壞的前提下，主要影響半徑與采高之比r/m應(yīng)大于20，用諾模圖（如圖3-1，圖3-2）來確定采寬b。圖中的陰影部分為可選取范圍。 2、根據(jù)經(jīng)驗(yàn)。采寬按來選取，如采寬較大，應(yīng)在頂板初次周期來壓之前結(jié)束工作面。采寬選定后，再計(jì)算留寬a。 圖3-1確定采寬b的諾模圖 3、要考慮頂板初次來壓和周期來壓。當(dāng)采寬不太大時(shí)，b應(yīng)不超過頂板的初次來壓步距，工作面不受初次來壓影響。b如較大，則應(yīng)不大于初次來壓步距與周期來壓步距之和以保證在周期來壓之前結(jié)束工作面，應(yīng)避免剛發(fā)生過周期來壓就結(jié)束工作面。 二、留寬a的確定。 確定留寬a的原則應(yīng)能使礦柱承受的載荷比礦柱實(shí)際承受的載荷要大，這時(shí)礦柱的安全系數(shù)K>1，表明礦柱是穩(wěn)定的。在一般情況下，為了提高回采率，安全系數(shù)K取1，即礦柱能承受的載荷等于實(shí)際承受的載荷。 另外，礦柱的承載能力與礦柱的形狀有關(guān)，礦柱的形狀一般有方形、矩形和長條形。下面分別列出礦柱留寬a0.1mH時(shí)以上三種形狀礦柱能承受的極限載荷值的公式： 圖3-2確定采寬b的諾模圖 （r/b=1.5;r/b=2.0） 方礦柱： （t） 矩形礦柱： （t） 長礦柱： （t） 計(jì)算礦柱實(shí)際承受的載荷值公式： 方礦柱： （t） 矩形礦柱： （t） 長礦柱： （t/m） 式中 、、——分別為方形、矩形、長條形礦柱能承受的極限載荷； 、 、——分別是方形、矩形、、長條形礦柱實(shí)際承受的載荷； d——保留條帶礦柱的長度； 、——分別為沿礦層走向方向和傾斜方向礦柱之間的采出值。 現(xiàn)以K=1為條件，推導(dǎo)出計(jì)算保留條帶礦柱留寬的公式，在設(shè)計(jì)時(shí)，大部分按寬礦柱中的長礦柱進(jìn)行計(jì)算： 長礦柱的留寬： 為了長壁工作面搬家運(yùn)設(shè)備材料的方便，在保留礦柱的中部開一聯(lián)絡(luò)巷，此時(shí)應(yīng)按矩形礦柱進(jìn)行計(jì)算。 矩形礦柱的留寬： 采出率驗(yàn)算： 回收率s可依開采條件確定。 設(shè)礦層傾角水平，埋深為H（cm），開采之前，作用于礦層的垂直應(yīng)力等于： =rH 式中 r——礦層覆巖平均容重（kg/）。 當(dāng)條帶開采后，礦柱上所承受的垂直平均應(yīng)力將增加為： ==rH （6—1） 而必須小于礦柱的許可抗壓強(qiáng)度，礦柱才能不被壓壞，即： 我們?nèi)〉忍?，并帶入?—1）式中，得： S=1- 這樣，只要知道，就可以算出s了。我們令礦柱極限抗壓強(qiáng)度為，強(qiáng)度備用系數(shù)為n，則： = 式中 ——礦樣單向抗壓強(qiáng)度； n——強(qiáng)度備用系數(shù)，對于充填條帶法n=1.5，對于冒落條帶法n=2.0。 由此，回采率s可表示為： S=1- （6—2） 由上式可以看出，礦層深度小，強(qiáng)度大，覆巖平均容重小，用充填條帶法開采時(shí)，回采率就高。 單向受力狀態(tài)下留寬a的計(jì)算用下式： a= 式中的S由（6—2）式求得即可。 進(jìn)而可以計(jì)算出條帶開采時(shí)的極限開采深度： 3.1.2消除或減少開采影響的疊加 當(dāng)幾個(gè)煤層（或厚煤層幾個(gè)分層）或同一煤層的幾個(gè)部分同時(shí)開采時(shí)，如果采區(qū)邊界布置不合理，或者采面推進(jìn)的時(shí)間、方向不適當(dāng)，就會(huì)造成開采影響的疊加，從而使地表移動(dòng)變形值增加，如圖3-1-3所示。 