压煤开采搬迁建设可行性研究报告.doc

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目 录

第一节 井田概况…………………………………………………(4)
第二节 压煤村庄煤柱地质采矿条件……………………………(5)
第三节 压煤村庄村下煤柱开采方案提出………………………(8)
第四节 压煤村庄村房屋概况………………………………… (10)
第五节 国内外采煤现状与大兴矿建下采煤方法选择 ………(11)
第六节 地表岩移参数的选择………………………………… (18)
第七节 条带开采基本问题……………………………………...(21)
第八节 压煤村庄村下煤柱开采可行性研究…………….…….(25)
第九节 地表移动计算分析…………………………………… (31)
第十节 建筑物变形与地表变形关系………………………… (35)
第十一节 煤2与煤3条带开采时煤柱布置方式…………………(38)
第十二节 非正常采动影响分析…………………………………..(39)
第十三节 经济效益分析…………………………………………..(41)
第十四节 村庄搬迁方案合理性分析……………………………..(45)
第十五节 新村址选择方案………………………………………..(47)
第十六节 结束语…………………………………………………..(48)

前 言

大兴矿业有限责任公司于2000年1月矿井破土动工，2003年3月矿井首采面2201工作面试生产，矿井含煤面积仅1.8km2，地质储量1800万吨。在大兴矿业有限责任公司中部有一福兴村庄，村下压煤2与煤3两层煤，煤层平均厚度分别为2.2m和4.5m，平均埋深580m，压煤储量为182万吨。考虑到矿井开拓部署和接续安排，研究确定大兴矿业有限责任公司福兴村下压煤合理开采技术方法，是大兴矿业有限责任公司近期经营决策的重大问题，也是不容回避的重大技术问题。
大兴矿业有限责任公司自2002年试生产以来，为了掌握煤2开采引起的地表沉陷规律，探求村庄下煤柱安全开采措施，开展了2201工作面地表岩移观测工作。由于地质构造的影响，2201工作面分成了两个块段，形成条采面，该面地表岩移观测数据为大兴矿业有限责任公司村下开采设计提供了宝贵数据。
设计目标为：在优先考虑节省煤炭资源，提高矿井资源回收率的前提下，并综合技术和经济效益等因素，进行多种可行的开采设计方案计算分析，最终提出一种效益明显、技术上可行、企业可操作、安全可靠的压煤村庄村下开采方案。
大兴矿业有限责任公司压煤村庄村下煤2平均厚度为2.2m，故单纯条带开采煤2（回收率50％）是可行的。而煤3平均厚度为4.5m，在条带开采煤2后再安全开采煤3（限厚），对资源浪费是非常严重的，特别是压煤村庄村下压煤占大兴矿业有限责任公司可采储量的1/10，本着节省煤炭资源的设计目标，对“单独条带开采煤2”及“煤2与煤3（限厚）联合条带开采”与“搬迁后全采”三种开采方案进行了计算分析，并综合技术和经济效益等因素，最终提出大兴矿优先考虑采用“搬迁后全采”的开采方案，彻底解放压煤村庄村下182万吨压煤储量。
对“搬迁后全采”开采方案，用可靠的随机介质理论，进行了地表移动与变形值预计，并用surfer软件绘制了各种移动与变形值图件，并进行了经济效益分析，计算表明：压煤村庄搬迁后村下煤柱全采方案经济效益十分明显，可实现利润是条带开采煤2的6倍，另搬迁后全采比条带开采煤2可延长6年矿井服务年限，并进行了新村址选择与村庄搬迁方案合理性分析。
经大兴矿业有限责任公司和山东科技大学地科学院的共同工作，依据原煤炭工业部颁布的《建筑物、铁路、水体及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》，完成了压煤村庄村下压煤开采煤可行性研究工作。在项目进行过程中，泉兴矿业集团公司与大兴矿业有限责任公司各级领导给予了大力的支持与帮助，并多次与研究单位商讨开采方案，提供了各种研究资料，山东科技大学科研处及地科学院的领导提供了很多的方便，在此表示感谢。

