城郊矿4.0Mt-a新井设计-城郊矿村庄下压煤开采技术研究

目录一般部分1矿井概述及井田地质特征 11.1矿区概述 页9.3.5两个时期的矿井总风阻和总等积孔矿井通风总风阻计算公式： （9-18）矿井通风等积孔计算公式： （9-19）式中：R——矿井风阻，N.S2/m8；hr——矿井总阻力，Pa；Qf——矿井总风量，m3/s；A——矿井等积孔，m2。结合以上公式，把已知值代入，可得：容易时期：总风阻为：=2046/94.142=0.23N·s2/m8总等积孔：=1.1917/=2.485m2困难时期:总风阻为：=2911/94.142=0.33N·s2/m8总等积孔：=1.1917/=2.079m2通风容易时期和通风困难时期的等积孔见表9.9表9.9矿井等积孔容易时期困难时期等积孔(m2)2.4852.079表9.10矿井通风难易程度与等积孔的关系表通风阻力等级通风难易程度等积孔大阻力矿中阻力矿小阻力矿困难中等容易＜1m1～2m＞2m由以上计算看出，本矿井通风容易时期和通风困难时期总等积孔均大于2m2，总风阻均小于0.35N·S2/m89.4选择矿井通风设备9.4.1选择主要通风机根据《煤炭工业设计规范》等技术文件的有关规定，进行通风机设备选型时，应符合下列通风机选型的原则：1)矿井必须装设设两套同等能力的主通风设备，其中一套备用；2)选择通风机一般应满足第一水平各个时期的阻力变化要求，并适当照顾下一水平的通风需要而且使通风设备长期高效率运行。当工况变化较大时，根据矿井分期时间及节能情况，应分期选择电动机，但初装电动机的使用年限不宜小于10年；3)通风机能力留有一定的余量，轴流式通风机在最大设计风量和风压时，叶片安装角度一般比最大允许使用值小5°，离心式通风机的转数一般不大于允许值的90%；4)进、出风井井口的高差在150m以上，或进、出风井井口标高相同，但井深400m以上时，宜计算矿井的自然风压；5)矿井主要通风机房应有两回直接由变（配）电所输出的供电线路，线路上不应分接任何负荷；6)所选电动机应满足通风机在整个起动过程中及稳定运行中的力矩要求，如用同步电动机拖动轴流式通风机时，还应校验其牵入转矩；7)为简化供电系统，避免中间变压，当电动机功率较大可以选用高压电动机时，应尽量优先选用高压电动机；8)在通风机的服务年限内，其在矿井最大和最小阻力时期的工况点，均应在合理的工作范围之内，使通风机稳定、经济地运转；9)一个井筒尽量采用单一通风机的工作制度；10)主要通风机必须装有反风设备，必须能在10分钟内改变巷道中的风流方向；11)装有主要通风机的回风井口，应安装保护通风机的防爆门。防爆门应设计成因事故打开后易于复原，并在通风机反风时不被风流顶开。9.4.2主要通风机的选择 1）计算自然风压由《煤矿设计规范》可知：矿井进、出风井井口的标高差在150m以下，井深均小于400m时可不计算自然风压，且矿井通风总阻力较大，自然风压相对要小的多；本矿井在开采东一带区时进（副井）、回风井（主井）在同一工业场地中布置，标高相差不大。故设计中不计算自然风压，即：=0。但对于西二采区矿井井筒深度超过400m，通风机的压力与自然风压有很大关系，通风机选型时计算风机压力须计算出矿井自然风压。矿井自然风压的大小，最要取决于矿井风井的深度及内部的风流的密度。自然风压的计算公式：式中hn——自然风压，Pa；H——井筒深度，m；r1——进风井（副井）中风流的密度，kg/m3；r2——回风井中的风流密度，kg/m3；g——重力加速度，9.8m/s2。由于矿井进回风井的风流参数因季节的不同而不同，所以分夏季和冬季两个差别较大的时期。表9.11井筒风流密度副井风井冬季（kg/m3）1.221.21夏季（kg/m3）1.191.20于是冬季的自然风压hn1为：hn1=600×（1.22-1.21）×9.8=60Pa夏季的自然风压hn2为：hn1=600×（1.19-1.20）×9.8=—60Pa2）主要通风机工作风压（1）该矿井为抽出式通风，通风容易时期主要通风机静风压：（9-20）式中：——通风容易时期主要通风机静风压，Pa；——表示通风容易时期矿井通风总阻力，Pa；——表示容易时期帮助通风的自然风压，因东一带区取最大值=60Pa；——表示风峒的通风阻力，通常为20～50，取50Pa。