延深區(qū)建筑物下壓煤開(kāi)采方案設(shè)計(jì)

延深區(qū)建筑物下壓煤開(kāi)采方案設(shè)計(jì)山東新河礦業(yè)有限公司延深區(qū)建筑物下壓煤開(kāi)采方案設(shè)計(jì)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)山東新河礦業(yè)有限公司二〇一五年一月二十日目錄前言 .7普通民居，磚混結(jié)構(gòu)；內(nèi)有學(xué)校、村委會(huì)、辦公樓其中：二層建筑面積4857普通民居，磚混結(jié)構(gòu)三層建筑面積469普通民居和公司辦公樓永南村36985102247.9普通民居，磚混結(jié)構(gòu)其中：二層建筑面積1629普通民居，磚混結(jié)構(gòu)永西村4463398700.7普通民居，磚混結(jié)構(gòu)其中：二層建筑面積2220普通民居，磚混結(jié)構(gòu)永北村3081596886.2普通民居，磚混結(jié)構(gòu)其中：二層建筑面積1796普通民居，磚混結(jié)構(gòu)東李村1939955462.0普通民居，磚混結(jié)構(gòu)其中：二層建筑面積629普通民居，磚混結(jié)構(gòu)南劉村2788674433.5普通民居，磚混結(jié)構(gòu)其中：二層建筑面積1646普通民居，磚混結(jié)構(gòu)二、建筑物壓煤情況延深區(qū)開(kāi)采3煤層，煤層厚度8.85～8.93m，平均8.89m，賦存標(biāo)高-700～-1350m。區(qū)內(nèi)及鄰區(qū)共有4個(gè)鉆孔穿過(guò)，全部可采，可采性指數(shù)為1，厚度變異系數(shù)8.5%。偶含一層夾矸，厚0～0.41m,夾矸巖性為泥巖，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，屬全區(qū)可采的穩(wěn)定厚煤層。延深區(qū)地表建筑物密集、煤層埋深大，全區(qū)可采儲(chǔ)量基本上均屬于建筑物下壓煤。經(jīng)計(jì)算，延深區(qū)基礎(chǔ)儲(chǔ)量2553.3萬(wàn)t，資源儲(chǔ)量5141.7萬(wàn)t。延深區(qū)建筑物壓煤量統(tǒng)計(jì)如表3-2所示。表3-2延深區(qū)地表建筑物壓煤統(tǒng)計(jì)表村莊名稱(chēng)壓煤量（萬(wàn)t）永東村4173永南村永西村永北村東李村2086南劉村2845第二節(jié)建筑物下壓煤開(kāi)采的必要性山東新河礦業(yè)有限公司其前身為山東省嘉祥縣新挑河煤礦，原隸屬山東省黃崗（集團(tuán)）總公司。2000年11月，黃崗（集團(tuán)）總公司將新挑河煤礦所有權(quán)轉(zhuǎn)讓給山東省魯寧監(jiān)獄，并更名為山東新河煤礦，由山東里能新河礦業(yè)有限公司開(kāi)發(fā)建設(shè)。2008年12月10日轉(zhuǎn)讓給淄博礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，更名為山東新河礦業(yè)有限公司。山東新河礦業(yè)有限公司礦井位于山東唐口煤業(yè)有限公司的淺部，東、南、北三面均與其相鄰。設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力30萬(wàn)t/a，設(shè)計(jì)開(kāi)采3煤層。采用一對(duì)立井、多水平開(kāi)拓方式；礦井通風(fēng)采用中央并列式通風(fēng)方式，副井進(jìn)風(fēng)，主井回風(fēng)。井口標(biāo)高均為+38.8m，井底車(chē)場(chǎng)標(biāo)高-240m，一水平標(biāo)高-400m，之間由兩條暗斜井連接。設(shè)計(jì)采用綜采放頂煤采煤工藝，全部陷落法管理頂板，后退式開(kāi)采。井田范圍擴(kuò)大區(qū)域，設(shè)計(jì)由礦井現(xiàn)-400m生產(chǎn)水平通過(guò)暗斜井延深至-980m水平開(kāi)采。按照總的開(kāi)發(fā)部署，全井田劃分為七個(gè)采區(qū)，目前主采330采區(qū)，只剩下3305、3309和3307工作面，預(yù)計(jì)開(kāi)采時(shí)間為2015年4月～2015年10月?？