建筑物下采煤技术课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,3-3,建筑物下采煤技术,建筑物下采煤目前主要采用两种措施,:,采取井下技术措施减小建筑物所受变形。,采取井上技术措施增大建筑物抗变形能力,一、减小地表移动变形的技术,部分开采,充填开采,协调开采,（一）、部分开采,条带开采,房柱开采,条,带开采,煤层划分为若干条带，各条带相间开采，采出条带采出后，由保留条带支撑上覆岩层重量。,条带采煤法能够有效地减少地表变形，减少地表下沉量可达,80,90%,主要缺点是采出率低，,采出率,30,60%,，,巷道掘进多，工作面效率低,b,a,1,、条带划分的类型,以条带面推进方向,走向条带 搬家少,稳定性差,倾斜条带 搬家多,稳定性好,b,a,2,、条带采煤法的适用条件,地面为密集建筑群、结构复杂的或纪念性的建筑物；,难搬迁的村庄；,铁路桥梁、隧道或铁路干线下；,水体下的煤层及受岩溶承压水威胁的上方煤层；,条带采煤法开采的理想地质条件：,煤层埋深小于,400,500,m,，,单一薄及中厚煤层，厚度比较稳定，顶底板岩层和煤层较硬。,Above gob:,subsidence decrease gradually from gob to surface,Above pillar:,subsidence increase from down to up,Partial Mining Stress Distribution,Surface subsidence mechanism of partial mining is different from the the longwall mining(whole mining without big pillars),In partial mining,the surface subsidence is mainly caused by pillars and strata compression,主控参数：,采出条带宽度,b,保留条带宽度,a,采出率,C,4,、条带尺寸设计,采出率,C,C,一般为,40,60%,b,a,地表要避免出现波浪形下沉盆地,采宽等于或大于三分之一埋深时，地表就要出现波浪形的下沉盆地。,采出条带宽度,b,b,应等于或小于（,1/10,1/4,）,H,我国已有的采出条带宽度多在,10,50,m,采出条带宽度,b,取决于保留条带的宽度和采出率,b,a,C=Constant ，b,a,当采出率恒定时，采出煤柱宽度增加时，保留条带宽度也增加，煤柱稳定性也增加。,采出条带宽度,b,取决于保留条带的宽度和采出率,保留条带宽度,a,（1),稳定性要求,宽高比要求,a,h,充填条带,垮落条带,条带煤柱强度稳定性评价方法,煤柱稳定性评价方法可归纳为两类：一是极限强度理论；另一是渐进破坏理论。,极限强度理论的煤柱稳定判别条件为：,选择“辅助面积法”求取煤柱载荷；按比涅乌斯基公式求取煤柱强度。,（,2,）条带煤柱强度确定方法,由实验室较小尺寸试样获得的煤块单轴抗压强度，通过下式来计算立方体煤柱的原位强度：,式中,m,立方体煤柱的原位强度，,MPa;,c,实验室试样的平均单轴抗压强度，,MPa,；,D,实验室圆柱体试样的直径或立方体试样的边长，,m,。,考虑煤柱形状的影响，各国学者提出多个煤柱强度的估算公式，目前应用较多且实用性更强的为比涅乌斯基（,Bieniawski,）公式，其具体计算公式为：,式中,p,煤柱实际强度，,MPa,；,m,立方体煤柱强度，,MPa,；,W,p,条带煤柱宽度，,m;,n,当,W,p,/,h,5,时，,n,=1.4;,当,W,p,/,h,5,时，,n,=1,。,渐进破坏理论认为：煤体变形破坏是一个复杂而渐近的过程。,对应煤体变形破坏过程的三个阶段，可将煤柱变形破坏分成三个区，即松弛区、塑性区及弹性区。,渐进破坏理论的煤柱稳定判别条件为：,选择威尔逊公式计算煤柱屈服区宽度。,威尔逊（,Willson,）煤柱屈服区宽度简化公式，即：,x,0,=0.00492,hH,式中,x,0,煤柱屈服区宽度，,m,；,h,煤层采高，,m,；,H,煤层采深，,m,。,5,、条带开采沉陷预计方法,概率积分法,数值模拟法,实测纠偏法,地表下沉预计,6,、条带开采注意的问题,上行开采顺序有利于保留条带基本不再受重复采动影响。,当煤层间距较小时上下煤层或上下分层的煤柱要对齐。,保留条带中尽量不开掘巷道或少开掘巷道,不得随意扩大采出条带宽度和缩小保留条带宽度。,回采巷道采用锚杆支护能起到加固保留条带的作用。,探测结果,对二二采区第,3,留设条带煤柱稳定性进行掘巷工程探测结果表明，采空区冒落充填密实，煤柱处于三向采状态，煤柱无明显滑移和抽冒现象。煤体松驰区宽度约为,2.0m,左右，与钻孔深基点观测结果一致，煤体屈服区宽度在回采结束,2.5,年后未继续发展。,图,6.3 2#,测线的动态下沉曲线图,1#,测线的动态下沉曲线图,房柱,开采,房柱,开采适用条件,煤层埋藏深度一般不宜超过,300m,500m,；,煤层厚度,0.8,4.0m,的非近距煤层；,顶板要求坚固密实，掘进巷道可采用非循环锚杆支护的顶板最为理想；,煤层倾角,10,以下，最好为近水平煤层；,底板较平整，不太软，且顶板无淋水；,低瓦斯煤层，且不易自然发火；,煤层硬度：中硬及硬煤层，无坚硬的夹矸或较多的黄铁矿球。