故：=2046+60+50=2156Pa（2）通风困难时期，考虑自然风压反对主要通风机通风，主要通风机静风压： （9-21）式中：——通风困难时期主要通风机静风压，Pa；——表示通风困难时期矿井通风总阻力，0Pa；——表示困难时期反对通风的自然风压，=0；——表示风峒的通风阻力，通常为20～50，取50Pa。故：=2911＋0＋50=2961Pa（3）主要通风机的实际通过风量因有外部漏风（防爆门和通风机风硐漏风）通过主要通风机的风量必大于矿井总风量，对于抽出式用下式计算：（9-22）式中：——实际风量，m3/s；1.05——抽出式矿井通风外部漏风系数；——风井总风量，m3/s。=1.05×6933/60=121.33m3/s（4）主要通风机工况点工况点为主要通风机工作风阻曲线与通风机特性曲线的交点。主要通风机工作风阻曲线由风机风压与风量的关系方程h=R×Q2确定；通风机特性曲线由选择的主要通风机确定。容易时期：（9-23）=2156/115.552=0.16N·S2/m8困难时期：（9-24）=2961/115.552=0.22N·S2/m8表9.12主要通风机工作参数一览表项目容易时期困难时期单位风量/m3·s-1风压/Pa风量/m3·s-1风压/Pa矿井开采水平115.552156115.552961风机风压与风量的关系：容易时期：hrsmin＝Rrsmin×Qr2＝0.16Qr2困难时期：hrsmax＝Rrsmax×Qr2＝0.22Qr2根据以上数据，在扇风机个体特性图表上选定风机，该矿井东区前后期风机型号均为2K60-NO.28型的对旋式轴流风机。9.5通风机特性曲线根据2K60-NO.28的对旋式轴流风机的性能曲线，可以确定主要通风机实际工况点，见表9.13。表9.13主要通风机工况点型号时期叶片安装角（°）转速(r·min)风压(Pa)风量(m3/s)效率/%输入功率kW2K60-NO.28容易25600230012270320困难40°6004600148806809.4.2电动机选型根据矿井通风容易时期和困难时期主要通风机的输入功率和计算电动机的输出功率。由/=320/670=0.48﹤0.6，故通风容易时期和困难时期需要选用不同的电动机。电动机的输出功率： （9-25）式中：——电动机的输出功率，kW；——通风机的输入功率，kW；——电动机容量备用系数，取1.15；——电动机效率，取0.90；容易时期：=320×1.15/0.90=408.89（kW）困难时期：=670×1.15/0.90=856.11（kW）根据电动机的输出功率和输入功率以及主要通风机要求的转速，选择型号为Y630-10/1180和Y1000-10/430的异步电动机，其详细参数见表9.14。表9.14电动机参数时期型号功率（kw）电压（V）电流（A）转速（rpm）效率（%）容易Y630-10/118063060007660092/92.8困难Y1000-10/4301000600011860092/94.39.5安全灾害的预防措施9.5.1预防瓦斯和煤尘爆炸的措施1）回采和掘进工作面以及回风巷中，必须按规定定期检查瓦斯，如发现异常，必须按规定处理。2）盲巷、盲硐、片帮及冒顶处等容易积聚瓦斯的地点，必须及时处理。3）掘进应采用双风机，双电源和风电闭锁装置。4）掘进与回采工作面应安设瓦斯自动报警装置。5）大巷及装煤站应安设瓦斯自动报警断电仪。瓦斯超限后应自动切断供电及架线电源。6）所有易产生煤尘的地点。必须采取洒水灭尘等防尘设备及除尘设施。7）井下风速必须严格控制，防止煤尘飞扬。井下所有煤仓和溜煤眼均应保持一定存煤，不得放空，不得兼作通风眼。8）综采工作面应采取煤尘注水。按照保安规程设计悬挂岩粉棚和防水棚。9）煤尘应定期清扫。巷道应定期冲刷，各个转煤点应进行喷雾洒水。9.5.2预防井下火灾的措施1）井下中央水泵房和中央变电所设置密闭门、防火门。并设设区域返风系统。2）井下机电设备选用防爆型为原则。应加强机电设备的安装质量。并加强维修及管理。防止漏电及短路产生高温和火花。3）对自然发火的煤层，应加强煤炭与坑木的加收；加强密闭，及时密闭采空区；对停采线进行黄泥灌浆或喷洒阻化剂；分层开采还应在采区随采随注。4）二阻化剂防火：根据化验与实践，本矿自然发火期长，但为确保安全，应预备部分黄泥用于危险时期灌浆。