梢?jiàn)，新河煤業(yè)330采區(qū)的開(kāi)采已經(jīng)接近尾聲，在未來(lái)的幾年內(nèi)唐口煤業(yè)的主要開(kāi)采區(qū)域轉(zhuǎn)到延深區(qū)530、630和730采區(qū)。因此，延深區(qū)是唐口煤業(yè)未來(lái)五年主要開(kāi)采區(qū)域，是實(shí)現(xiàn)礦井生產(chǎn)目標(biāo)的重要保證。由于延深區(qū)的可采儲(chǔ)量基本上都處于建筑物下壓煤狀態(tài)，因此必須對(duì)延深區(qū)建筑物下壓煤開(kāi)采進(jìn)行專(zhuān)題設(shè)計(jì)研究。延深區(qū)地表建筑物眾多，且本區(qū)域距離濟(jì)寧市區(qū)很近，搬遷選址困難，搬遷組織工作復(fù)雜，進(jìn)行建筑物完全搬遷開(kāi)采難度大、周期長(zhǎng)、投入資金量巨大、不能保證礦井生產(chǎn)的正常接續(xù)。搬遷開(kāi)采對(duì)于唐口這樣的生產(chǎn)礦井，實(shí)施難度很大。新河礦業(yè)有限公司自正式投產(chǎn)以來(lái)，各采區(qū)均屬于建筑物下開(kāi)采條件，在實(shí)施建下開(kāi)采工作方面具有豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，并積累了大量建筑物下采煤巖移實(shí)測(cè)資料。而且相鄰的唐口煤礦積累了豐富的建筑物下開(kāi)采的經(jīng)驗(yàn)和觀測(cè)數(shù)據(jù)，為本礦的建筑物下開(kāi)采提供了寶貴的開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)，為延深區(qū)后即工作面的開(kāi)采奠定了良好的基礎(chǔ)。第三節(jié)建筑物下壓煤開(kāi)采的可行性一、建筑物下壓煤開(kāi)采實(shí)踐村莊下壓煤是我國(guó)眾多煤礦普遍面臨的問(wèn)題，華東、華北地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口密集，村下壓煤?jiǎn)栴}更為突出，有的礦區(qū)村下壓煤量超過(guò)可采儲(chǔ)量的一半以上，采區(qū)布置十分困難。目前我國(guó)村下壓煤開(kāi)采的幾個(gè)主要技術(shù)途徑有：（1）維修補(bǔ)償，預(yù)測(cè)煤層開(kāi)采后對(duì)村莊房屋大部分影響破壞等級(jí)在I級(jí)及II級(jí)左右時(shí)，在煤層開(kāi)采后對(duì)村莊房屋按照一定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行維修補(bǔ)償。如山東的新汶、淄博等礦區(qū)開(kāi)展的較好，取得了很好的效果。（2）村下全柱式開(kāi)采，采用長(zhǎng)工作面、雙工作面或階梯狀工作面的全柱式聯(lián)合開(kāi)采的方法，煤層整體快速的推過(guò)村莊，使地面村莊在工作面停采后位于移動(dòng)盆地的中央，但此方法受地質(zhì)開(kāi)采條件、村莊范圍及煤層采厚等因素的制約。（3）協(xié)調(diào)開(kāi)采，包括兩個(gè)煤層或分層之間以及同一煤層內(nèi)各工作面之間的協(xié)調(diào)開(kāi)采，以減少采動(dòng)疊加影響。此方法主要是應(yīng)用在煤層厚度不大、開(kāi)采深度較深的地質(zhì)采礦條件下。（4）間歇開(kāi)采，在開(kāi)采數(shù)個(gè)煤層的情況下，可在第一個(gè)煤層開(kāi)采引起的地表移動(dòng)基本穩(wěn)定后再開(kāi)采第二個(gè)煤層，從而使采動(dòng)影響疊加減少。（5）條帶法開(kāi)采，目前條帶法開(kāi)采在我國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用，已在全國(guó)10多個(gè)省，100多個(gè)條帶工作面進(jìn)行了開(kāi)采，取得了大量的實(shí)際觀測(cè)資料。條帶開(kāi)采法對(duì)于控制地表變形和保護(hù)地面建筑物效果顯著，己成為村莊下采煤的一種十分有效的措施。但對(duì)于淺部煤層開(kāi)采來(lái)說(shuō)，條帶開(kāi)采法存在回采率低、掘進(jìn)率高等缺點(diǎn)。（6）充填開(kāi)采。主要有水力、風(fēng)力、自重和手工充填，充填材料有矸石、河沙、電廠粉煤灰等。井下充填采煤法雖然能有效地控制地表下沉，但存在充填材料成本高、影響生產(chǎn)和需要復(fù)雜的系統(tǒng)裝備等不足。