第一节 井田概况

一、地理位置与交通条件
大兴矿业有限责任公司位于枣庄市峄城区曹庄乡境内，是韩台煤田曹庄勘探区的一部分。矿井地处鲁、苏、皖三省交界，西距微山湖约10km，距京沪线韩庄火车站8km，南距韩庄运河0.3km。104、206国道及京福高速公路和京沪高速铁路从井田内穿境而过，形成了铁路、公路和水运四通八达的交通运输网络。
优越的地理位置和交通运输网的广布，为矿井基本建设和原煤外运提供了得天独厚的便利条件。
二、地貌水系
本区地形较为平坦，地势南低北高、东低西高，地面标高+33.77~ +34.3m，属冲积平原区。
地表水系发育，井田西部最大的的地表水体是微山湖，它直接补给本区南部韩庄运河和北部的胜利渠。韩庄运河经改造后河宽200m，胜利渠为人工挖掘，宽60m；东部有周营大沙河，西部有一支沟。除韩庄运河常年有水外，胜利渠、周营大沙河及一支沟均为季节性河流。历年最高水位为+35.00m。
三、毗邻矿井概况
矿区内现有生产矿井三对，即西南部的张子山煤矿、利国煤矿以及福兴煤矿。

第二节 压煤村庄煤柱地质采矿条件

一、地层
本井田为隐蔽式煤田，含煤地层为石炭、二迭系，煤系地层总体倾向北西，倾角11 ~38，平均倾角25左右，为一南缓北陡、西缓东陡的缓倾斜~倾斜煤系地层。
自上而下地层特征如下：
第四系：由黄色耕植土，棕黄色砂质粘土、姜结石及底部砂砾或灰色粘土组成，平均厚度13.5m，最大厚度33.3m。其中姜结石局部厚度达7m左右，并有粘土充填其中。该地层总体呈中南部最厚、象四周变薄的分布趋势。
第三系：有铁锈红色厚土砾岩、砂泥岩和砂岩组成，呈角度不整合覆盖于二迭系地层之上。随煤层深部加厚，由井田中部尖灭，预计在井田以北大面积存在，最大厚度达300m以上。
二迭系：上二迭系石盒子组上段主要由绿灰色粉砂岩、细砂岩、灰白色中砂岩及少量粗砂岩组成；下段多由杂色泥岩、砂岩及柴煤组成，上下两段最大残厚约为530m。下二迭山西组有深灰色泥岩、灰白色中细粒砂岩、砂泥岩和煤2、煤3受火成岩侵入影响，局部变成天然焦。
石炭系：分上石炭太原组和中石炭本溪组。太原组有灰色泥质岩、细砂岩、中砂岩和石灰岩组成，含薄煤8层，局部可采有14、16、17三煤层；该组厚度为170m。本溪组主要有泥岩、砂岩、粘土岩、Ｇ层铝土及石灰岩组成，厚约45m，与下伏奥陶系呈假整合接触。
奥陶系：以石灰岩为主，厚约800m，假整合与寒武系之上。
二、煤层
大兴井田面积为8.14km2，主采区面积仅有1.8 km2。在主采区内煤2、煤3开采深度-350～-800m，平均采深-600m，东南部浅处煤层倾角较缓，在19～230；北部深处煤层倾角变陡，为27～380，井底车场所在处煤层倾角200左右。
主采区煤2厚度在１.37~4.78m，平均厚度2.46m，煤3厚度2.87~6.82m，平均厚度4.57m；煤2、煤3层间距10.40~29.82 m，平均层间距15.04m，属结构简单和比较稳定的中厚～厚煤层。
三、结构
大兴井田为一走向北东，倾向北西的单斜构造，主要构造形式有褶曲、断层和岩浆岩侵入。
褶曲：区内褶曲较为平缓，仅主采区中部的煤层底板略有起伏，次级褶区只在浅部有所展布。
断层：本井田大小断层共有12条，物探资料解释断点27个。其中正断层11条、逆断层1条；属查明断层3条，基本查明断层7条，推断断层2条。
岩浆岩：从井田西南部侵入本区的岩浆岩，通过钻探和两次物探，共圈定了三片煤层变焦区或煤焦混合体块。其中井田西南侵入区控制程度较为严密，北部煤2两个区段相对较差。
本井田构造复杂程度为二类二型。
四、煤质
井田内2、3层煤均为低灰、高发热量、低硫、特低磷。煤2为煤气、1/2中粘煤和弱粘煤，煤3为1/3焦煤、1/2中粘煤和弱粘煤。
五、水文地质
根据精查地质报告、井筒检查孔资料和毗邻矿井生产的实际情况，对矿井正常涌水量和最大涌水量重新进行了计算。开采煤2、煤3有直接影响的主要含水为上覆二迭系三个主要砂岩含水层段；间接影响的主要含水层为下距3煤约40m左右的第五石灰岩含水层和井田东边界与煤系含水地层对口接触的巨厚奥陶系石灰岩含水层。
六、煤层顶、底板条件
煤2：顶板为青灰色或灰白色中细粒砂岩，一般厚10余米，坚固稳定，抗压强度较大，易于控制，如受到风化，抗压强度会降低。底板为细砂岩或中砂岩，一般厚度为6~16m，局部地段有0.5m厚的粘土岩或泥岩伪底。
煤3：顶板为煤2底板，底板为黑褐色泥岩或砂岩，厚10m左右。局部有火成岩侵入现象。