9.5.3防水措施1）井巷出水点的位置及其水量，前采空区积水范围、标高和积水量，都必须绘出采掘工程图上。2）主要水仓必须有主仓和副仓，当一个水仓清理时，另一个水仓能正常使用。3）采掘工作面遇到下列情况之一时，必须确定探水线，进行探水，确认无突水危险后，方可前进:（1）接近水淹或可能积水的井巷、老空或小煤矿时；（2）接近水文地质复杂的区域，并有出水征兆时；（3）接近含水层、导水断层、溶洞和陷落柱时；（4）打开隔离煤柱放水时；（5）接近有出水可能的钻孔时；（6）接近有水或稀泥的灌泥区时；（7）底板原始导水裂隙有透水危险时；（8）接近其它可能出水地区时。

10设计矿井基本技术经济指标表10.1设计矿井基本技术经济指标序号技术经济指标项目单位数量或内容1煤的牌号优质无烟煤2可采煤层数目层23可采煤层总厚度m5.934煤层倾角°4～30（平均7）5（1）矿井工业储量万t65546.8（2）矿井可采储量万t48804.96（1）矿井年工作日数d330（2）日采煤班数班37（1）矿井年生产能力万t/a400（2）矿井日生产能力t/d131268矿井服务年限a87.159矿井第一水平服务年限a47.5410井田走向长度m10200井田倾斜长度m805011瓦斯等级低瓦斯相对涌出量m3/t/d0.000512通风方式混合式13（1）矿井正常涌水量m3/h220（2）矿井最大涌水量m3/h50014开拓方式立井两水平15第一水平标高m-600最终水平标高M-85016（1）生产的工作面数目个2（2）备用的工作面数目个017采煤工作面年推进度m237618（1）移交时井巷工程量m12000（2）达产时井巷工程量m2130019开拓掘进队数个220大巷运输方式胶带输送机21矿车类型自制平板车和1.5t矿车22电机车类型台数2台8t蓄电池电机车23设计煤层采煤方法综采一次采全高24（1）工作面长度m235（2）工作面推进度m/月198（3）工作面坑木消耗量m3/千t0.6（4）工作面效率t/工53.96（5）工作面成本元/t26.7参考文献[1]杜计平.《采矿学》.徐州：中国矿业大学出版社，2008[2]刘吉昌，孙宝铮.矿井开采设计［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1996[3]林在康、左秀峰.《矿业信息及计算机应用》.徐州：中国矿业大学出版社，2002[4]林在康、李希海.《采矿工程专业毕业设计手册》.徐州：中国矿业大学出版社，2008[5]郑西贵、李学华.《采矿AutoCAD2010入门与提高》.徐州：中国矿业大学出版社，2009[6]钱鸣高、石平五.《矿山压力及岩层控制》.徐州：中国矿业大学出版社，2003[7]王德明.《矿井通风与安全》.徐州：中国矿业大学出版社，2007[8]杨梦达.《煤矿地质学》.北京：煤炭工业出版社，2000[9].中国煤炭建设协会《煤炭工业矿井设计规范》.北京：中国计划出版社，2005[10]岑传鸿、窦林名.《采场顶板控制与监测技术》.徐州：中国矿业大学出版社，2004[11]蒋国安、吕家立.《采矿工程英语》.徐州：中国矿业大学出版社，1998[12]李位民.《特大型现代化矿井建设与工程实践》.北京：煤炭工业出版社，2001[13]综采设备管理手册编委会.《综采设备管理手册》.北京：煤炭工业出版社，1994[14]中国煤矿安全监察局.《煤矿安全规程》.北京：煤炭工业出版社，2006[15]朱真才、韩振铎.《采掘机械与液压传动》.徐州：中国矿业大学出版社，2005[16]洪晓华.《矿井运输提升》.徐州：中国矿业大学出版社，2005[17]中国统配煤矿总公司物资供应局.《煤炭工业设备手册》.徐州：中国矿业大学出版社，1992[18]章玉华.《技术经济学》.徐州：中国矿业大学出版社，1995[19]张宝明、陈炎光.《中国煤炭高产高效技术》.徐州：中国矿业大学出版社，2001[20]于海勇.《综采开采的基础理论》.北京：煤炭工业出版社，1995[21]王省身.《矿井灾害防治理论与技术》.徐州：中国矿业大学出版社，1989[22]刘刚.《井巷工程》.徐州：中国矿业大学出版社，2005[23]中国煤炭建设协会.《煤炭建设井巷工程概算定额》（2007基价）.北京：煤炭工业出版社，2008[24]邹喜正、刘长友.《安全高效矿井开采技术》.徐州：中国矿业大学出版社，2007[25]徐永圻.《煤矿开采学》.徐州：中国矿业大学出版社，1999