特別是對(duì)于深部礦井充填成本更高。（7）覆巖離層帶注漿充填技術(shù)。是通過(guò)地面鉆孔將注漿材料注入覆巖離層內(nèi)部，阻止地下開(kāi)采空間進(jìn)一步向上轉(zhuǎn)移，從而達(dá)到控制地面塌陷的目的。近年來(lái)在我國(guó)已較少采用。（8）搬遷開(kāi)采。搬遷開(kāi)采是解決村莊和建筑物下壓煤的根本性途徑。但是，對(duì)于城市郊區(qū)村莊和建筑物密集地區(qū)來(lái)說(shuō)，搬遷開(kāi)采面臨巨大的困難。首先是搬遷選址困難，搬遷費(fèi)費(fèi)用巨大，企業(yè)無(wú)力承擔(dān)；其次是搬遷開(kāi)采帶來(lái)一些社會(huì)問(wèn)題，可能導(dǎo)致工農(nóng)關(guān)系緊張和社會(huì)不穩(wěn)定；三是搬遷周期長(zhǎng)，嚴(yán)重的影響礦井生產(chǎn)接續(xù)，難以保證礦井生產(chǎn)計(jì)劃的完成。條帶采煤法是部分開(kāi)采方法的一種，其主要特點(diǎn)是根據(jù)具體要求將待開(kāi)采的煤層依次間隔劃分成采出條帶和保留條帶，利用保留條帶支撐上覆巖層，減少覆巖的移動(dòng)破壞，達(dá)到控制地表沉陷、保護(hù)地面建筑的目的。根據(jù)條帶布置形式或開(kāi)采方法不同，可將條帶采煤法分為走向條帶、傾斜條帶、冒落條帶、充填條帶、定采留比條帶、變采留比條帶等等不同開(kāi)采方法。條帶開(kāi)采是比較成熟的技術(shù)，國(guó)內(nèi)外已有許多成功的經(jīng)驗(yàn)。由于該方法能夠在保護(hù)地表建筑不受采動(dòng)損害的前提下采出相當(dāng)數(shù)量的煤炭資源，解放礦井呆滯煤量，對(duì)于當(dāng)前煤炭企業(yè)面臨的村莊搬遷難、費(fèi)用高等實(shí)際困難，采用條帶開(kāi)采是解決村莊壓煤的一種較為有效的方法。我國(guó)自1960年代后期開(kāi)始，先后在撫順、阜新、蛟河、峰峰、鶴壁、平頂山、棗莊、徐州、新汶、邯鄲、霍州等礦區(qū)進(jìn)行了多項(xiàng)條帶開(kāi)采的試驗(yàn)與實(shí)踐，創(chuàng)造了巨大的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益，取得了一些有益的科研成果。條帶采煤法的設(shè)計(jì)理論和開(kāi)采技術(shù)在我國(guó)已逐步成熟。新河礦業(yè)有限公司在330采區(qū)進(jìn)行了村莊建筑物下開(kāi)采實(shí)踐，布置了多條觀測(cè)線，取得了豐富觀測(cè)資料。再者，與本礦相鄰的唐口煤業(yè)在2006年1月正式投產(chǎn)以來(lái)，先后在130、230、330、430采區(qū)進(jìn)行了村莊建筑物下開(kāi)采實(shí)踐，截至2011年4月，共開(kāi)采了17個(gè)條帶工作面，布置了10多條地表移動(dòng)觀測(cè)線進(jìn)行地表移動(dòng)觀測(cè)，取得了豐富觀測(cè)資料。通過(guò)對(duì)這些觀測(cè)資料分析，取得了建筑物下開(kāi)采地表移動(dòng)實(shí)測(cè)參數(shù)，為后繼建筑物下壓煤開(kāi)采設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。二、相鄰礦井（采區(qū)）開(kāi)采及影響情況唐口煤礦的630采區(qū)與本礦的530采區(qū)相鄰，且相距不到100米，且其6305工作面計(jì)劃開(kāi)始回采，6305工作面長(zhǎng)190米，推進(jìn)長(zhǎng)度約1600米，采厚約9米，采用垮落法開(kāi)采。依據(jù)唐口煤礦所提供的資料，根據(jù)概率積分法計(jì)算，6305工作開(kāi)采后，地表下沉等值線、地表水平變形等值線、地表傾斜變形等值線分別如圖4-91～4-97所示。影響區(qū)域內(nèi)的地表最大下沉達(dá)到1500mm，最大水平壓縮變形達(dá)到5mm/m，最大水平拉伸變形達(dá)到5mm/m，最大傾斜變形達(dá)到6.5mm/m。由以上計(jì)算可以看出，6305采后延深區(qū)地表多數(shù)建筑物的破壞等級(jí)達(dá)到I級(jí)以上，建筑物破壞嚴(yán)重。