圖3-3 在同時(shí)開采兩個(gè)煤層（或分層）時(shí)，如圖2-3-1(a)，開采影響的疊加可能是推進(jìn)著的工作面上方地表移動(dòng)與變形的疊加（即采面同時(shí)由左向右推進(jìn)時(shí)的情形），也可能是開采邊界（或停止推進(jìn)的工作面）上方地表移動(dòng)與變形的疊加。圖2-3-2(b)表示同一煤層兩個(gè)部分同時(shí)開采時(shí)地表移動(dòng)變形的疊加。在這種情況下，不管1，2兩部分采面如何推進(jìn)（采煤面相對、相背或相平行），在煤柱上方地表的移動(dòng)和變形都要經(jīng)受開采過程中的疊加，以及采動(dòng)以后煤柱做為兩個(gè)開采邊界的地表移動(dòng)變形疊加。這些都說明地表移動(dòng)變形的疊加與采面推進(jìn)的時(shí)間和開采邊界的位置有關(guān)，即與時(shí)間和空間因素有關(guān)。為了減少或消除開采影響的疊加，可以采用以下措施： （1）順序開采 就是要一層一層或一個(gè)分層一個(gè)分層地進(jìn)行開采，并要求兩層或兩個(gè)分層的開采間隔時(shí)間要足夠長。 （2）合理布置各煤層或分層開采邊界的位置 地下開采對地表的有害影響，主要在開采邊界的兩側(cè)。為了減小或消除開采邊界及附近地表移動(dòng)變形值的疊加，可將各個(gè)煤層的開采邊界彼此錯(cuò)開一定的距離，讓它們不重疊，一個(gè)垂直剖面內(nèi)（如圖6-2）。 （3）干凈回采 （4）正確安排工作面推進(jìn)方向 開采建筑物和構(gòu)筑物保護(hù)煤柱時(shí)，一般采用由煤柱一側(cè)向另一側(cè)推進(jìn)的方法，即采用單翼開采方法。 3.1.4協(xié)調(diào)開采 協(xié)調(diào)開采就是數(shù)個(gè)煤層和分層同時(shí)進(jìn)行開采，使所產(chǎn)生的地表拉伸變形和壓縮變形互相抵消，以達(dá)到減少開采對地表的影響。 協(xié)調(diào)開采的主要方法有以下幾種： （1）數(shù)個(gè)煤層協(xié)調(diào)開采 兩個(gè)或多個(gè)煤層同時(shí)開采時(shí)，如果將這些煤層的工作面互相錯(cuò)開一定距離，使開采一個(gè)煤層所產(chǎn)生的地表壓縮變形區(qū)準(zhǔn)確地位于開采另一個(gè)煤層開采所產(chǎn)生的地表拉伸變形區(qū)內(nèi)。這樣，地表的變形值就可以抵消一部分，從而減少對建筑物和構(gòu)筑物的有害影響。 （2）數(shù)個(gè)煤層分層協(xié)調(diào)開采 若將厚煤層的數(shù)個(gè)分層同時(shí)開采，各分層工作面之間錯(cuò)開一定距離，同樣可以使地表變形抵消一部分。 圖3-4 兩個(gè)分層工作面錯(cuò)開的距離由下式計(jì)算： 式中：r——主要影響半徑； H——開采深度。 3.1.5消除開采邊界的影響 開采對地表影響最嚴(yán)重的地區(qū)是開采邊界兩側(cè)附近上方地表移動(dòng)盆地的邊緣區(qū)。消除開采邊界影響的主要措施是使受采動(dòng)的建筑物下采煤范圍不出現(xiàn)開采邊界和不使工作面長期停頓。主要措施有： （1）長工作面開采 當(dāng)用一個(gè)工作面開采時(shí)，要確定合理的工作面長度，應(yīng)盡可能使被保護(hù)的建筑物位于開采后的地表均勻下沉區(qū)。 （2）連續(xù)開采 即一個(gè)工作面接著一個(gè)工作面，一個(gè)采區(qū)接著一個(gè)采區(qū)，一個(gè)小階段（或水平）接著一個(gè)小階段（或水平）開采下去，中間不能間隔時(shí)間過長。 （3）聯(lián)合開采 如果保護(hù)煤柱范圍內(nèi)是分屬于幾個(gè)礦進(jìn)行開采，則必須由幾個(gè)礦聯(lián)合進(jìn)行協(xié)調(diào)開采，以避免產(chǎn)生開采邊界。 