【采礦課件】02-4條帶采煤法

1、第四節(jié)第四節(jié) 條帶式采煤法條帶式采煤法q條帶采煤法條帶采煤法開采的一般條件開采的一般條件煤層埋深一般小于煤層埋深一般小于500 m采厚一般在采厚一般在2 m左右，個別達到左右，個別達到48 m,目前已目前已放頂煤放頂煤采出率一般在采出率一般在40 60%地表下沉系數一般小于地表下沉系數一般小于0.1，個別達到，個別達到0.16q我國目前已從單一煤層開采發(fā)展到煤層群我國目前已從單一煤層開采發(fā)展到煤層群從薄及中厚煤層開采發(fā)展到放頂煤條帶開采從薄及中厚煤層開采發(fā)展到放頂煤條帶開采 一、條帶采煤法的適用條件一、條帶采煤法的適用條件地面為密集建筑群、結構復雜的或紀念性的地面為密集建筑群、結構復雜的或紀念

2、性的建筑物；建筑物；難搬遷的村莊；難搬遷的村莊；鐵路橋梁、隧道或鐵路干線下；鐵路橋梁、隧道或鐵路干線下；水體下的煤層及受巖溶承壓水威脅的上方煤水體下的煤層及受巖溶承壓水威脅的上方煤層；層；地面排水困難。地面排水困難。條帶采煤法開采的理想地質條件：條帶采煤法開采的理想地質條件：煤層埋深小于煤層埋深小于400 500m，單一煤層，厚度比單一煤層，厚度比較穩(wěn)定，頂底板巖層和煤層較硬較穩(wěn)定，頂底板巖層和煤層較硬二、條帶劃分的類型二、條帶劃分的類型v以條帶面推進方向以條帶面推進方向走向條帶走向條帶 搬家少搬家少 穩(wěn)定性差穩(wěn)定性差 傾斜條帶傾斜條帶 搬家多搬家多 穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好v以采空區(qū)處理方法以采空區(qū)

3、處理方法 充填條帶充填條帶 減少變形下沉減少變形下沉 增加穩(wěn)定性增加穩(wěn)定性 垮落條帶垮落條帶ba三、條帶開采的巖層移動和變形特點三、條帶開采的巖層移動和變形特點 工作面礦壓顯現特點工作面礦壓顯現特點斷裂帶高度降低，工作面基本頂來壓現象斷裂帶高度降低，工作面基本頂來壓現象減弱或消失，對底板破壞減弱，巷道礦壓減弱或消失，對底板破壞減弱，巷道礦壓顯現不明顯顯現不明顯 地表移動和變形特點地表移動和變形特點 地表下沉系數小地表下沉系數小隨采出率降低而減小，隨采出率降低而減小，C在在50%左右時，左右時，一般在一般在0.15以下。以下。全條2000500030baH地表下沉的組成：地表下沉的組成：保留條帶

4、壓入底板保留條帶壓入底板保留條帶自身被壓縮保留條帶自身被壓縮保留條帶上方的巖柱被壓縮保留條帶上方的巖柱被壓縮主要影響角主要影響角 小，主要影響半徑大小，主要影響半徑大rtgHr tg 礦礦全采全采條帶條帶蛟河礦蛟河礦1.91.5阜新平安礦阜新平安礦2.011.26峰峰一礦峰峰一礦 2.0 1.45 1.57鶴壁九礦鶴壁九礦 3.21.06 1.22 地表移動和變形特點地表移動和變形特點 地表移動和變形特點地表移動和變形特點水平移動系數隨采深增加變小水平移動系數隨采深增加變小b b條條=(1.29-0.0026=(1.29-0.0026H) bH) b全全 地表移動期短地表移動期短T條條 (0.

5、4 0.5)T全采全采地表多次下沉地表多次下沉受相鄰條帶或鄰近煤層條帶開采影響受相鄰條帶或鄰近煤層條帶開采影響 長壁開采無此影響長壁開采無此影響 主控參數：主控參數：采出條帶寬度采出條帶寬度b保留條帶寬度保留條帶寬度a采出率采出率C 四、條帶尺寸設計四、條帶尺寸設計1 1、采出率、采出率C %100babCC一般為一般為40 60% ba正規(guī)條帶采煤法地表下沉系數與采出率的關系正規(guī)條帶采煤法地表下沉系數與采出率的關系 采出率（采出率（%）堅硬覆巖堅硬覆巖中硬覆巖中硬覆巖軟弱覆巖軟弱覆巖700.14 0.170.21 0.270.27 0.33600.09 0.110.13 0.170.17 0