第三节 压煤村庄村下煤柱开采方案提出

大兴矿业有限责任公司井田中部有压煤村庄村，约有536户，村庄面积为54000m2，位于枣庄市峄城区曹庄镇正南约2km处。经计算，该村庄煤柱煤2地质储量为58万t，煤3地质储量为124万t，煤2与煤3累计为182万t。经2201、2203等工作面开采表明，该块段煤柱地质构造简单。矿井由于压煤村庄煤柱的影响，井下开采布局比较紧张，解放村下压煤已迫在眉捷。因此，大兴矿业有限责任公司论证福兴村压煤开采可行的方案。
一、压煤村庄村下压煤区域概况
压煤村庄村下压煤区域东西长440m，南北长430m，压煤面积为189200m2，煤2上山采深524m，下山采深624m，平均采深574m，煤层倾角落100，村下压煤2与煤3两层煤，煤2平均厚2.2m，煤3平均厚4.5m，煤2与煤3层间距离15m。
压煤村庄村下煤柱开采井上下对照如图（2）所示。
二、村庄下采煤论证与方案设计编制的依据和基础资料
1. 《建筑物、铁路、水体及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》(2000年版)
2. 《煤矿安全规程》及《煤矿安全规程》1992年版执行说明
3. 山东省人民政府文件，鲁政发(1989)135号,《山东省搬迁压煤建筑物暂行规定》
4. 山东省人民政府文件，鲁政发(1999)24号,关于调整《山东省搬迁压煤建筑物暂行规定》中补偿标准通知
5. 大兴矿业有限责任公司地质报告
6. 大兴矿业有限责任公司采掘工程平面图及井上下对照图
7. 部分相关的地质剖面图
三、方案设计的指导思想
方案设计中，本着少投入多产出的原则，充分考虑到市场经济条件下煤炭企业的经营特点，依靠科技进步,提高矿井经济效益，并在确保矿井安全生产的前提下，充分估计到矿井近期和长远发展的需要，优化采矿方法，合理、经济、安全、高效地开采村庄压煤,充分保护矿井资源，保持矿井生产的长期稳定，最大限度地提高矿井的综合经济效益。
四、压煤村庄村下条带开采方案的设计目标
压煤村庄村下开采方案的设计目标为：在优先考虑节省煤炭资源，提高矿井资源回收率的前提下，并综合技术和经济效益等因素，进行多种可行的开采方案计算分析，最终提出一种效益明显、技术上可行、企业可操作、安全可靠的压煤村庄村下开采方案。
五、压煤村庄村下开采可行性研究
根据压煤村庄村下压煤的地质采矿条件，重点探讨如下开采方案：
1、 煤2单独条带开采方案；
2、 煤2与煤3联合条带开采方案与限厚条带开采方案，
3、 地面村庄搬迁开采方案，分析地面村庄搬迁开采方案的可行性。
按照上述前提，编制了压煤村庄村下煤柱开采可行性论证报告。

第四节 压煤村庄村房屋概况

压煤村庄村内的房屋建造年代各异，房屋结构差异较大，有近几年新建的新房，也有是十几年前建的旧房，更有几十年前建成至今仍在使用的破旧房屋。从结构上看，有砖木结构、片石基础、砖墙瓦顶的；有片石基础土墙木屋架、瓦顶的；有片石基础土墙夹砖垛、木屋架瓦顶的。近几年建造的房屋屋顶多为钢筋混凝土预制楼板。
从抵抗地表变形角度分析，房屋建造结构的不利因素有：
（1） 无基础圈梁，地表的移动与变形很容易传到房屋的上部。
（2） 以沙为主的灰沙浆胶结片石基础拉伸能力极弱；
（3） 房屋的局部（或在中间或在一端）为两层，荷重不均，在高低交界处产生破坏；
（4） 有的房屋前探檐用木柱或砖柱支撑，受地表水平变形作用易发生损坏；
（5） 房屋为钢筋混凝土预制板，当地表变形较大时，搭放部位可能出现缝隙，严重时会下落，造成事故；
（6） 有的北房山墙之间无空隙，相当于排房，一栋房屋的变形会影响相邻的房屋。吨
从开采引起的5种地表变形分析，对民房有影响的地表移动变形有倾斜、曲率和水平变形三种。因农村房屋平面相对较小，一般3--7之间，故倾斜和曲率的影响不如水平变形的影响大。我国部分矿区村庄下采煤的实践得出，土筑平房地表临界拉伸水平变形为 =1.0mm/m（房屋前墙为砖墙，山墙为碗笼卵石墙，片石基础，灰渣屋顶），临界压缩水平变形为 =2.0mm/m。
根据上述数据并考虑到压煤村庄村多数房屋抵抗地表变形能力较差的特点，
取临界水平变形值为=1mm/m，临界压缩水平变形为=2.0mm/m。