3.1.6提高回采速度 在已經(jīng)穩(wěn)定的地表移動(dòng)盆地區(qū)，最大變形值出現(xiàn)在盆地邊緣區(qū)，盆地中間區(qū)的地表變形值較小，但是在開采過程中地表點(diǎn)都要經(jīng)過拉伸、壓縮到穩(wěn)定的過程，其動(dòng)態(tài)變形值的大小與回采速度（工作面的推進(jìn)速度）有密切的關(guān)系。工作面的推進(jìn)速度愈大，動(dòng)態(tài)變形值愈小。但提高工作面推進(jìn)速度會(huì)造成地表下沉速度和變形速度增加，而建筑物較易適應(yīng)地表的緩慢變形，如變形速度很快往往也會(huì)導(dǎo)致建筑物的損壞。因此，擬提高開采速度時(shí)，應(yīng)綜合考慮各方面的因素。 3.2水體下采煤 3.2.1覆巖破壞規(guī)律 一、影響覆巖破壞規(guī)律的因素 在近水體采礦時(shí)覆巖破壞規(guī)律是指導(dǎo)水裂縫帶的分布形態(tài)和最大高度。影響覆巖破壞 規(guī)律的因素如下： 1、覆巖力學(xué)性質(zhì)及結(jié)構(gòu)的影響 2、采礦方法和頂板管理方法的影響 采礦方法和頂板管理方法對覆巖破壞的影響主要表現(xiàn)在開采空間大小、巖體冒落、斷裂的充分程度以及垮落巖體的運(yùn)動(dòng)形式。 3、煤層傾角的影響 煤層傾角對覆巖破壞高度的影響主要表現(xiàn)在破壞形態(tài)上的不同。開采水平及緩傾斜礦層（α=0～35°）時(shí)，垮落巖體不產(chǎn)生再次移動(dòng)，就地堆積、壓實(shí)，但由于工作面邊界存在懸頂現(xiàn)象，使冒落帶、導(dǎo)水裂縫帶呈中間低兩端高的馬鞍形 （見圖3-5） 。開采傾斜礦層 （α =36～54°）時(shí)，由于垮落巖體在自重的作用下向采空區(qū)下邊界滑動(dòng)，使下邊界巖體垮落不充分，上邊界巖體垮落超限，從而在傾斜方向上，使冒落帶、導(dǎo)水裂縫帶的形態(tài)呈拋物線型分布。開采急傾斜礦層（α=55～90°）時(shí)，上邊界覆巖的破壞高度更高，下邊界覆巖的破壞高度更低，破壞范圍由拋物線型逐漸變?yōu)闄E圓形（見圖3-6）。 圖3-5傾斜礦層開采覆巖破壞形態(tài) 圖3-6急傾斜礦層開采覆巖破壞形態(tài) 4、開采厚度和采空區(qū)面積的影響 5、時(shí)間的影響 6、重復(fù)采動(dòng)的影響 由于初次開采使巖體產(chǎn)生破裂，巖體的性質(zhì)發(fā)生變化，重復(fù)采動(dòng)時(shí)，覆巖破裂的高度與累積開采厚度不成正比例關(guān)系，而是逐次重復(fù)采動(dòng)時(shí)破壞高度增長率分別為1/6、1/12、1/20、 1/30、……。 二、覆巖破壞高度計(jì)算 1、冒落帶高度的計(jì)算： 冒落帶高度主要與采動(dòng)破裂巖體的碎脹性、覆巖的移動(dòng)量以及采動(dòng)次數(shù)有關(guān)。 （1）開采單一礦層時(shí)，冒落帶高度（Height of Caved Zone）計(jì)算 式中，——冒落帶的高度，m； M——礦層開采厚度，m； W——冒落工程中頂板的下沉值，m； K——冒落巖石的碎脹系數(shù)，一般為1.10～1.40; α——礦層傾角。 （2）厚礦層分層開采冒落帶最大高度為： 堅(jiān)硬巖層（=40～80Mpa） ： 中硬巖層（=20～40Mpa） ： 軟弱巖層（=10～20Mpa） ： 極軟弱巖層（＜10Mpa） ： 式中，∑M——礦層累積厚度。 