三、建筑物下壓煤開(kāi)采的技術(shù)條件分析延深區(qū)煤層厚度較大，最大厚度達(dá)約10m，采用綜放技術(shù)開(kāi)采對(duì)地表產(chǎn)生的采動(dòng)影響較大，是影響建筑物下壓煤開(kāi)采的不利條件。地表建筑物眾多，但一般為磚混結(jié)構(gòu)，多為1層，少量2層，極個(gè)別3層，建筑物底部尺寸小于20m。但是，設(shè)計(jì)區(qū)域煤層埋藏深度大，最小采深940m，最大采深達(dá)1200m，平均采深為1000m。根據(jù)設(shè)計(jì)唐口采區(qū)已經(jīng)試采的工作面開(kāi)采后地表移動(dòng)觀測(cè)結(jié)果，當(dāng)開(kāi)采寬度達(dá)到100～120m時(shí)，地表沉降量較小，地表村莊建筑物保護(hù)良好，僅是有特殊結(jié)構(gòu)的商業(yè)房和多層學(xué)校建筑物的采動(dòng)損壞等級(jí)超過(guò)I通過(guò)對(duì)本礦及唐口的地表觀測(cè)資料分析后得到了符合本區(qū)地質(zhì)條件的地表移動(dòng)計(jì)算參數(shù)，有利于根據(jù)地表建筑物的世紀(jì)抗變形能力和煤層實(shí)際厚度調(diào)整未采區(qū)的開(kāi)采參數(shù)。因此，對(duì)延深區(qū)進(jìn)行建筑物下壓煤開(kāi)采是完全可行的。第四章筑物下壓煤開(kāi)采方案的比選第一節(jié)建筑物下壓煤可能的開(kāi)采方案一、延深區(qū)建筑物下壓煤開(kāi)采方案選擇根據(jù)礦井延深區(qū)的地質(zhì)開(kāi)采條件及相鄰唐口煤礦工作面的開(kāi)采實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，新河煤礦延深區(qū)壓煤開(kāi)采的可能開(kāi)采方案有以下三套：（1）搬遷開(kāi)采。對(duì)壓覆煤層的地表建筑物進(jìn)行搬遷，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓煤的全部開(kāi)采。但是搬遷開(kāi)采周期長(zhǎng)，費(fèi)用高，需要協(xié)調(diào)的社會(huì)關(guān)系復(fù)雜，要充分考慮煤層的開(kāi)采效益與村莊搬遷費(fèi)用經(jīng)濟(jì)對(duì)比的合理性，同時(shí)要合理進(jìn)行村莊搬遷選址規(guī)劃等，避免重復(fù)壓煤。（2）充填開(kāi)采。主要是在開(kāi)采過(guò)程中利用充填材料及時(shí)回填開(kāi)采空間，減少上覆巖層的破壞范圍，達(dá)到控制地表沉陷的目的。但是充填開(kāi)采存在充填材料成本高、影響生產(chǎn)和需要復(fù)雜的系統(tǒng)裝備等不足。（3）帶條帶開(kāi)采。對(duì)村莊和建筑物下的壓煤開(kāi)采可以采取條帶法開(kāi)采等技術(shù)方案，其目標(biāo)是把村莊和其它重要建筑物的損壞等級(jí)控制在I級(jí)以內(nèi)，在采后進(jìn)行適當(dāng)維修和給予一定補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)煤層的安全、合理地采出。但不足之處是條帶法開(kāi)采資源回收率較低。條帶為了提高資源回收率，為村莊搬遷贏得時(shí)間，可以采取建筑物壓煤搬遷與村莊搬遷相結(jié)合的方案：一方面首先以不破壞村莊建筑物為條件，進(jìn)行延深區(qū)首采面的設(shè)計(jì)與準(zhǔn)備；同時(shí)抓緊地表村莊的搬遷工作。以保護(hù)式的首采面開(kāi)采為村莊搬遷爭(zhēng)取時(shí)間。首采面之后，若村莊已經(jīng)全部搬遷，則就可以對(duì)壓煤進(jìn)行全部開(kāi)采；否則，若村莊搬遷未能按計(jì)劃完成，則對(duì)壓煤開(kāi)采進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。對(duì)于延深區(qū)建筑物下壓煤開(kāi)采來(lái)說(shuō)，其煤層開(kāi)采深度大，平均達(dá)到1000m，不利于充填材料的輸送。由于礦井是延深開(kāi)采，且計(jì)劃使生產(chǎn)能力達(dá)到120萬(wàn)t/a，礦井的運(yùn)輸系統(tǒng)將滿負(fù)荷作業(yè)，要實(shí)現(xiàn)礦井充填開(kāi)采必須新建礦井運(yùn)輸系統(tǒng)，如新建充填井筒和充填巷道等，必將對(duì)礦井原有生產(chǎn)系統(tǒng)造成巨大的影響，且輸送系統(tǒng)建設(shè)周期長(zhǎng)，不可能短期投入使用。