第五节 国内外采煤现状与大兴矿建下采煤方法选择

一、国内外建下采煤研究现状
国内外进行建成下采煤的很多，其中波兰的建下采煤技术在世界上处于领先地位。几十年来，波兰成功地开采了许多不同类型的建筑物和结构物保护煤柱，采取的主要措施是地面建筑物进行加固，井下采用条带开采和水砂填充全部回采的方法。一般城市煤柱则使用全陷法开采，且全陷法开采的比例逐渐增大。另外，通过采用协调法开采，台阶状成组工作面开采，以及由几个矿的联合开采等措施，减少了地表变形值。由于每个建筑物煤柱的特殊性，一般在正式开采之前先进行试采，待取得经验数据后再正式回采。同时，还组织专门的加固维修队伍，并重视地表和建筑物的变形观测工作。
德国是研究建筑物下采煤历史悠久的国家，技术水平也在世界居领先地位。一般多数采取采后维修方法，少数采用采前加固方法，地质采矿条件不利时，采取限厚开采或填充开采方法。在一般建筑物下采用人工填充采煤法，在重要建筑物下采用水力填充，填充材料为炉渣或经破坏的矸石，从而大大减少了地表的移动变形值。
前苏联的建下采煤问题也很严重，开展了大量的研究开采工作。采取的措施有：合理布置工作面、协调开采、条带开采等，一般很少采用填充法开采；采取的地面建筑物保护有：变形缝、钢拉杆、钢筋混凝土圈梁、地表缓冲沟等。
英国最初在建下采煤时采取的措施是风力填充。由于开采缓倾斜煤层的风力填充效果不理想，地表下沉量达到50%左右，每吨煤成本还增加15%，故未能推广。以后，英国较多地采用条带采煤法开采城市、工厂和密集建筑物下煤柱，取得了较好效果，大大减轻了建筑物受采动的损害程度。
二、我国建下采煤研究现状
仅据1982年底不完全统计，我国统配煤矿“三下”（建筑物下、水体下、铁路下）压煤总量为133.5亿t，其中建下压煤为78.2亿多t，占整个压煤量的61%。建下压煤又以村庄下压煤所占的数量最大，为52亿t，占全国建下压煤量的60%，是解决“三下”压煤量的工作重点。面对严重的建下压煤问题，我国煤炭科技人员进行了大量的观测研究工作，并且总结出我国开采村庄下压煤的技术途径。
我国建下采煤情况：
我国采煤实验研究工作始于1954年，开滦唐家矿在劳动工人村下采煤。
1962年，本溪矿务局彩屯矿开始在矿区医院住院部楼下采煤，这座三层的楼房在重复采动影响下遭到严重破坏，但经维修和加固后至今仍在使用。
1964年—1967年，抚顺车辆修理厂工业厂房下，采用了密实水沙充填和对厂房基础采用联系梁加固等措施，成功完成了采出厚度达20m的特厚煤层的实验开采工作。
60年代以后，峰峰矿务局五矿和鹤壁矿务局六矿对建筑物采取加固措施后进行开采，以及枣庄矿务局对建筑物采用重点加固与一般维修方法开采市镇建筑物群下压煤，均取的了较好的成果。
1973年—1977年，蛟河煤矿应用条带开采奶子山镇建筑物下压煤，也取得了成功。
1978年开始，我国首次开展了新建抗变形建筑的研究。建在采空区上的资江煤矿俱乐部，采用了水平滑动层、钢筋混凝土柱等新的建筑技术措施，采动后建筑物基本上未发生损害，始终正常使用。
1983年阳泉矿务局开展了新建抗变形农村住宅的采煤实验工作。共建了七栋实验房，其中有六栋房的地表变形虽已达到了可使一般建筑物遭受Ⅳ级破坏的数值，但因进行了加固，这六栋房屋均能安全使用。
1984年—1985年，龙口矿务局洼里矿在22万伏高压输电线路第21号铁塔下采取了多循环作业，加快工作面推进速度，工作面范围内采净不允许留设煤柱等措施进行回采，达到了确保输电线路安全运行，减少了煤炭资源的丢失的目的。
1986年，微山煤矿在村庄下进行条带开采，既减少了煤炭资源损失，保证了矿井产量，又达到了保护地表房屋的预期目的。
90年代，我国抚顺矿务局老虎台煤矿、新汶矿务局华丰煤矿、兖州矿务局东滩煤矿、枣庄矿务局田陈煤矿、及开滦、大屯煤电公司等矿山先后采用覆岩离层注浆减沉的采煤方法，通过向采空区上覆岩体离层带注高水材料，达到控制地表下沉的目的，并取得了明显的减沉及控制地表斑裂的效果。
2000年蒋庄煤矿在村庄下进行条带开采，取得了成功的经验。
2003微山煤矿二号井在矿区石庄村下3上 煤全采条件下，又对该村庄下3下煤进行条带开采试验。
三、建下采煤技术措施
1、 条带法开采
条带法开采是控制地表移动和变形的最有效的方法之一。该方法实质是将开采煤层按一定的尺寸划分留设煤柱和开采空间，用留设的煤柱来支撑煤层的上覆岩层，控制地表的移动和变形。开采空间的尺寸以地表不出现波浪下沉盆地、采出率一般不大于60%、留设煤柱以足够的稳定性为准。这种开采方法首先在蛟河奶子山镇下压煤开采实验成功，之后在全国范围内广泛推广，先后有峰峰、鹤壁、鹤岗、平顶山、枣庄、开滦等几十个矿务局（矿）采用，取得了很好的效果，推动了村庄下采煤工作的开展。这种方法的缺点的巷道掘进量大、丢煤多，从以往的成功经验上看，损失的煤炭储量一般为40%--60%。