2、導(dǎo)水裂縫帶高度計(jì)算（α=0～54°） 導(dǎo)水裂縫帶高度（Height of（ Leaking WaterFractured Zone）計(jì)算具有兩組公式，具體為： （1）經(jīng)驗(yàn)公式一： 堅(jiān)硬巖層： 中硬巖層： 軟弱巖層： 極軟弱巖層： （2）經(jīng)驗(yàn)公式二 堅(jiān)硬巖層： 中硬巖層： 軟弱巖層： 以上經(jīng)驗(yàn)公式適用范圍為：單層采厚1～3m，累計(jì)采厚小于 15m。 3、開采急傾斜礦層（α=55～90 ）時(shí)，冒落帶和導(dǎo)水裂縫帶高度計(jì)算 （1）導(dǎo)水裂縫帶高度計(jì)算 堅(jiān)硬巖層： 中硬、軟弱巖層： 式中，h—回采階段垂高，m； M—礦層的法向厚度，m。 （2）冒落帶高度計(jì)算 堅(jiān)硬巖層： =（0.4～0.5） 中硬、軟弱巖層： =（0.4～0.5） 式中，H 導(dǎo)—為對應(yīng)巖性的導(dǎo)水裂縫帶高度。 4、煤層群開采時(shí) Hm 和 Hli 的計(jì)算 在近距礦層開采時(shí)，其冒落帶、導(dǎo)水裂縫帶高度的計(jì)算較為復(fù)雜，需要考慮上、下礦層開采的相互影響，即 圖3-7近距礦層開采導(dǎo)水裂縫帶和冒落帶高度計(jì)算 （1）上、下兩礦層的垂距h 大于回采下層礦層引起的冒落帶最大高度時(shí)，下層冒落帶對上層開采的影響很小，可按上下礦層開采分別各自的導(dǎo)水裂縫帶高度，取其中標(biāo)高最高者作為兩礦層的導(dǎo)水裂縫帶高度。冒落帶高度取上層礦層的冒落帶高度（圖3-5a）。 （2）下層礦層的冒落帶接觸到或完全進(jìn)入上層礦層時(shí)，上層礦層的導(dǎo)水裂縫帶高度按本層的厚度計(jì)算，下層礦層的導(dǎo)水裂縫帶最大高度則采用上、下礦層的綜合開采厚度計(jì)算，取其中標(biāo)高最大者作為兩層礦層的導(dǎo)水裂縫帶最大高度（圖3-6b） 。 上下兩礦層的綜合厚度按下式計(jì)算： 式中：、───礦層的厚度，m； ───礦層間的間距，m； ───下層礦層的冒高采厚比。 （3）層間距很小時(shí)，綜合開采厚度取兩層煤厚度之和。 3.2.2水體下采煤的技術(shù)措施 水體下采礦的安全技術(shù)措施有：留設(shè)安全煤巖柱、處理水體和采取安全措施。有時(shí)單純采用一種方法不能解決問題，而必須多種方法聯(lián)合使用。 一、留設(shè)安全煤巖柱 根據(jù)保護(hù)目的不同，安全煤巖柱可分為：防水安全煤巖柱、防砂安全煤巖柱和防塌安全煤巖柱。 1、防水安全煤巖柱 防水安全煤巖柱的高度等于預(yù)計(jì)的導(dǎo)水裂縫帶最大高度加上適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)層厚度。 如果上覆巖層無松散層覆蓋或采深較小，在留設(shè)防水安全煤巖柱時(shí)還應(yīng)考慮地表裂縫的深度，即： 式中，──地表裂縫的深度，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定。 如果松散層為強(qiáng)或中等含水層，且直接與基巖接觸，而基巖風(fēng)化帶也含水，在留設(shè)防水 安全煤巖柱時(shí)應(yīng)考慮基巖風(fēng)化帶的深度，則有 式中，──基巖風(fēng)化帶厚度，m，根據(jù)勘探資料確定。 2防砂安全煤巖柱 其作用是防止冒落帶進(jìn)入或接近松散層，確保泥砂不潰入井下，但可允許一部分導(dǎo)水裂縫帶進(jìn)入松散層中的弱含水層。礦井的涌水量可能會(huì)增加，但不會(huì)發(fā)生潰水、潰砂事故。防砂安全煤巖柱等于冒落帶高度加上保護(hù)層厚度 ，即 式中，──冒落帶高度，按本節(jié)前述公式計(jì)算。 在開采急傾斜礦層時(shí)，一般只留設(shè)防水安全煤巖柱。