6、.21500.05 0.060.08 0.100.10 0.12400.026 0.0320.03 0.050.05 0.06300.011 0.0140.016 0.0220.022 0.026地表要避免出現波浪形下沉盆地地表要避免出現波浪形下沉盆地采寬等于或大于三分之一埋深時，地表采寬等于或大于三分之一埋深時，地表就要出現波浪形的下沉盆地。就要出現波浪形的下沉盆地。2、采出條帶寬度、采出條帶寬度bbHab應等于或小于應等于或小于（1/10 1/4）H 我國已有的采出條我國已有的采出條帶寬度多在帶寬度多在10 50m采出條帶寬度采出條帶寬度b取決于保留條帶的寬度和采出率取決于保留條帶的寬度和

7、采出率 bababCC=Constant ，b a 當采出率恒定時，采出當采出率恒定時，采出煤柱寬度增加時，保留條帶寬度也增加，煤柱穩(wěn)煤柱寬度增加時，保留條帶寬度也增加，煤柱穩(wěn)定性也增加。定性也增加。 CCbaCaCb1111babbaCbabC采出條帶寬度采出條帶寬度b取決取決于保于保留條留條帶的帶的寬度寬度和采和采出率出率3、保留條帶寬度、保留條帶寬度a（1) 穩(wěn)定性要求穩(wěn)定性要求寬高比要求寬高比要求 25hahaah充填條帶充填條帶垮落條帶垮落條帶（2) 強度要求強度要求v單向受力狀態(tài)的計算單向受力狀態(tài)的計算所受的垂直應力所受的垂直應力)()(baassHHabaK Hks sHKHah

8、H的確定的確定 m立方體試塊單向抗壓強度，立方體試塊單向抗壓強度，MPaA、B系數系數 美國美國A=0.778, B=0.222南非南非 A=0.64, B=0.36h保留條帶高度，保留條帶高度，m；w(a)保留條帶度度，保留條帶度度，m。保留條帶的強度隨試樣寬度變化保留條帶的強度隨試樣寬度變化)(hwBAm單向應力狀態(tài)的強度要求單向應力狀態(tài)的強度要求保留條帶能夠承受的保留條帶能夠承受的極限載荷極限載荷 A AH Hilsonilson兩區(qū)約兩區(qū)約束理論假設束理論假設周邊是塑性區(qū)，中部是周邊是塑性區(qū)，中部是柱核區(qū)，受塑性區(qū)約束，柱核區(qū)，受塑性區(qū)約束，柱核區(qū)處于三向應力狀柱核區(qū)處于三向應力狀態(tài)，

9、強度有一定程度提態(tài)，強度有一定程度提高高 三向應力狀態(tài)的強度要求三向應力狀態(tài)的強度要求oxp2-25aB4Hox保留條帶能夠承受的極限載荷保留條帶能夠承受的極限載荷oo3柱 核 區(qū) 的 強 度 ：柱 核 區(qū) 的 強 度 ： = 0+ 3tg 0單向抗壓強度單向抗壓強度 3煤柱上的側向壓力；煤柱上的側向壓力；tg 三向應力系數三向應力系數 1301 + 322 Csin1sin1tg = 0+ 3tg 當當 取取36 時，時，tg4。則則 = 0+4 3sin1sin131CctgCctg保留條帶能保留條帶能夠承受的極夠承受的極限載荷限載荷設煤柱穩(wěn)定的極限設煤柱穩(wěn)定的極限：柱核區(qū)平均應力：柱核區(qū)

10、平均應力 達到達到4 H塑性區(qū)寬度塑性區(qū)寬度X0 4.92 10-3H h ,mbHktgtghxln) 1(0保留條帶塑性區(qū)寬度保留條帶塑性區(qū)寬度 b煤柱周邊的抗壓強度，煤柱周邊的抗壓強度， 取取0.007MPa K應力集中系數，應力集中系數，取取4h煤層厚度或采高，煤層厚度或采高，mH采深，采深，mP極限極限=4 H（a-4.92Hh 10-3）X0 4.92 10-3H h ,m保留條帶能夠承受的極限載荷保留條帶能夠承受的極限載荷oxp2-25aB4Hox保留條帶應滿足和保留條帶應滿足和保留條帶中部應保證有一個彈性區(qū)存在保留條帶中部應保證有一個彈性區(qū)存在能夠承受的極限強度（載荷）要大于實

11、際承能夠承受的極限強度（載荷）要大于實際承受的載荷受的載荷a 2Xo+B (m）B (12)hoxp2-25aB4Hox保留條帶三向應力狀態(tài)下的強度要求保留條帶三向應力狀態(tài)下的強度要求保留條帶保留條帶實際承受的載荷實際承受的載荷 HH0.3Habap2-270.3H0.3H0.3H實測：實測：距煤壁距煤壁0.3H的水平距離處，上覆巖層的的水平距離處，上覆巖層的載荷就能完全被采空區(qū)冒落的矸石支撐載荷就能完全被采空區(qū)冒落的矸石支撐保留條帶僅承受一部分采出條帶上方的巖層重保留條帶僅承受一部分采出條帶上方的巖層重量量,其余部分由采出條帶采空區(qū)的矸石支撐其余部分由采出條帶采空區(qū)的矸石支撐aaabbH H