另外，充填開(kāi)采的充填材料也要受到影響。因此，充填開(kāi)采對(duì)于新河煤礦延深區(qū)的開(kāi)采是不合適的，下面進(jìn)行方案比較時(shí)不將充填開(kāi)采的開(kāi)采方式。綜合考慮新河煤礦延深區(qū)的地質(zhì)條件、現(xiàn)有開(kāi)采技術(shù)條件以及地表建筑物條件等實(shí)際情況，本報(bào)告主要針對(duì)搬遷開(kāi)采、條帶開(kāi)采及壓煤安全開(kāi)采條帶開(kāi)采與搬遷開(kāi)采相結(jié)合的方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比。條帶開(kāi)采二、延深區(qū)建筑物下壓煤開(kāi)采方案設(shè)計(jì)1、第一套方案，村莊搬遷全部開(kāi)采的工作面參數(shù)設(shè)計(jì)考慮相鄰唐口煤礦開(kāi)采對(duì)延深區(qū)地表的影響，地表變形已經(jīng)超過(guò)了二級(jí)；結(jié)合集團(tuán)公司對(duì)延深區(qū)地質(zhì)報(bào)告的批復(fù)，可以采用全部搬遷的方案，即對(duì)延深區(qū)地表村莊全部搬遷后開(kāi)采煤炭資源。在這種情況下，5采區(qū)、6采區(qū)和7采區(qū)的資源價(jià)格全部開(kāi)采。5采區(qū)布設(shè)3個(gè)工作面，分別為5301、5302、5303工作面。工作面參數(shù)見(jiàn)表4-1所示，工作面布置如圖4-1所示。圖4-1采區(qū)工作面布置圖表4-1采區(qū)工作面參數(shù)表工作面工作面長(zhǎng)度（m）推進(jìn)長(zhǎng)度（m）面積（104m2）可采儲(chǔ)量（萬(wàn)t）5301110115312.68159.1053021107117.8298.1153031105686.2578.386采區(qū)布設(shè)5個(gè)工作面，6301、6302、6303、6304工作面長(zhǎng)度均為110m，6305工作面長(zhǎng)度為100m。工作面參數(shù)如表4-2，工作面布置如圖4-2。圖4-2采區(qū)工作面布置圖表4-2采區(qū)工作面參數(shù)表工作面工作面長(zhǎng)度（m）推進(jìn)長(zhǎng)度（m）面積（104m2）可采儲(chǔ)量（萬(wàn)t）63011105826.5381.1063021107888.84109.81630311097410.93135.736304110108412.16151.066305100119012.14150.757采區(qū)布設(shè)7個(gè)工作面，其中7301工作面長(zhǎng)度為140m，7302工作面長(zhǎng)度均為120m，7303、7304、7305、7306工作面長(zhǎng)度均為140m，7307工作面長(zhǎng)度為110m。工作面參數(shù)如表4-3，工作面布置如圖4-3。表4-3采區(qū)工作面參數(shù)表工作面工作面長(zhǎng)度（m）推進(jìn)長(zhǎng)度（m）面積（104m2）可采儲(chǔ)量（萬(wàn)t）730114065110.21126.7873021204175.6069.61730314078212.26152.297304140113817.84221.62730514089614.05174.49730614070010.98136.3273071107609.36116.29圖4-3采區(qū)工作面布置圖2、第二套方案：條帶開(kāi)采的工作面參數(shù)設(shè)計(jì)為保護(hù)地表村莊及建筑物，可以采取在建筑物下條帶開(kāi)采的方案。（1）方案2-1在延深區(qū)布置3個(gè)采區(qū)。其中5采區(qū)布設(shè)2個(gè)工作面，分別為5301、5302工作面。工作面參數(shù)見(jiàn)表4-4所示，工作面布置如圖4-4所示。表4-4采區(qū)工作面參數(shù)表工作面工作面長(zhǎng)度（m）推進(jìn)長(zhǎng)度（m）面積（104m2）可采儲(chǔ)量（萬(wàn)t）5301120115413.85173.71煤柱1605302805684.5457.00圖4-4采區(qū)工作面布置圖6采區(qū)布設(shè)3個(gè)工作面，6301、6302、6303工作面長(zhǎng)度均為100m。