只有在十分有利的條件下，才留設(shè)防砂安全煤巖柱，并且在留設(shè)時(shí)一定要考慮礦層本身的抽冒及重復(fù)采動(dòng)的影響。 3、防塌安全煤巖柱 在松散粘土層和已經(jīng)疏干的松散含水層底界面與礦層開采上限之間為防止泥砂潰入采 空區(qū)而保留的礦層和巖層塊段稱為防塌安全煤巖柱。防塌安全煤巖柱也稱煤皮煤柱， 留設(shè)防塌安全煤巖柱時(shí)是允許導(dǎo)水裂縫帶和冒落帶波及松散弱含水層底部，礦井的涌水量會(huì)增大。 防塌安全煤巖柱的垂高接近或等于冒落帶高度（圖3-6） ，即 二、處理水體 處理水體是水體下采礦的一項(xiàng)有效而又不得已的措施。主要包括兩方面：疏降水體和處理水體補(bǔ)給來源。 1、疏降水體措施 疏降水體的方法有鉆孔疏降、巷道疏降、聯(lián)合疏降、回采疏降和多礦井分區(qū)排水聯(lián)合疏降。 聯(lián)合疏降是根據(jù)地質(zhì)采礦條件、含水層特點(diǎn)，采用巷道、鉆孔聯(lián)合疏降水體。具體為先 掘進(jìn)疏水巷道和石門，然后再在其中打鉆孔穿過含水層放水進(jìn)行疏降。 回采疏降就是通過開采離含水層遠(yuǎn)的工作面，使含水層水通過這些工作面的采動(dòng)影響緩 慢流出，以降低含水層水位，達(dá)到疏降的目的?；夭墒杞颠m合于弱含水層和補(bǔ)給來源有的限 含水層。 多礦井分區(qū)排水聯(lián)合疏降是根據(jù)地下水連通的特點(diǎn)，采用多個(gè)礦井排水聯(lián)合疏降，以達(dá)到快速疏水的目的。 2、處理水體補(bǔ)給來源 處理水體補(bǔ)給來源就是在回采前用水文地質(zhì)、工程地質(zhì)的方法對補(bǔ)給水體的主要來源進(jìn)行處理。 四、開采技術(shù)措施 采用開采措施的目的是減小頂?shù)装鍘r體的破壞范圍，以達(dá)到安全采礦的目的。開采措施 主要有：試探開采、充填開采、柱式開采、分區(qū)開采、間歇式開采、協(xié)調(diào)開采等，下面分別敘述。 1、試探開采 生產(chǎn)實(shí)踐表明，試探開采是水體下開采的一個(gè)重要技術(shù)原則。試探開采就是先采遠(yuǎn)離水體、后采近鄰水體下面的煤層；先采隔水層厚、后采隔水層薄的煤層；先采地質(zhì)條件簡單、后采地質(zhì)條件復(fù)雜的煤層；先采較深部，后采較淺部的煤層。通過先易后難地試探性開采， 逐步接近水體。 2、充填開采 3、部分開采 部分開采包括條帶開采、房柱式開采、刀柱式開采等短壁開采方法。 4、分區(qū)開采 分區(qū)開采是水體下開采減少災(zāi)害損失的一個(gè)重要措施。分區(qū)開采有兩種方法，一是在同一礦井（或井田）內(nèi)隔離采區(qū)進(jìn)行開采；二是建立若干單獨(dú)礦井同時(shí)開采或分別開采。方該 法的目的就是使各采區(qū)相互獨(dú)立， 防止礦井突水時(shí)淹沒整個(gè)礦井。 在淺部開采和水源補(bǔ)給充足的條件下常采用此方法。 5、分層（分階段）間歇開采 分層間歇開采是將厚礦層分成幾個(gè)分層進(jìn)行開采的方法。從前面的冒落帶、導(dǎo)水裂縫帶高度計(jì)算式中可見，冒落帶、導(dǎo)水裂縫帶高度隨礦層采動(dòng)次數(shù)的增加，其增加幅度逐漸減小。 6、協(xié)調(diào)開采 協(xié)調(diào)開采是水體上采礦減小底板采動(dòng)破壞的有效方法。其目的就是通過適當(dāng)?shù)夭贾脙傻V層的工作面，以減小采動(dòng)的支承壓力和底板巖體破壞的深度。 3.3鐵路下采煤 3.3.1地下開采對路基及上部建筑的影響 鐵路線路主要由路基、道床、軌枕和鋼軌組成，如圖3-3-1所示。 