城郊矿村庄下压煤开采技术研究摘要：村庄压煤直接影响矿井当前生产，因村庄压煤不能开采，往往丢失资源，浪费已有的开拓工程，造成生产接替紧张，产量下降，服务年限短。地面村庄民房建筑质量往往参差不齐，同一村内从土坯房、砖石房或砖混平房同时存在，这些差别增加了采动保护保护技术的难度。关键词：地表移动与变形村庄下压煤条带开采1概述永夏矿区位于黄淮冲积平原东部，地势平坦开阔，土地肥沃。城郊矿井设计生产能力为4Mt/a．永城市旧城区位于城郊井田中部，共有9911户，36970人，旧城区连同其周围规划的l9个搬迁安置区(以下简称城区)共占地619km．有1166户，44000人。建筑物多为砖结构和少量砖混结构及钢筋混凝土结构。永夏矿区是我国煤炭工业新兴的优质无烟煤基地，本文从设计角度论证分析了该矿区城郊矿井城下压煤开采的可行性，提出了适合城郊井田地质条件和煤层赋存特点的条带采煤方案，并采用岩移计算软件包对条带开采后地表各种移动和变形值进行了预测验证。结论证明，对城郊矿井城下压煤进行条带开采是可行的，有助于提高社会效益和煤炭企业自身的经济效益。城郊煤矿是一个设计年产400多万t的现代化矿井。开拓方式为立井两水平上下山开拓。开采水平为-500，-800m。目前该矿实际生产能力已接近400万t/a，可采煤层为二叠系二、三。、三：：、三、三煤层，共5层。主采二2煤层,平均厚2.98m，煤层倾角平均为7°。，上方地表东部为董桥、赵庄居民区，西部为沱河运管处，南部为城关镇种鸡场、烈士陵园和老城区，北面为沱河。城郊矿地质储量7.50亿t，可采储量4.0亿t，但仅西城区(老城区)下就压煤约0．22亿t，占整个城郊矿可采储量的5％。所以，如何开采西城区下压煤是一个非常值得研究的问题。2.采煤方法的选择2.1地表移动与变形对建筑物的影响地下开采是引起矿区内地表移动与变形，并导致地面建筑物破坏的主要原因，但不是唯一的原因。地震、地下水位下降等自然原因也可能引起地表移动，建筑物本身结构设计有缺陷，或施工和材料质量差等人为因素也可能引起建筑物破坏。对具体的建筑物的破坏，应认真分析，区分开采影响与非开采影响引起的变形破坏，地下开采对地表建筑物的损害主要是由采动引起的地表在垂直方向的移动与变形（下沉、倾斜、曲率、扭曲），水平方向的移动与变形（水平移动、水平拉伸与压缩变形）以及地表平面内的剪切变形造成的。不同性质的地表移动与变形对建筑物的影响是不同的。采动引起地表产生的移动与变形，破坏了建筑物与基础之间的初始平衡状态。伴随着力系的重新建立，使建筑物结构中产生附加应力，从而导致建筑物变形，当这些变形超过了建筑物的抗变形能力时，建筑物就被破坏。一般来讲，建筑物在地表沉陷过程中要经受地表动态移动与变形的影响，如图1：图1地表建筑物承受的移动与变形过程Ⅰ—初始状态Ⅱ—最大拉伸变形位置Ⅲ—最大倾斜位置Ⅳ—最大压缩位置Ⅴ地表稳态下沉盆地平底r—主要影响半径2.2村庄下开采的可行性分析2.2.1建筑物下采煤理论依据和可行性理论研究和生产实践表明，建筑物下采煤的理论依据有以下几个方面。1）建筑物允许变形值大于地表静态变形值，即固定开采边界上方的地表变形值对建筑物不产生有害影响。2）采取开采措施以减小地表变形值，使其达到上述要求。3）采取建筑加固措施以提高其抗变形能力，使其允许变形值大于地表动态和静态变形值。4）建筑物允许变形值接近于地表静态变形值，采后有可能对建筑物进行维修。符合上述条件之一者，建筑物下才可能进行安全开采，上述条件也是确定开采措施及建筑物加固措施的根本出发点。值得注意的是，建筑物所在地的地下潜水位是影响建筑物下能否开采的关键，当地下潜水位高时，如果无法降低地下水位，则必须减少地表的下沉值。2.2.2城郊矿采煤条件1）地表建筑物。城郊矿地表建筑物特点：密度大，多数为砖混结构；建筑物及其设施在抗变形能力上具有明显的方向性和差异性；街道两侧楼房多相互连接，整体尺寸较大，在地表变形影响下易遭到破坏。2）地质采矿条件。根据城郊煤矿综合柱状图，该地区表土层平均厚352.12m。上覆岩层由泥岩、砂质泥岩、砂岩、铝质泥岩等组成。基岩总厚度187.10m。