工作面參數(shù)如表4-5，工作面布置如圖4-5。表4-5采區(qū)工作面參數(shù)表工作面工作面長(zhǎng)度（m）推進(jìn)長(zhǎng)度（m）面積（104m2）可采儲(chǔ)量（萬(wàn)t）63011005825.8273.73煤柱15063021009739.73123.26煤柱1506303100108510.85137.45圖4-5采區(qū)工作面布置圖7采區(qū)布設(shè)7個(gè)工作面，其中7301工作面長(zhǎng)度為110m，7302、7303、7304、7305、7306、工作面長(zhǎng)度均為85m，7307工作面長(zhǎng)度為110m。其中工作面7302、7303、7304、7305、7306采用條帶開(kāi)采。工作面參數(shù)如表4-6，工作面布置如圖4-6。表4-6采區(qū)工作面參數(shù)表工作面工作面長(zhǎng)度（m）推進(jìn)長(zhǎng)度（m）面積（104m2）可采儲(chǔ)量（萬(wàn)t）73011106518.0299.617302854173.9649.31煤柱127.57303858888.46105.00730485113810.83134.56煤柱1027305859058.59107.01煤柱1537306855945.6670.2373071107609.36116.29圖4-6采區(qū)工作面布置圖（2）方案2-2在延深區(qū)布置3個(gè)采區(qū)。其中5采區(qū)布設(shè)2個(gè)工作面，分別為5301、5302工作面。工作面參數(shù)見(jiàn)表4-7所示，工作面布置如圖4-7所示。表4-7采區(qū)工作面參數(shù)表工作面工作面長(zhǎng)度（m）推進(jìn)長(zhǎng)度（m）面積（104m2）可采儲(chǔ)量（萬(wàn)t）5301100115411.54144.76煤柱15053021005815.8172.88圖4-7采區(qū)工作面布置圖6采區(qū)布設(shè)3個(gè)工作面，其中6301、6302、6303工作面長(zhǎng)度均為100m。工作面參數(shù)如表4-8，工作面布置如圖4-8。表4-8采區(qū)工作面參數(shù)表工作面工作面長(zhǎng)度（m）推進(jìn)長(zhǎng)度（m）面積（104m2）可采儲(chǔ)量（萬(wàn)t）63011005825.8273.73煤柱15063021009739.73123.26煤柱1506303100108510.85137.45圖4-8采區(qū)工作面布置圖7采區(qū)布設(shè)7個(gè)工作面，其中7301工作面長(zhǎng)度為110m，7302、7303、7304、7305、7306、工作面長(zhǎng)度均為85m，7307工作面長(zhǎng)度為110m。其中工作面7302、7303、7304、7305、7306采用條帶開(kāi)采。工作面參數(shù)如表4-9，工作面布置如圖4-9。表4-9采區(qū)工作面參數(shù)表工作面工作面長(zhǎng)度（m）推進(jìn)長(zhǎng)度（m）面積（104m2）可采儲(chǔ)量（萬(wàn)t）73011106518.0299.617302854173.9649.31煤柱127.57303858888.46105.00730485113810.83134.56煤柱1027305859058.59107.01煤柱1537306855945.6670.2373071107609.36116.29圖4-9采區(qū)工作面布置圖（3）方案2-3在延深區(qū)布置3個(gè)采區(qū)。其中5采區(qū)分為2個(gè)工作面，分別為5301、5302工作面。工作面參數(shù)見(jiàn)表4-10所示，工作面布置如圖4-10所示。表4-10采區(qū)工作面參數(shù)表工作面工作面長(zhǎng)度（m）推進(jìn)長(zhǎng)度（m）面積（104m2）可采儲(chǔ)量（萬(wàn)t）5301100115411.54144.76煤柱15053021005815.8172.88圖4-10采區(qū)工作面布置圖6采區(qū)布設(shè)3個(gè)工作面，其中6301、6302、6303工作面長(zhǎng)度均為90m。工作面參數(shù)如表4-11，工作面布置如圖4-11。