2、 长壁大面积协调开采
这种方法的实质是将一个采区或是被保护的大型建筑群所压煤柱划分成几个工作面，工作面之间按要求错开一定的距离同时开采，以使每个工作面开采所产生的地面变形产生正负叠加，从而减少了地表变形。此方法曾在峰峰矿物局二矿辛寺庄村下同时七个工作面协调开采实验成功，同时用条带法开采了下一煤层。两种方法同时采用使辛寺庄村民几百户民房得以安全使用。该方法克服了条带法开采损失煤炭大的缺点，但此方法对生产管理、生产能力、通风能力等都有很高的要求。
对于面积较小且不受地表水影响的建（构）筑群而言，在充分计算的基础上，也可以采用对工作面的背向开采，使建（构）筑群只受开采引起的下沉影响而不受开采引起的其它变形的影响。
3、 建（构）筑物加固技术
对于大多数矿区而言，在地下煤层尚未开采以前就存在着大量的建（构）筑物，这些建（构）筑物在煤层开采以后势必会受到地表移动和变形的影响其正常使用，对这类可能产生破坏的建（构）筑物所采取的措施可以是在开采前预加固，如增加顶（底）圈梁、构造柱，铺设钢（铁）丝网喷射混凝土等。
4、 抗采动变形建（构）筑物设计
为了克服条带法开采和协调法开采的缺点，适应煤炭工业的发展趋势，80年代初煤炭科研单位开发并实验成功了建（构）筑物的抗采动变形技术，并在山西省的阳泉矿务局、河南省的平顶山矿务局、鹤壁矿务局、河北省的峰峰矿务局、邢台矿务局、开滦矿务局、河南省的资江煤矿、江苏省的大屯煤电公司、徐州矿务局等使用。这种方法是在煤层采动以前在建（构）筑物上采取一些特殊措施以抵挡由于煤层采动引起的变形而附加在建（构）筑物上的应力，确保建（构）筑物的安全使用。此方法只是在地面采取措施而对井下采煤工艺没有特殊要求。对于高潜水位矿区，又开发研制成功了抗变形、可迁移、可重组的盒子房技术，满足了采动区工、农双方要求。此方法的另一优点在于就地重建不必新占耕地，也克服了村庄搬迁开采无地可搬、重复压煤等缺点，但抗变形建（构）筑物的投资较常规建（构）筑物投资大，一般需增加30%左右。
5、 建筑物调平技术
目前，从抗变形建筑物技术水平上看，根据采动引起地表移动变形的性质，通过采取适当的措施，完全可以抵挡采动引起的地表变形、曲率变形以及地表的扭曲变形等等。但是，从建（构）筑物结构本身尚未找到抵抗倾斜变形的良策。而一些建（构）筑物在地下煤层开采结束，地表稳定以后，倾斜变形较严重，有些甚至不能正常使用。针对这种情况，又研究了建（构）筑物的倾斜调整技术，具体的技术成果分别为“大倾斜液压调斜系统”和“置换地基“技术。“大倾斜液压调斜系统”技术通过位移传感器和压力传感器实现了计算机控制；“置换地基 “技术是将原有地基变为沙质基地，二者的原理正好相反，前者是将建（构）筑物较低一侧顶起，而后者是将建筑物较高的一侧降低。这两项技术的工业实验分别于安徽省淮北矿务局和河南省鹤壁矿务局完成并取得良好的效果。
6、 离层带注浆技术的应用
此项技术是近几年才开发研究的。近几年的研究发现，地下煤层开采以后，在传统的冒落带、裂缝带和弯曲下沉带“三带“中，在裂隙带和弯曲下沉带之间，在一定的地层结构条件下，存在着沿地层界面发展的离层带，离层带的发展高度距离开采煤层约为0.5-0.7倍的采深，且其发展的充分度和具体位置与开采方法和工作面长度、推进速度、位置紧密相连，经验表明，在工作面前进方向的后方15-20m处离层发展最为充分。
离层较之开采空间比，其空间体积明显小，大约是开采空间10%-25%左右。但是，研究成果表明，如若能及时将地下煤层开采所产生离层空间充填满，且其充填钻孔与裂隙带不连通，就能很好的控制地表的沉降，降低地表移动和变形。几个事例表明，其减沉效果随各方面条件的不同而有所差异，一般能沉降50%-70%左右。
但是，离层带注浆技术并不适用于所有矿区。其原因是，离层带的产生是有一定条件的，其在煤层上覆岩层中存在硬度明显不同且有一定厚度的岩层，从结构上说，应上硬下软。
大兴矿业有限责任公司在二迭系内有多层硬度较大的中、细砂岩与硬度较软的粘土岩互层，根据离层发育实验，煤2开采在其上方岩层存在多个离层层位，具备实施覆岩离层注浆的地质条件。
由以上提出的各种建下开采措施，结合压煤村庄村下煤柱地质采矿条件，因为煤2与煤3上覆岩体有多层厚砂岩、细砂岩等坚硬岩体，具有托板功能。故提出压煤村庄村下煤柱实施“条带开采”与“搬迁后全采”的开采方案，并进行可行性论证与经济效益分析，优化开采方法。