在城郊矿T2202工作面轨道和胶带巷进行岩石和煤采样，并按照《煤和岩石物理力学性质测定方法》进行煤岩力学性质测定。经测定二，煤层煤样平均抗压强度9.2MPa；直接顶砂质泥岩平均抗压强度为46.6MPa；直接底泥质砂岩平均抗压强度为34.8MPa。3）村庄下采煤的特殊性村庄下采煤是建筑物下采煤的实例，村庄建筑物除供居住外，还有一些其它用途，、如储藏、畜用等，这些建筑物建造时间较长，建筑质量较差，以砖石结构土筑平房为主，抗变形能力差。村庄建筑物分布密集，排列没有规律。村庄建筑物的历史重要性程度较低，必要时可以搬迁村庄，当采用搬迁重建措施时，需大量征地，按《土地管理法》有关规定，需要安置农村剩余劳动力，办理农转非。在具体条件下研究采煤方法时要综合考虑这些特点。2.3村庄下的采煤方法2.3.1村庄下采煤方法设计准则在选择建筑物下开采方法时，首先应考虑下列技术原则。1）采动影响的特征与程度。根据采动影响理论的研究成果，采动影响的主要特征是地表移动与变形，设计建筑物下采煤方法时，应考虑地表移动与变形的特征与程度，在采深较小及急倾斜煤层时，还应考虑“上三带”的特征与程度。2）保护标准与要求。在设计和选择建筑物下采煤方法时，需要考虑另一个原则是保护标准与要求。例如:在建筑物下采煤时，是否允许采前拆旧房建抗变形房，或采后对建筑物进行维修加固等。3）资源回收率。为了减少采动有害影响，实现建筑物下采煤，有时需要采取降低回采率的开采措施。因此，如何处理资源回收率问题，是选择采煤方法的主要原则。根据近年来的采煤经验，在某些情况下，为了从总体上提高煤炭资源回收率，应积极采用各类充填采煤方法，必要时一可采用条带开采，适当降低回收率。2.3.2村庄下设计采煤方法的基本要求我国划分建筑物破坏（保护）等级的标准在我国矿区中，大多为砖混结构和砖木结构的房屋，还有大量的农村村庄的房屋，少量的木（竹）排架结构房屋和土筑平房。这些建筑以平房占多数。由于结构不同，建筑物抵抗变形能力不同，因此在划分建筑物破坏（保护）等级的标准时，应区别对待。原煤炭工业部制定的建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与亚美开采规程总结了我国建筑物下开采的经验，对于长度或变形缝区段内长度小雨20m的装混结构建筑物，按地表不同变形值，划分了损坏等级和标准，如表1所列：表1砖石结构建筑物的破坏（保护）等级破坏（保护）等级建筑物可能达到的破坏程度地表变形值处理方式倾斜imm/m曲率K10-3/m水平变形εmm/mⅠ墙壁上不出现或仅出现少量宽度小于4mm的细微裂缝≤3.0≤0.2≤2.0不修Ⅱ墙壁上出现4～15mm宽的裂缝，门窗略有歪斜，墙皮局部脱落，梁支承处稍有异样≤6.0≤0.4≤4.0小修Ⅲ墙壁上出现16～30mm宽的裂缝，门窗严重变形，墙身倾斜，梁头有抽动现象，室内地坪开裂或鼓起≤10.0≤0.6≤6.0中修Ⅳ墙身严重倾斜、错动、外鼓或内凹，梁头抽动较大，屋顶、墙身挤坏，严重者有倒塌危险>10.0>0.6>6.0大修或拆除2.3.3城区下开采地质影响因素分析1)采深。城区下煤层埋深大，二煤层采深采厚比约170，四层煤综合采深采厚70以上。大采深在采煤方法设计合理时，地表下沉平稳，下沉盆地宽缓，地面建筑物受不均匀沉降破坏程度减轻。另外，煤层埋深大，建筑物留设保护煤柱量随之增大，为减少资源损失，实行城区下采煤更有必要。2)地理环境。井田内地势低平，潜水位较浅，在降雨量大的年份，容易引起内涝积水。地表下沉量应控制在一定范围。但是，城区由于采用条带开采，而城区周围的采区开采后，其地面将比周围地面高，有利于排涝。3)厚表士冲积层。井田内新生界表土层很厚，均达300m以上。厚表土层可以缓和基岩受开采破坏的剧烈程度。如果基岩的断层在开采影响后被拉开或错动时，由于厚表土层的缓冲。一般不会使地表产生不连续的裂缝和台阶。中国矿业大学对华东巨厚冲积层地表移动规律的研究表明，在表土层厚的地区下沉系数增大，主要影响角正切变小。使地表沉陷范围增大，地表坡度小，不均匀沉降小，有利于建筑的保护。但是目前本矿区巨厚表土层建筑物下开采的实例较少，有待积累经验和实践的检验。4)煤层厚度和倾角。二：煤层基本稳定，厚度变化不大，有利于地表均匀下沉和建筑物保护。煤层倾角平缓，大部分为近水平煤层，为条带法开采的条带布置提供了灵活性。有利于条带法采煤的稳定性。