表4-11采區(qū)工作面參數(shù)表工作面工作面長(zhǎng)度（m）推進(jìn)長(zhǎng)度（m）面積（104m2）可采儲(chǔ)量（萬(wàn)t）6301905825.2466.36煤柱1356302909518.56108.43煤柱135630390115910.43132.14圖4-11采區(qū)工作面布置圖7采區(qū)布設(shè)7個(gè)工作面，其中7301工作面長(zhǎng)度為110m，7302、7303、7304、7305、7306、工作面長(zhǎng)度均為85m，7307工作面長(zhǎng)度為111m。其中工作面7302、7303、7304、7305、7306采用條帶開(kāi)采。工作面參數(shù)如表4-12，工作面布置如圖4-12。表4-12采區(qū)工作面參數(shù)表工作面工作面長(zhǎng)度（m）推進(jìn)長(zhǎng)度（m）面積（104m2）可采儲(chǔ)量（萬(wàn)t）730111064010.28127.687302854173.9649.31煤柱127.57303858888.46105.00730485113810.83134.56煤柱1027305859058.59107.01煤柱1537306855945.6670.2373071117609.45117.35圖4-12采區(qū)工作面布置圖（4）方案2-4在延深區(qū)布置3個(gè)采區(qū)，其中5采區(qū)分為2個(gè)工作面，分別為5301、5302工作面。工作面參數(shù)見(jiàn)表4-13所示，工作面布置如圖4-13所示。表4-13采區(qū)工作面參數(shù)表工作面工作面長(zhǎng)度（m）推進(jìn)長(zhǎng)度（m）面積（104m2）可采儲(chǔ)量（萬(wàn)t）530190115410.49130.28煤柱1705302905685.1664.13圖4-13采區(qū)工作面布置圖6采區(qū)布設(shè)3個(gè)工作面，其中6301、6302、6303工作面長(zhǎng)度均為80m。工作面參數(shù)如表4-14，工作面布置如圖4-14。表4-14采區(qū)工作面參數(shù)表工作面工作面長(zhǎng)度（m）推進(jìn)長(zhǎng)度（m）面積（104m2）可采儲(chǔ)量（萬(wàn)t）6301909118.36103.87煤柱11363029010239.39116.64煤柱7963039010859.96123.71圖4-14采區(qū)工作面布置圖7采區(qū)布設(shè)7個(gè)工作面，其中7301工作面長(zhǎng)度為70m，7302工作面長(zhǎng)度為65m，7303、7304、7305、7306、工作面長(zhǎng)度均為85m，7307工作面長(zhǎng)度為110m。其中工作面7302、7303、7304、7305、7306采用條帶開(kāi)采。工作面參數(shù)如表4-15，工作面布置如圖4-15。表4-15采區(qū)工作面參數(shù)表工作面工作面長(zhǎng)度（m）推進(jìn)長(zhǎng)度（m）面積（104m2）可采儲(chǔ)量（萬(wàn)t）7301706515.1063.397302653982.9035.99煤柱127.57303858888.46105.00730485113810.83134.56煤柱1027305859058.59107.01煤柱1537306855945.6670.2373071107609.36116.29圖4-15采區(qū)工作面布置圖（5）方案2-5在延深區(qū)布置3個(gè)采區(qū)。其中5采區(qū)分為2個(gè)工作面，分別為5301、5302工作面。工作面參數(shù)見(jiàn)表4-16所示，工作面布置如圖4-16所示。表4-16采區(qū)工作面參數(shù)表工作面工作面長(zhǎng)度（m）推進(jìn)長(zhǎng)度（m）面積（104m2）可采儲(chǔ)量（萬(wàn)t）53018011549.32115.81煤柱1905302805684.5957.00圖4-16采區(qū)工作面布置圖6采區(qū)布設(shè)3個(gè)工作面6301、6302、6303工作面長(zhǎng)度均為80m。工作面參數(shù)如表4-17，工作面布置如圖4-17。