煤业保护煤柱留设探讨范文

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摘要：根据山区开采沉陷结合山区地表移动观测资料，对目前亿欣煤业地面建筑物保护煤柱留设中不完善的部分提出建议，以期促进相关工作的发展。

关键词：保护煤柱；山区地面建筑物；移动角

0引言

随着煤矿事业的发展，煤炭开采与周边建筑物的保护问题越来越明显。长期以来有关地面建筑物保护的问题，主要的研究对象多数为平地，但是在中国大约有1/3的煤矿位于山区。山西省作为中国的煤炭生产基地，几乎所有煤矿都位于山区，在山区有很多铁路、公路、隧道、桥梁、高压线塔等重要的建构筑物。为了保护山区地面建筑物及其他保护对象免受煤炭开采的影响，充分合理地开采煤炭资源，必须针对山区煤矿地形特点合理确定保护煤柱留设参数。如果照搬平地保护煤柱设计方法和参数，必然会使山区一些需要保护的对象得不到应有的保护，更有可能因为留设范围过大而造成煤炭资源的巨大浪费。

1研究目的与意义

1.1山区保护煤柱留设规定

山区移动范围及移动角与平地有明显区别，《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》[1]规定：“在设计山区煤柱时，建筑物上坡方向移动角应减小15°~25°，建筑物下坡方向移动角应减小5°~10°。”2000年版《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》[2]在原规程的基础上作了修正：“当保护煤柱受护边界至煤柱边界范围内地表倾角大于15°时，应采用本矿区求得的山区移动角留设保护煤柱。如无本矿区实测资料而采用平地移动角留设保护煤柱时，建筑物上坡方向移动角应减小5°~10°，下坡方向移动角应减小2°~3°。”然而这个只是理论和原则性的规定，实际上当地表倾角大于5°~10°时，井下采动有可能造成地表滑移。由于山区采动滑移的影响，山区基岩移动角不仅与上、下坡方向采动有关，还与煤炭开采深度有一定关系，为了更加合理地留设保护煤柱，需要有一套合理的方法和理论[3]。

1.2亿欣煤业保护煤柱现状

2010年12月份由北京圆之翰煤炭工程设计有限公司亿欣煤业做了矿井初步设计说明书，初步设计中将工业场地、风井场地、铁路、公路等重要建筑物按照一级建筑物进行保护，维护带取值为20m，并且按照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》的有关规定，安全煤柱的岩层移动角：表土段45°、基岩段72°，结合岩层厚度进行计算留设。2017年2月，亿欣煤业委托河南理工大学校办产业总公司给亿欣煤业XV1309综采工作面设计地表岩移观测站，预计2018年6月份提交成果报告。本文根据亿欣煤业地面的地形特点，并根据以往煤矿保护煤柱设计经验，为亿欣煤业地面建筑物保护煤柱设计提出一些建议，并结合XV1309综采工作面得出的成果参数合理设计保护煤柱。

2矿井概况

山西晋煤集团晋圣亿欣煤业有限公司井田位于沁水县城以西方向约10km，沁水县龙港镇杏峪、尧都及中村镇宋庄一带。该矿井田位于太行山脉南段西麓，沁水煤田的南部边缘，中条隆起的北东部延伸端，地貌划属为剥蚀中山区、沟谷纵横发育。井田内地势变化大，地形总体呈西高东低、南北高中部低，海拔最高点在井田西南部山头，标高1524.52m，最低点在井田东部杏峪河谷中，标高1010m，相对高差514.52m左右，地形条件非常复杂。

3山区保护煤柱设计参数分析

3.1表土层移动角和维护带取值表土层（松散层）移动角均为45°，维护带为20m。表1为建筑物和构筑物的保护等级和维护带宽度。建筑物和构筑物的保护等级和维护带宽度3.2移动角的选择阳泉矿区在1962年以前使用类比法对地面建筑物进行保护煤柱留设，采用的角度分别为δ=γ=75°，β=75°～0.6α（δ、γ、β分别为煤层走向、上山移动角和下山移动角，α为煤层倾角）。采用这种方法设计的保护煤柱往往对建筑物不能起到应有的保护作用，阳煤四矿的风井与风井机房曾按照一级保护对象设计，由于下坡方向保护煤柱外的工作面开采，引起风机房和井筒地面滑移，导致风机房和井筒报废。之后该矿区在分析地表移动观测站的基础数据后，求得本矿区的移动角为：当α<10°时，δ=γ=β=72°；当α≥10°时，δ=γ=72°，β=75°～0.8α。上述移动角虽然比之前采用的移动角减小了3°，但是从建筑物实际的保护效果来看，大部分保护对象仍遭到不同程度的损坏，破坏较为严重的有二矿的大、小南沟村，基本上都受到了来自远离保护煤柱边界外的上坡方向工作面开采的影响。随后，该矿区重新对地表移动观测站的数据进行分析。当α<5°时，δ=γ=β=72°；当α≥5°时，δ=γ=72°，β=72°～0.5α。求得了采动滑移角的平均值，上坡方向滑移角65°、下坡方向滑移角52°。但是如果使用上述滑移角留设保护煤柱，虽然保护范围足够大，但是矿井煤炭资源损失过大，使用基岩移动角为72°设计保护煤柱只是山区规则沉陷区取得的平均角。实践证明，由于山区采动地表存在附加滑移变形，使山区规则下沉盆地边缘出现不规则的移动变形，从而增大了山区移动范围。

4保护煤柱对经济效益的影响

现以移动角72°为基础，参考范围为5°，并以亿欣煤业钻孔ZK5-1为例进行保护煤柱设计，通过角度的变化来分析合理的移动角选取对矿井经济效益的影响。钻孔ZK5-1，表土层9.5m，地表距离十五号煤地板273m，维护带20m；当移动角为72°时，受护建筑物至受护边界的距离为115.1m；当移动角减小5°（68°）后，受护建筑物至受护边界的距离为136m。5°的差距带来的是20.9m的煤柱，以XV1309综采工作面为例来计算，20.9×195.4×2.7×1.51=16649t，以1t煤400元为例来计算，16649×400=6659600元，则20.9m的煤柱创造的经济效益约为6.659×106元。

5结语

合理留设保护煤柱不仅能够有效保护地面重要建筑物免受损害，还能带来巨大的经济效益。煤炭资源是不可再生能源，虽然不能以开采煤炭资源为借口去破坏地面的各种建筑，但是更不能因为煤柱留设过大而浪费煤炭资源。针对地面的主要铁路、高速公路及隧道提出针对性的保护煤柱参数，希望河南理工大学校办产业总公司的报告中能够针对亿欣煤业地面山区地形复杂的情况提出本矿区山区保护煤柱的留设参数范围。

参考文献：

［1］中华人民共和国煤炭工业部.建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程［M］.北京：煤炭工业出版社，1986.

［2］国家煤炭工业局.建筑物、水体建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程［M］.北京：煤炭工业出版社，2000.

［3］煤炭科学院唐山分院，阳泉矿务局.阳泉村庄下采煤的试验研究报告［R］.苏州：中国测绘学会，1986.

作者：王继强 单位：山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司晋圣亿欣煤业