第六节 地表岩移参数的选择

大兴矿业有限责任公司首采面2201工作面于2003年3月开始回采时，在地表布设了岩移观测站，由于2201工作面地质构造的影响，2201工作面分成了两个块段，但每个块段开采面积都较小，对地表几乎无影响。该面无法确定有代表性的大兴矿业有限责任公司地表岩移参数。由于2201工作面开采的两个块段形成条带面，该面地表监测数据为本次条带宽度设计提供了宝贵数据。
国家煤炭工业局2000年制定的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中规定的枣庄地区地表岩移参数，并结合岩性分析法确定压煤村庄村下煤柱全部开采的地表岩移参数取为：
下沉系数：
水平移动系数：
主要影响角正切：
影响传播角： （为倾角）
拐点偏移距：
当采用条带法开采时，其各项参数与全采时不同，根据国内外条带法开采实例、数植计算的结果相似模型实验得出条带法开采下沉系数与全采下沉系数比值与采出率有关，下面为五个采出率的下沉系数
采出率30% = 0.01*
采出率40% = 0.04*
采出率50% = 0.12*
采出率55% = 0.18*
采出率58% = 0.20*
当采深H0>75m时，拐点移动按下式计算
S=1.56*bH/a*（0.11H0+30）
式中：a—条带煤柱宽带，m;
b—条带采出宽度，m。
根据压煤村庄压煤块段的条件，拐点移动距为
S=0.05H*b/a
条带法开采对覆岩的破坏较轻，使得覆岩的岩性相对较坚硬，因此，条带法开采的主要影响角正切tan比全采时tan要小，同时，随着采深的增加，条带法开采的水平移动系数也相对减少，但为了保证地面建筑物的安全，计算中考虑一定的安全系数，条带法开采的此二项参数仍取全陷法开采的地表移动计算参数，因此该采区的地表移动计算参数取值如表(1)。

条带开采地表移动计算参数取值表(1)
采煤方法
参 数
下沉系数()
主要影响角正切tan
影响传播角
水平移动系数b
拐点移动S
全采

0.75
2.2
75
0.35
0.1H
条
带
法
采出率30%
0.0075
2.2
75
0.35
0.02H
采出率40%
0.03
2.2
75
0.35
0.03H
采出率50%
0.09
2.2
75
0.35
0.05H
采出率55%
0.13
2.2
75
0.35
0.06H
采出率58%
0.15
2.2
75
0.35
0.07H
本次设计的条带开采方案煤2采出率为50%，按上表下沉系数取0.09，为了确保开采方案的安全性，下沉系数取：，其它参数不变。