圖3-8鐵路橫斷面圖 1－路基；2－道床；3－軌枕；4－鋼軌 一、路基的移動(dòng)和變形 1、路基的下沉過程及其分布特征 地下煤層開采后，采空區(qū)上覆巖層的移動(dòng)從下至上逐漸發(fā)展到地表，使位于采動(dòng)影響范圍內(nèi)的路基開始下沉。當(dāng)下沉值很小時(shí)，地表就已達(dá)到較大的下沉范圍。隨著工作面的推進(jìn)，路基的下沉量和下沉范圍逐漸增大。一般情況下，路基的移動(dòng)范圍比其下方采空區(qū)的范圍要大得多，從移動(dòng)邊界到最大下沉點(diǎn)之間的下沉分布是連續(xù)漸變的。 如果路基在下沉過程中在豎直方向上產(chǎn)生拉伸變形，將引起路基本身的松動(dòng)，還可能在不同土質(zhì)的介面上產(chǎn)生脫層現(xiàn)象，從而影響路基的承載能力。但科研人員通過工程實(shí)踐表明，路基在下沉過程中，在豎直方向上不產(chǎn)生拉伸變形，也不會(huì)發(fā)生松動(dòng)、脫層等病害。 2、路基的水平移動(dòng)和變形 路基下沉的同時(shí)伴隨有水平方向的移動(dòng)。垂直于路基軸線的橫向水平移動(dòng)，將使路基原來的方向發(fā)生變化．其具體變化情況主要取決于線路與采空區(qū)之間的相對位置關(guān)系。長期的實(shí)地觀測結(jié)果表明，路基的橫向水平移動(dòng)也具有大范圍、連續(xù)漸變的特征，且產(chǎn)生橫向水平移動(dòng)的范圍與地表下沉的范圍基本相同。 沿路基縱向的水平變形，使其受到拉伸和壓縮，在拉伸變形區(qū)，路基的密實(shí)度降低，孔隙度增大，以至產(chǎn)生裂經(jīng)。在壓縮變形區(qū)，路基的密實(shí)度增大。由于土質(zhì)路基有一定的孔隙度，能夠吸收地下開采引起的壓縮變形。 在拉伸變形區(qū)內(nèi)，路基孔隙率的增量很小，而且是在較長時(shí)間內(nèi)由小到大緩慢發(fā)展的。在此期間，路基還會(huì)被列車的動(dòng)荷載壓實(shí)。因此，路基在采動(dòng)過程中始終具有足夠的強(qiáng)度。 如果路基上產(chǎn)生裂縫，一般也只是出現(xiàn)在局部地段，且要經(jīng)歷一個(gè)較緩慢的發(fā)育過程，在列車動(dòng)荷載的作用下，裂縫發(fā)展到道床內(nèi)會(huì)被壓實(shí)。但是，如果出現(xiàn)了未被壓實(shí)的較大裂縫，則必須進(jìn)行填充并夯實(shí)。 二、線路上部建筑的移動(dòng)和變形 線路上部建筑由鋼軌、軌枕、道床、聯(lián)接零件、道岔以及防爬設(shè)備等組成。鋼軌是線路上部建筑最主要的組成部分．它直接承受列車的荷載，并通過軌道和道床將荷載傳給路基，此外，它還起著列車運(yùn)行的導(dǎo)向作用。 地表移動(dòng)和變形通過路基傳遞給上部建筑，由此導(dǎo)致線路上部建筑產(chǎn)生移動(dòng)和變形。線路的移動(dòng)可分解為三個(gè)分量：豎直方向上的下沉、水平方向上的橫向移動(dòng)和縱向移動(dòng)。由于這三種移動(dòng)量的不均勻，就使線路產(chǎn)生坡度的變化、豎曲線形狀的變化、兩條鋼軌水平的變化、線路方向的變化、軌距的變化以及軌縫的變化。 1、線路垂直移動(dòng)和變形的影響 鐵路下采煤的實(shí)測資料表明，在正常條件下，鐵路的線路移動(dòng)量與地表移動(dòng)量基本相同。在不出現(xiàn)突然下沉的條件下，鐵路路基是隨著地表下沉而下沉的，線路上部建筑是緊貼著路基下沉的。因此，線路軌面的下沉量與地表下沉量是基本一致的。 在鐵路下采煤時(shí)，軌面隨地表下沉而下沉，這將引起線路的坡度、豎曲線的形狀以及兩軌道水平的變化。 A．線路坡度的變化 移動(dòng)盆地內(nèi)沿線路方向的地表傾斜使線路原有的坡度發(fā)生變化。當(dāng)?shù)乇韮A斜的方向與線路坡度方向一致時(shí)，線路坡度將增大；反之將減小，甚至出現(xiàn)反坡。 