5)水文地质。4个含水组在正常情况下相互问有良好的隔水层，没有水力联系。第三、四系孔隙含水组对井下开采基本无影响，石炭系浅部和奥陶系灰岩承压水一般不会造成水患，但在有断层等特殊构造时，应注意因受开采影响而突水的可能性。因此，设计在必要处留设了断层防水煤柱。二叠系裂隙含水层静储量不大，补给途径不畅，一般只对矿井涌水量有影响，不会引起水患。地表水一般对井下开采无影响。但对井下开采引起各处地表下沉不均使沱河河道等地面水系发生变化、水流不畅等问题应予以注意。2.4采煤方法的选择由于本地区村庄较多，且地下水属于高潜水位型，若采用常规的采煤方法，不仅地表变形较大，沉陷区内亦出现大面积积水，将无法保证居民的生命财产安全。但由于本惊天煤层埋深较大，表土层较厚，主要可采煤层及倾角变化不大，当采用合理的采煤方法对村庄压煤进行开采是，将会使地表下沉平稳，下沉盆地宽缓，地表将不会出现台阶和裂缝现象，对保护地面建筑物较为有利。2.4.1村庄下采煤方案比较为了确定城区下采煤技术上可行、经济上合理的最优方案。设计提了5个方案进行选择。1)方案Ⅰ：搬迁。该方案采出率较大但存在以下缺点：（1）搬迁选址困难；（2）大规模搬迁扰乱居民的正常生产和生活，引起工厂迁建期停工；（3）搬迁资金难以落实；（4）新址需占大量土地，影响农业生产。因此，方案I是不可行的。2)方案Ⅱ：就地加固维修或村庄就地建抗变形房。本方案特点是井下用冒落长壁采煤法实行全采，地面采取采前加固、采后维修或村庄就地建抗变形房的措施。该方案即使仅采二，煤层时。地表下沉后即接近或在潜水位以下，将使建筑物区积水。各类建筑物均将达到IV级以上破坏，需要大修或重建。对地面生产和生活干扰很大，严重时甚至可能造成事故，安全难以保障。故该方法也被淘汰。3)方案Ⅲ：条带法开采。条带法开采方法是采一条、留一条，在开采条带内用冒落法控制顶板。从前面分析可知城郊井田具有冒落条带法开采的许多有利因素。（1）与常规采煤法基本相同，不必增加机械装备，不增大材料消耗，适应性较强；（2）地面建筑物保护效果好，不会造成地面积水，绝大部分建筑物不需维修，仅极少量劣质建筑物需小修，能确保居民安全；（3）经济效益好，可采出煤炭40％左右；（4）不影响地面居民的生产和生活。由此可见方案Ⅲ技术上合理可行，经济效益最好。4)方案IV：城区下留设煤柱不采。该方案显然是不合理的：①城区下煤层为井底车场附近的高级储量块段，开采条件较好，如不开采，将影响矿井开拓部署的合理性和生产能力，增大工程量和投资②城区处于井田中部，有现成的开拓巷道可利用，开拓工程量小；③留设大量煤柱将造成资源损失，缩短矿井的服务年限，降低投资效益。5)方案V：水力充填采煤方案。水力充填就是应用水力将充填材料(一般为砂和碎石等)输入采空区，以减少地表下沉，保护建筑物。水力充填开采的缺点：（1）充填费用高，本地区无砂和碎石，购买价格较高，经济效益较差；（2）井上下需增加一套充填系统，占用大量设备设施，工艺复杂，生产组织管理困难；（3）井下潮湿，劳动条件不好；（4）煤层倾角小，褶皱发育，充填较困难。因此该方案不宜采用。根据以上分析，最后确定按方案Ⅲ进行开采。2.5采煤方法选择的评价条带开采法是一种局部开采方法，不需要额外的设备投资，管理较为简单，是一种较为理想的建筑物下采煤方法。从理论上讲离层注浆法也是减少地表移动和变形的好方法，曾经在很多矿区试用，对地表建筑物的保护效果也是很理想的，特别适用平原地区的农田保护，应用灵活，不需要改变现有的开拓系统。但是还有一些难点问题，比如离层带的确定，注浆时间和地点的控制，注浆体的配比，以及浆体与岩层的胶结效果等，这些问题还需要继续探讨。3.条带开采设计条带开采是把要开采的煤层划分成比较正规的条带进行开采,采一条,留一条,利用保留的煤柱支撑上覆岩层,从而减少覆岩沉陷,控制地表的移动和变形,达到地面保护目的的部分开采方法。条带开采法是保护地面建筑物的一种有效开采措施。条带开采法与一般长壁式采煤法相比，虽有回采率低、掘进率高、采煤工作面搬家次数多等缺陷，但条采却有引起围岩移动量小、地面沉陷小等突出特点。条带法适合于下述情况下的采煤：1.村镇密集建筑物群，结构复杂建筑物和纪念性建筑物下采煤；2.道路桥梁、隧道或铁路干线下采煤；3.水体下采煤以及受岩溶承压水威胁的煤层上方的煤层的开采；4.地面排水困难；5.