第七节 条带开采基本问题

为了达到保护地表建筑物的目的，根据地表极限变形的要求，试采区域内村下煤柱采用条带开采法，条带开采是将被开采煤层划分成比较正规的条带状，采一条（采宽），留一条（留宽），使留下的条带煤柱以支撑上覆岩层的重量，而是地表产生较小的变形。条带开采的地表移动有变形值与采出率成比例函数关系，采出率越大，下沉变形越大；采出率越小，下沉变形也随之减小，而且还与留柱宽度有关。条带法开采首先要保证条带煤柱的稳定性，即条带煤柱不能过小，保证煤柱有足够的安全系数。其次要保证地表不出现波浪下沉盆地，也即采出宽度不易过大。
一、 条带开采类型
条带开采分为走向冒落条带采煤法和倾向冒落条带采煤法，走向冒落条带采煤法，条带煤柱基本上沿煤层走向留设，工作面沿煤层伪倾向布置，大致沿煤层层推进，可采用后退式采煤法或前进式煤（混合式）采煤法；倾向条带冒落采煤法，条带煤柱沿倾向方向留设，工作面沿走向布置，沿倾斜推进。
为了维护煤柱的稳定性，大兴矿业有限责任公司应采用倾斜条带开采，由于房屋承受压缩变形能力强，则尽量将村庄布设在压缩区内，由于建筑物长轴方向基本上东西方向，井下煤层倾向为西北向，这样就使井下煤柱开采工作面不是严格的倾斜条带开采，从煤层产状来看，大体上还是沿倾斜开采。
二、条带开采覆岩及地表沉陷机理
采用条带法开采时，由于开采条带尺度较小，在采空区上方形成的跨落和断裂范围和高度较小，由于有条带煤柱的隔离和支撑作用，各开采条带上方的跨落、断裂带互不连通，不能形成整体的跨落，断裂带，因而采空区上方绝大部分岩体仍处于整体状态，条带采空上方岩层的重力转移到两侧条带煤柱上方，达到新的应力平衡，条带煤柱上方的应力相当于原始应力加上开采后的附加应力，因而使得条带煤柱上方一定范围内的岩层处于增压区。原始状态下的岩层内有节理、裂隙、离层等空隙和弱面，当岩体受到附加的应力作用后可使裂隙减小或闭和。这种减小或闭和就使整体岩层体积减小，表现为压缩变形。各岩层内节理、裂隙的减小或闭合值增加起来，即各岩层的压缩变形累加，构成了覆岩的下沉。这种累加效应使得覆岩沉降由下往上逐渐增加，至地表最大。
显然，条带开采使覆岩沉降机理截然不同于长壁式全陷法覆岩沉陷机理。模型实验和实地观测说明，条带开采式覆岩沉陷主要发生在从煤层底板到煤层顶板上方30m左右的范围内，在这一范围内的沉陷值约占地表下沉值的80%，特别是在煤层顶板上方10─20m的岩层沉降值最大。
在覆岩中一般都存在有相对厚而坚硬的岩层，模型实验及实践说明，它在覆岩的移动起控制作用。覆岩中这种起控制作用的厚而坚硬的岩层称之为托板，条带煤柱上方被两侧垮落带所包围的岩体称之为岩柱，称岩柱以上直至托板为承重岩。
研究表明，条带开采时覆岩最大下沉量W由以下五部分组成：自下而上依次为煤柱压入底板量W，煤柱压缩量W，岩柱压缩量W，承重岩层压缩量W和托板挠度W。即： W=
由于托板托住了其上覆岩层和松散层，其上覆岩土层的移动和变形完全受“托板”沉陷控制。这些岩土层随“托板”的沉陷和变形而产生移动时，沿土层内部既不产生竖向压缩变形，也不产生竖向拉伸变形，层内无断裂、无离层。“托板”以上岩土层的变形有以下特征：
1、 地表下沉盆地体积等于托板整体沉陷体积和托板挠度变形体积；
2、 移动变形连续，无体积变形；
3、 地表最大下沉量等于托板整体下沉量。
因此，条带开采时托板上方岩土层的运动形式可以用颗粒体随机介质运动方
式来描述，既托板上方的岩体可看成重力型颗粒随机游动介质，颗粒体在重力作用下，有采前平衡位置向采后的托板与原托板之间形成的“托板采空区”做自序运动，最后达到新的平衡状态，移动的结果在地表形成如概率积分曲面的下沉盆地。
因此，条带开采地表移动模式由两部分组成，即托板及其覆岩的竖向压缩机制和托板上方岩土层的重力型颗粒体随机介质自序运动机制。
三、条带开采需要说明的几个问题
1、条带采区个别煤柱宽度不能大于H /4（H采深），大于H /4，将产生波形下沉盆地。
2、与全陷落法一样，条带复采的下沉率大于出采的下沉率。采出率大，下沉率也大。当其他条件相同时，开采深度越深，下沉率越大，复采的下沉率增大幅度与采深有关。
3、采用条带开采时也有采动程度问题。在既定采深、采出率和采宽条件下，当采区达到一定数值后，地表最大下沉值达到该条件的极限值，此时称这种开采规模的条带开采使地面达到充分采动。
4、条带开采围岩与地表移动受以煤柱为支撑点拱形岩桥控制，下沉量小，故造成条带开采地表移动活跃期短，稳定快。一般开采工作面结束2-3个月，地表下沉值已达到地表稳定后最大下沉值的95%，此时可以认为地表已基本稳定。
5、当条带采区与老采区相连时，为了防止老采区“活化”及防止老采区积水，不管条带如何布置（与老采区平行、直交、斜交）都必须留设一定宽度的隔离煤柱。
6、条带开采采区内设计留的煤柱，不能任意乱掘，任何扰动这些煤柱，都将造成已经稳定的岩层失稳，引起地表再下沉，而且这种失稳速度反映是迅速而剧烈的。
7、如果设计合理，进行条带开采时引起的地表移动变形一般不超过建筑物的临界变形值，但需注意以下情况：
（1）、在延伸型建（构）筑物（如水、汽管线及长形建筑物）上将引起变形叠加，尽管地表变形小，但叠加后可能超过临界变形值，引起建（构）筑物破坏：
（2）、条带开采时地表移动变形值虽小，但仍可引起断裂、古小窑采空区或地下工程移动“活化”，将引起地表出现剧烈非连续变形，甚至出现大裂缝或局部坍塌坑等，引起地面建筑物破坏。