線路坡度的增減使下沉盆地內(nèi)有的區(qū)段列車運(yùn)行阻力增加，而有的區(qū)段運(yùn)行阻力減小。在采動(dòng)影響期間，必須保持增加后的阻力不超過該線路的允許阻力。線路的允許阻力是按鐵路的級別采用限制坡度的辦法來控制的。所以，在鐵路下來煤時(shí)，只要采動(dòng)后線路的坡度不超過其限制坡度，就不會(huì)引起列車超載運(yùn)行。 B．豎曲線形狀的變化 線路縱斷面上的坡度變更點(diǎn)處均設(shè)有豎曲線，以保證列車運(yùn)行的安全。地下開采引起的地表的正曲率變形可使線路原凸曲線的半徑變小，線路原凹豎曲線的半徑變大，長坡道變成凸形豎曲線。地表的負(fù)曲率變形可使線路原凸豎曲線的半徑變大，線路原凹豎曲線的半徑變小，長坡道變成凹形豎曲線。 豎曲線半徑變小和長坡道變成豎曲線，都不利于列車的運(yùn)行，但只要適時(shí)地進(jìn)行維修，使其不超過有關(guān)規(guī)定，均不會(huì)造成行車事故。 實(shí)際上，盡管地表的曲率變形能改變線路縱斷面的形狀，但由于地表曲率變化緩慢，只要采取相應(yīng)的維修措施，附加的曲率變形可以消除，上述有關(guān)規(guī)定能夠得到滿足。 C.兩軌水平的變化 垂直于線路方向的地表傾斜，可使直線路段的兩股鋼軌原有水平狀態(tài)發(fā)生變化，可使曲線段改變外軌與內(nèi)軌的超高度。如果兩軌高度的變化超過允許值，尤其是當(dāng)曲線段部分出現(xiàn)反超高現(xiàn)象時(shí)，將對列車運(yùn)行產(chǎn)生較大影響。 但是，在正常條件下，地表的傾斜變形也是連續(xù)的漸變的，可以通過維修將其對兩軌水平的影響控制在允許范圍之內(nèi)。 a.線路水平移動(dòng)和變形的影響 在地表水平移動(dòng)的影響下，線路會(huì)因橫向位移而改變方向，會(huì)因縱向位移而出現(xiàn)爬行或發(fā)生軌縫的變化。 線路直線段發(fā)生橫向移動(dòng)時(shí)，會(huì)逐漸變成為半徑很大的曲線，使原有方向發(fā)生變化，其具體的變化情況決定于線路與采空區(qū)之間的相對位置關(guān)系。如圖3-9所示。 圖3-9線路方向變化與工作面相對位置的關(guān)系 1－線路原始方向；2－煤層開采后線路移動(dòng)方向； 3－停采后線路最終方向；4－開切眼；5－停采線 不在下沉盆地主斷上的線路，其橫向移動(dòng)總是指向采空區(qū)。當(dāng)線路與采空區(qū)邊界斜交時(shí)，線路將由直線變?yōu)椤癝”形的曲線(圖3-10)。 圖3-10采空區(qū)邊界斜交時(shí)其方向的變化 1－下沉盆地平底區(qū)；2－采空區(qū)；3－地表移動(dòng)邊界 2.3.2鐵路下采煤的技術(shù)措施 1、滿足一定的采深與采厚比。 長壁垮落法開采時(shí)，鐵路下方開采煤層的深度和厚度之比要滿足《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)定的數(shù)值，且最小深度中的基巖厚度必須大于垮落帶高度。 2、防止地表突然下沉或塌陷。 在下列條件下，地表可能發(fā)生突變性的下沉或塌陷：淺部的近水平、緩斜或中傾斜煤層；頂板堅(jiān)硬、煤層露頭附近的急傾斜煤層；淺部有采空區(qū)積水、巖溶和充水裂隙帶空間，礦井深部疏水后。開采淺部的近水平、緩傾斜和中傾斜厚煤層時(shí)，應(yīng)采用分層采煤法，并適當(dāng)減少第一和第二分層開采厚度。開采急傾斜煤層時(shí)，在露頭附近，當(dāng)煤層頂板堅(jiān)硬，不易冒落時(shí)要采用人工強(qiáng)制放頂，并要留有足夠尺寸的煤柱，且應(yīng)防止采空區(qū)上部煤柱抽冒。