煤层埋藏深度在400～500m以内，深度太大，采出率过低；6.煤层层数少，厚度比较稳定，断层少；7.邻近采区的开采不至于破坏煤柱的稳定性。条带开采方法如图2：图2条带采煤法条带布置（a）保留条带宽度；（b）采出条带宽度3.1条带开采的地表移动与变形特点条带开采法是一种保护地面建筑物的有效开采措施，能减少围岩移动，降低地面沉陷。条带开采如果开采尺寸适当，地表不会出现波浪形下沉盆地，而是出现单一平缓的下沉盆地，其它的变形分布规律与正规工作面回采类似。实测表明，在一定深度的界限以上下沉盆地是平缓的，在此界面以下则呈波浪形。通过力学分析证明，当采宽小于1/3倍采深时，地表不会出现波浪下沉盆地（如图3）。正规条带开采引起的地面移动与变形值是很小的，其地表移动和变形预测参数也相应减小。具体特点如下：1)条带工作面矿压显现特点条带开采时由于上覆岩层由保留条带支撑，破坏和移动减弱，断裂带高度降低，工作面基本顶来压现象减弱或消失，对底板的破坏也随之减弱，巷道矿压显现不明显。2)地表移动和变形特点(1)地表下沉系数小(2)主要影响角正切小(3)水平移动系数随采深增加变小图3地表波浪形下沉盆地3.2条带开采设计步骤3.2.1条带开采设计原则开采后条带煤柱应有足够的强度和稳定性，能长期、有效地支撑上覆岩层，从而达到减少地表移动和变形的目的。条带的开采宽度，其尺寸应限制在不使地表出现明显的波浪状下沉盆地，而是仅出现单一平缓的下沉盆地范围内。结合城郊矿的生产能力和技术水平，城郊矿西城区下煤层的开采只能采用变条带协调开采方法应用变条带协调开采方案的设计原则为：①在确保采动引起的地表移动与变形不影响地面建筑物安全使用的前提下，最大限度地回收煤炭资源；②合理确定留设煤柱的宽度，保证留设煤柱有足够的强度支承上覆岩层的荷载，且保持长期稳定；③确定合理的开采顺序和工作面推进速度，以减小采动引起的地表动态移动变形对建筑物的损害。3.2.2条带类型选择走向条带与倾斜条带。走向条带是条带长轴沿煤层走向布置，适用于煤层倾角小的缓倾斜煤层。当煤层倾角较大时，走向条带稳定性差。走向条带的优点是工作面搬家次数少。倾斜条带是条带长轴沿煤层倾向布置，其适应性较强，应用广，其缺点是工作面搬家次数较多。冒落条带与充填条带。煤层的采出部分用全部陷落法管理顶板时称为冒落条带，此法目前应用较多。采出部分用充填法管理顶板时称为充填条带。从最大限度地减小地表移动和变形角度看，充填条带效果较好。定采留比条带和变采留比条带。在一个采区内采留比固定不变是定采留比条带开采。该方法适用于采区地质条件比较简单的地段。在多煤层、厚煤层、分层开采时以及煤层倾角、采深差别不大时必须采用定采留比，否则，保证不了稳定性。在一个采区内采留比不固定，根据需要而变化的是变采留比条带开采。在采区地质条件变化较大的地段，变采留比有一定的优越性。该方法的条带布置比较灵活，适用于单一煤层。3.2.3采留比的确定方法具体步骤见3.3.23.2.4条带开采地表移动和变形预测根据实测资料可得，条带开采的地表移动和变形规律与正规工作面回采相似，条带开采的地表移动和变形可用概率积分法求解，但它的下沉系数、主要影响角正切、水平移动系数比正规工作面回采的小。3.3采区条带开采设计本设计以本矿井四采区为例确定条带开采采留煤柱的宽度。3.3.1计算原则 本采区矿井条带开采设计遵循以下原则：1)开采后条带煤柱应有足够的强度和稳定性，能长期、有效地支撑上覆岩层，从而达到减小地表移动和变形的目的；2)条采的每一采出宽度，其尺寸应限制在不使地表出现明显的波浪状下沉盆地，而仅出现单一平缓的下沉盆地。在合理地确定留宽和采宽的前提下尽量提高回采率。根据地面地形条件，可以采用变采留比条带开采，在建筑物密集地区和浅部，采宽适当小一些，远离村庄建筑物地区和深部，采宽大一些，尽可能提高回采效率；3)应弄清煤和上覆岩层的物理力学性质及其组成。如有无坚硬岩层存在，能否起积极的作用等；4)为减少工作面搬家次数，推进长度尽可能远一些；5)选定的保留条带煤柱的宽度不得过小，以免煤柱因丧失稳定性而失去承载能力。同时，煤柱的宽高比根据国内外条采的经验，应控制留宽大于采厚的5倍，采宽小于1/4采深。3.3.2确定条带尺寸综合考虑个中条带开采的优劣性以及结合矿井实际条件，决定选用冒落条带开采。1）确定采宽b采出条带宽度b与采深H有关。