第八节 压煤村庄村下煤柱开采可行性研究
根据地表极限变形的要求，大兴矿业有限责任公司压煤村庄村下煤柱可采用条带开采，为了尽量多的回收煤炭资源，我们对压煤村庄村下煤柱的条带开采可行性研究了多个，并进行优化设计比较，压煤村庄村下煤柱地质采矿条件如表（2）所示。
压煤村庄村地质采矿条件表（2）

上山采深
下山采深
平均采深
倾角
厚度
东西长(m)
南北长(m)
煤2
524m
624m
574m
100
2.2m
440m
430m
煤3
539m
639m
589m
100
4.5 m
440m
430m
一、开采煤柱留设原则
1、 采宽b：要求采后地表不出现波浪起伏，而是呈现单一平缓下沉盆地。国内外开采实践及有限元计算表明，采宽按下式取值可满足要求：
H/10bH/4
式中：H采深，m
具体确定时，应考虑工作面初次来压步距及周期来压步距，采宽小时，则b不超过初次来压步距：采宽大时， b 不超过初次来压与周期来压步距之和，以利于顶板管理。
压煤村庄村下煤柱平均采深574m，则采宽的取值范围为：
57b143
2、留宽的确定
煤柱易处于比较理想的三向受力状态时，为了保持煤柱的稳定性，不应在煤柱中开切割眼，故可按长煤柱计算：
a=6.56MH*10+b/3-b/(2.6H)
式中：a──留宽
 M──采高，取煤2采高2.2m，煤3采高2.2m
H──采深，取煤2采深574m
对于冒落条带，宽度比较满足：a/M5
核区存在条件为：a0.01MH+8.4
采出率为： p=b/(a+b)
故留宽要大于10m
二、煤柱强度的较核
在“三下”压煤条带法中，载荷计算均采用仅考虑覆岩自重应力场的面积法。由于大多数条带法开采中的采出宽度都较小，除直接顶冒落外，老顶一般不冒落，冒落矸石一般不接顶承载。因此，可以认为采出宽度上方的覆岩荷重全部转嫁到所留设的煤柱的宽度上。此时，条带煤柱上承受的载荷为：
p=a*γh/(1-e)=(a+b)γh
式中：e为采出率，%：γ为覆岩平均重力密度，h为平均开采深度，a和b
分别为留设煤柱宽和采出宽度。