對于淺部有采空區(qū)積水，或煤層上方覆巖為石灰?guī)r含水層或充水裂隙帶空間時(shí)，要防止采動(dòng)時(shí)疏干淺部積水造成地表突然塌陷。 3、減少地表下沉。 減少地震下沉最有效的方法是采用全部充填法，采用條帶采煤法。 4、消除和減輕地表變形的疊加影響。 采用無煤柱開采、順序開采及協(xié)調(diào)開采等方法，可減少和減輕地表變形的疊加，減少地表變形對鐵路的影響。采用協(xié)調(diào)開采時(shí)，常因幾個(gè)工作面同時(shí)開采，使地表下沉速度增大，要全面考慮協(xié)調(diào)開采的利弊。 5、合理布置工作面。 應(yīng)盡量將開采區(qū)域布置在鐵路的正下方，使線路處于移動(dòng)盆地的主斷面上，且工作面推進(jìn)方向與鐵路線路平行，以減少線路的橫向水平移動(dòng)和變形。6、留設(shè)好鐵路煤柱。 7、采取地面維修技術(shù)措施。 在開采過程中，隨著線路的下沉和橫向移動(dòng)，對路基要進(jìn)行階段性的抬高與加寬，使其盡量恢復(fù)到開采前的狀態(tài)。采用起道和順坡的方法消除線路下沉，使線路縱斷面恢復(fù)到原有狀態(tài)。采用撥道和改道的方法消除橫向水平移動(dòng)對線路的影響。線路縱向移動(dòng)主要反映在軌縫的變化上，因此，必須調(diào)整軌縫，消除其有害影響。 ??????? 參考文獻(xiàn) [1]郭寶華，涂敏.淺談我國大采高綜采技術(shù).中國礦業(yè)，2003, 12(10), 40-42 [2]劉濤.厚煤層大采高綜采技術(shù)現(xiàn)狀.煤炭工程，2002 (2)，4-8 [3]武建國.大采高綜采工作面與巷道圍巖控制技術(shù)研究.太原理工大學(xué)碩士學(xué)位學(xué)問論文，2004 [4]夏均民.大采高綜采圍巖控制與支架適應(yīng)型研究.山東科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2004 [5]弓培林，靳鐘銘.大采高采場覆巖結(jié)構(gòu)特征及運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究.煤炭學(xué)報(bào)，2004,29 (1)，7-11 [6]郝海金，吳健，張勇等.大采高開采上位巖層平衡結(jié)構(gòu)及其對采場礦壓顯現(xiàn)的影響.煤炭學(xué)報(bào)，2004, 29 (2)，137-141 [7]郝海金，張勇，陸明心.緩傾斜厚煤層大采高開采工作面礦壓研究.煤，2002,12 (2)，11-13 [8]王貴虎，周更廷.大采高傾斜長臂綜采面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究.礦業(yè)安全與環(huán)保，2005，32 (3)，67-70 [9」劉錦榮，何富連.大采高綜采工作面支架一圍巖系統(tǒng)穩(wěn)定性探討.煤礦開采，1995 (3)，36-40 [10]川姜福興，王同旭，潘立友等。礦山壓力與巖層控制.北京:煤炭工業(yè)出版社，2004 [11]錢鳴高，石平五.礦山壓力及其控制.徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003 [12]竇林名，鄒喜正，曹勝根.煤礦圍巖控制與監(jiān)測.徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2007 [13]李建軍.大采高開采工作面礦壓監(jiān)測與實(shí)踐.陜西煤炭，2004,4 [14]胡國偉.大采高綜采工作面礦壓顯現(xiàn)特征及控制研究.太原理工大學(xué)碩士學(xué)位學(xué)論文，2006