12、0.3H0.3H0.3H保留條帶保留條帶實際承受的載荷實際承受的載荷保留條帶實際承受的載荷保留條帶實際承受的載荷 P實際實際=(a+0.3H) H 采空區(qū)實際承受的載荷采空區(qū)實際承受的載荷P實際實際=(b-0.3H) HaabH H0.3H0.3H保留條帶保留條帶實際承受的載荷實際承受的載荷這意味著采出條帶寬度大于這意味著采出條帶寬度大于0.6H時，地表將達到最時，地表將達到最大下沉值，這是與條帶采煤法開采的目的是相背的。大下沉值，這是與條帶采煤法開采的目的是相背的。 b 0.6H時時保留條帶實際承受的載荷分為三部分保留條帶實際承受的載荷分為三部分aabH Hb/2b 0.6H時時保留條帶保留

13、條帶實際承受的載荷實際承受的載荷aabH Hb/2)23 . 0221(222bHHbHbHaP實ob/2 0.3H ? Hb 0.6H時時HH0.3Habap2-270.3H0.3H0.3H23.02?3.0bHHtgbHHtgob/2 0.3H ? H )23 . 0221(222bHHbHbHaP實際保留條帶保留條帶實際承受的載荷實際承受的載荷)6.02(2)6.02(6.02bHbaHbbbHaHbbHbHa原式)23 . 0221( 222bHHbHbHaP實際保留條帶保留條帶實際承受的載荷實際承受的載荷HbbHhaHbbHhabbHhHHabbHaHhHHa6 . 331056.

14、66 . 06331092. 446 . 021092. 4436 . 021092. 4442323232232)6.02(2bHbaHP實際P極限極限=4 H（a-4.92Hh 10-3）五、條帶開采注意的問題五、條帶開采注意的問題 上行開采順序有利于保留條帶基本不再受上行開采順序有利于保留條帶基本不再受重復采動影響。重復采動影響。當煤層間距較小時上下煤層或上下分層的當煤層間距較小時上下煤層或上下分層的煤柱要對齊。煤柱要對齊。保留條帶中盡量不開掘巷道或少開掘巷道保留條帶中盡量不開掘巷道或少開掘巷道不得隨意擴大采出條帶寬度和縮小保留條不得隨意擴大采出條帶寬度和縮小保留條帶寬度。帶寬度。回采巷

15、道采用錨桿支護能起到加固保留條回采巷道采用錨桿支護能起到加固保留條帶的作用。帶的作用。第五節(jié)第五節(jié) 村莊下采煤村莊下采煤 村莊下壓煤量一般占礦井儲量的村莊下壓煤量一般占礦井儲量的10 30% 村莊民房建筑質量參差不齊村莊民房建筑質量參差不齊 煤礦與房主之間的關系是公私關系煤礦與房主之間的關系是公私關系 一、不遷村全采，采后維修和補償一、不遷村全采，采后維修和補償二、不遷村條帶開采二、不遷村條帶開采 不遷村全采，采后維修和補償不遷村全采，采后維修和補償 理論基礎理論基礎：臨界安全開采深厚比（采深臨界安全開采深厚比（采深H與采厚之比）與采厚之比）臨界安全開采深度臨界安全開采深度H 30010cos

16、52. 152. 1HMtgbrwb臨界安全開采深厚比臨界安全開采深厚比 3010cos52.1HMtgb 310cos52.1tgbMH =2mm/m ，b=0.3， =0.8，tg =2，=10 H/M=359 ，M=2m時，時，臨界安全開采深度為臨界安全開采深度為718m； 不遷村長壁垮落開采，不遷村長壁垮落開采，采后維修和補償采后維修和補償隨著采深度加大，我國棗莊和新汶礦區(qū)在隨著采深度加大，我國棗莊和新汶礦區(qū)在村莊下較早地實行了不遷村長壁垮落開采。村莊下較早地實行了不遷村長壁垮落開采。通過對沉陷區(qū)民房損壞調查后認為：通過對沉陷區(qū)民房損壞調查后認為：當當 0=4mm/m左右時，沉陷區(qū)內左右時，沉陷區(qū)內80 94%的的民房僅產生民房僅產生級損壞，采用采后維修和補級損壞，采用采后維修和補償的辦法比較經濟與實用。償的辦法比較經濟與實用。地表最大水平變形與民房損壞率地表最大水平變形與民房損壞率礦礦區(qū)區(qū)水平變形水平變形 0（mm/m）級級（%）級級（%）III級級（%）級級（%）棗棗莊莊6.628.237.924.29.14.579.75.64.610.1新新汶汶3.994.33.91.8 水平變形小于水平變形小于4 4mm/mmm/m要制定好和損壞等級與之對應的賠償標準要制定好和損壞等級與之對應的賠償標準 第七節(jié)