条带采煤法的基本要求之一是当采出条带开采后，地表不出现波浪形下沉盆地。一般情况下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。为了保证条带开采后地表出现单一平缓的下沉盆地，避免地面出现波浪形起伏，采出条带宽度b一般为采深的1/10～1/4。受采深条件限制，我国已有的采出条带宽度多在10～50m的范围内。目前，随着采深的加大，采出条带的宽度有加大的趋势。b≤H/4~H/9=53～130m（采深-520—-480m）本着保护地表建筑物的要求，又为了提高采出率，暂取采宽为中间值b=90m。2）确定留宽a目前，国内外有关煤柱强度计算理论有很多种。这次计算使用我国在条带开采煤柱荷载计算中普遍采用的威尔逊理论，先计算煤柱的极限承载能力和实际分担荷载，然后再计算出煤柱的稳定性安全系数，以评价煤柱的稳定性。长煤柱承载能力按式(1)计算：(1)式中：Pc——煤柱承载能力，kN／m；r——覆岩平均容重，kN/m；H——覆岩厚度，m；a——煤柱宽度，m；m——煤柱高度，m。煤柱分担荷载按式(2)计算：(2)式中，P——煤柱实际承受的裁荷，kN／m；H，a同上；B——开采煤柱宽度，m。保留条带宽度应满足：a≥2x0+B=0.01Hh+B式中：B——核区宽度，一般取（1～2h）。当B取2h时，在采深H取500m，h取2.98m时则a≥7h=21m煤柱安全系数K=P安全系数可取1.3～2，此处取K=2，则由Pc/PD≥2即可确定采出条带宽度和保留条带宽度。经过计算，得： 综合可得，a取60m采留情况如表2：表2四采区采留情况开采条带宽度保留条带宽度采出率90m60m60％3)工作面布置情况图根据四采区煤层赋存情况，将四采区按以上方案的尺寸，沿煤层倾向划分为若干个回采工作面。回采工作面布置情况，见图4

图4条带开采设计图3.3.3条带开采地表沉陷预计在综合考虑上述经验公式计算结果及东欢坨矿地表移动观测站观测成果的基础上，确定本区长壁垮采时的预计参数如下：主要影响角正切为2.56；初次采动下沉系数为0.86；水平移动系数为0.30；1）拐点偏移距的确定：在进行地表移动和变形预计时，拐点偏移距是一个重要的参数，它不仅直接影响到各种移动和变形值的计算精度，而且决定了地表移动盆地的形状和范围。全采时影响拐点偏移距的因素包括上覆岩层岩性、岩层层位、采深、松散层厚度、工作面尺寸、煤层倾角、采厚、采动程度、重复采动、采煤方法和顶板管理方法等。覆岩岩性和采深是影响拐点偏移距的主要因素，随上覆岩层强度的增加而增加，随采深的增加而增加。我国一般的矿区s值约在(0.05～0.43)H之间。（3（3）=17.2m2）地表下沉系数垮落开采条件下，当2a≥b和b＜1/3H时，条带开采的地表下沉系数可由下式计算：（4（4）式中：η条——条带开采的地表下沉系数；a——保留条带宽度；b——采出条带宽度；H——采深；η全——垮落法处理采空区全部开采的地表下沉系数代入各数值，得η条=0.54η全3）主要影响角正切垮落开采条件下条带开采的主要影响角正切可由下式计算。tanβ条=tanβ全-0.574lnH+2.34式中：tanβ条——垮落法处理采空区条带开采的主要影响角正切；tanβ全——垮落法处理采空区全部开采的主要影响角正切。由上式可以得出，相同采深条件下，主要影响角正切较小，意味着主要影响半径较大，地表移动和变形指标中的曲率和水平变形值较小，对建筑物的不利影响较小。tanβ条=tanβ全-1.234）水平移动系数（5）条带开采水平移动系数由式（5）式中：b条——垮落法处理采空区条带开采的水平移动系数；b全——垮落法处理采空区全部开采的水平移动系数。由上式可知，与长壁开采相比，采深越大，采用条带法开采的水平移动系数就越小。带入数据得：b条=0.687b全采区条带开采涉及移动与变形的主要参数如表3表3条采与全采参数对比参数回采率下沉系数水平移动系数主要影响正切角拐点偏移距全采100%0.730.32.5664.73条带开采60%0.390.211.3317.25）地表沉陷预计参数四采区最大值移动和变形值预计地表沉陷预计主要包括最大下沉值、最大水平移动值、最大倾斜值、最大曲率值和最大水平变形值。针对四采区的实际情况，对以上开采方案可能对地表造成的破坏进行预计，计算其最大