,房柱开采与条带开采比较,条带开采的机械化程度较房柱开采差，单产与效率差。房柱开采的设备投资大,条带开采的长期稳定性好于房柱开采,相同采出率时，条带开采地表下沉大于房柱开采,条带开采的适应性较房柱广。,水砂充填采煤法,1行人斜井；2砂仓；3注砂室；4斜井；5地面清水池；6注砂管；7流水上山；8流水道；9沉淀池；10排泥罐；11水仓；12水泵；13排泥矿车；14吸水井；15排水管；16运砂矿车；17供水管；18已充填的采空区,长壁充填开采技术,pipe branch,充填开采的经济核算曲线,某矿区,1990-2001,年采煤沉陷土地赔偿费,某矿区,1990-2001,年采煤村庄搬迁费,某矿区采煤沉陷土地赔偿费与充填成本对比,某矿区村庄搬迁费与充填采煤成本对比,降低充填成本的主要途径,降低充填材料的成本,采用部分充填,部分充填开采技术,采空区,条带充填,条带冒,落区注浆充填,离层区分,区隔离充填,采空区,条带充填,Primary key stratum,surface,Backfilled body,（,b,）,Shortwall alternately partial filling,The two modes partial filling,（,a,）,Longwall partial filling,条带冒,落区注浆充填,离层区分,区隔离充填,Filling,bodys,The primary key stratum,Permanent isolated pillars,surface soil,All of them constitute the load-carrying body.,The isolated section-grouting technology in bed separation space,某,矿巨厚火成岩沿,5-6,勘探线剖面图,传统开采模式,矸石山,火成岩下形成离层区,火成岩大面积破断并波及地表,采煤,污染环境,冲击地压,村庄搬迁,突水事故,五大关键问题,占用耕地,绿色开采模式,消除了大规模动压,矸石山,火成岩下形成的离层区,减缓了地表下沉,采煤,污染环境,冲击地压,村庄搬迁,突水事故,五大关键问题,充填,问题得到解决,占用耕地,实,现,绿,色,开,采,井下条带充填保护土地资源的设想,采后塌陷复垦可能存在的问题,复垦充填的材料来源,?,煤矸石占煤炭开采量,10-15%,。,充填复垦可能引起的二次污染问题。,复垦后土地的生产力恢复程度问题。,采后塌陷的末端治理,开采源头的减沉,地表移动盆地,利用上下煤层或上下分层同时开采所产生的地表拉伸变形与压缩变形相互抵消,减少开采对地表的影响,上下煤层或上下分层协调开采,同一煤层相邻工作面协调开采,（四）、协调开采,Harmonic mining,上下工作面协调开采,+,-,0.4r,1,m,1,1,2,+,m,2,0.4r,2,H,1,H,2,l,两层煤错开的距离,l,结果：少受一次拉伸变形和压缩变形,当上煤层较薄下煤层较厚时，使最大拉伸变形减少。,+,-,0.4r,1,m,1,1,2,+,m,2,0.4r,2,H,1,H,2,l,上下工作面协调开采,+,-,0.4r,1,2,+,0.4r,H,l,建筑物仅承受初采工作面最大拉变形和最终工作面的压缩变形,问题：采掘接替和巷道布置有特定的要求，我国未广泛应用。,上下工作面协调开采,同煤层相邻工作面协调开采,锯齿形工作面,台阶形工作面,原理：,先采的部分为非充分采动，变形量小；,让后采的工作面的拉伸变形与先采工作面的压缩变形抵消一部分。,+,+,-,+,-,-,台阶形工作面,+,-,+,-,同煤层相邻工作面协调开采,问题：管理困难,实例：,兖州吴官庄村下采煤，开采深度,260350m,，开采煤层两层，分别为,0.92,和,0.98m,工作面走向长,1300m,倾斜长,860m,，地面村庄,495,户,，建筑物面积,5,万,m,2,，采用,双对拉、齐头,450m,长工作面开采,，使建筑物位于移动盆地的平底部位，两层煤开采后，地面建筑物大多数在,级损害以下。,另外在峰峰等矿区也进行了协调开采保护建筑物的试验,试验效果较好。,二、增大建筑物抗变形和适应变形能力的技术,刚性措施,柔性措施,调整建筑物变形,（一）、刚性措施,（,1,）设置钢筋混凝土圈梁、钢拉杆等，,主要是针对已有的建筑物采取的措施，在峰峰、铁法等矿区得到了成功应用，可以降低建筑物损害的程度。,（,2,）抗变形建筑物,国内实践表明，可以抗,级以上采动变形（,=13,17mm/m,），目前已在资江、阳泉、峰峰、邢台、徐州、大屯等矿区应用，该法的主要优点是避免重复搬迁，节约搬迁用地，解决多煤层开采，村庄搬迁选址难的问题，抗变形建筑物费用与一般建筑物相比增加,20,30%,左右。,（,3,）组装式建筑，已在兖州进行了初步试验。可以方便调整、搬迁和重新组装，一般用于高潜水位矿区。,（二）、柔性措施,（,1,）设置滑动层，减小水平变形影响。如果滑动层设置适当，可极大地减小建筑物的水平变形，传递到建筑物的水平变形与地表水平变形无关，可用于新建和已有建筑物。,（,2,）挖变形补偿沟，可以吸收,20,40%,的水平压缩变形，减轻压缩变形对建筑物的影响,（,3,）设变形缝，缩短建筑物长度，增大建筑物抗变形能力,