表4-177采區(qū)工作面參數(shù)表工作面工作面長(zhǎng)度（m）推進(jìn)長(zhǎng)度（m）面積（104m2）可采儲(chǔ)量（萬(wàn)t）6301809117.4392.33煤柱12363028010238.35103.68煤柱8963038010858.85109.96圖4-17采區(qū)工作面布置圖7采區(qū)布設(shè)7個(gè)工作面，其中7301工作面長(zhǎng)度為70m，7302工作面長(zhǎng)度為65m，7303、7304、7305、7306、工作面長(zhǎng)度均為85m，7307工作面長(zhǎng)度為110m。其中工作面7302、7303、7304、7305、7306采用條帶開(kāi)采。工作面參數(shù)如表4-18，工作面布置如圖4-18。表4-18采區(qū)工作面參數(shù)表工作面工作面長(zhǎng)度（m）推進(jìn)長(zhǎng)度（m）面積（104m2）可采儲(chǔ)量（萬(wàn)t）7301706515.1063.397302653982.9035.99煤柱127.57303858888.46105.00730485113810.83134.56煤柱1027305859058.59107.01煤柱1537306855945.6670.2373071107609.36116.29圖4-18采區(qū)工作面布置圖3、第三套方案：建筑物保護(hù)與搬遷相結(jié)合的工作面參數(shù)設(shè)計(jì)采取建筑物壓煤條帶式開(kāi)采方案，雖然保護(hù)了地表村莊和建筑物，但大量的煤炭資源被壓覆井下，造成資源的浪費(fèi)，且影響礦井的服務(wù)年限。而采取村莊搬遷開(kāi)采全部煤炭，需要花費(fèi)大量的人力、物力來(lái)搬遷村莊，且需要較長(zhǎng)的搬遷時(shí)間，但可以建有限的資源開(kāi)采出來(lái)。根據(jù)新河煤礦延深區(qū)的采掘?qū)嶋H，可以采取構(gòu)建筑物保護(hù)式開(kāi)采與搬遷相結(jié)合的模式。即首先在確保地表村莊和建筑物破壞程度控制在Ⅰ級(jí)范圍內(nèi)的前提下布置首采工作面，同時(shí)積極推動(dòng)地表村莊搬遷。若村莊搬遷能順利按計(jì)劃開(kāi)展，這對(duì)村莊壓煤進(jìn)行全部正規(guī)開(kāi)采；否則，若村莊搬遷無(wú)法按計(jì)劃實(shí)施，再對(duì)村莊壓煤開(kāi)采進(jìn)行優(yōu)化開(kāi)采。（1）方案3-1在延深區(qū)內(nèi)針對(duì)530采區(qū)、630采區(qū)和730采區(qū)的首采面進(jìn)行設(shè)計(jì)。5301工作面布置為120米，6301工作面布置為100米，7301工作面布置為120米。延深工作面參數(shù)如表4-19，工作面布置如圖4-19.表4-19延深區(qū)工作面參數(shù)表工作面工作面長(zhǎng)度（m）推進(jìn)長(zhǎng)度（m）面積（104m2）可采儲(chǔ)量（萬(wàn)t）5301120115313.97173.5663011006056.1776.6473011206669.03112.16圖4-19延深區(qū)工作面布置圖（2）方案3-2在延深區(qū)內(nèi)針對(duì)530采區(qū)、630采區(qū)和730采區(qū)的首采面進(jìn)行設(shè)計(jì)。5301工作面布置為100米，6301工作面布置為100米，7301工作面布置為120米。延深區(qū)工作面參數(shù)如表4-20，工作面布置如圖4-20表4-20延深區(qū)工作面參數(shù)表工作面工作面長(zhǎng)度（m）推進(jìn)長(zhǎng)度（m）面積（104m2）可采儲(chǔ)量（萬(wàn)t）5301100115311.65144.6363011006056.1776.6473011206669.03112.16圖4-20延深區(qū)工作面布置圖（3）方案3-3在延深區(qū)內(nèi)針對(duì)530采區(qū)、630采區(qū)和730采區(qū)的首采面進(jìn)行設(shè)計(jì)。5301工作面布置為100米，6301工作面布置為90米，7301工作面布置為120米。延深區(qū)工作面參數(shù)如表4-21，工作面布置如圖4-21表4-21延深區(qū)工作面參數(shù)表工作面工作面長(zhǎng)度（m）推進(jìn)長(zhǎng)度（m）面積（104m2）可采儲(chǔ)量（萬(wàn)t）5301100115311.65144.636301906055.5568.9873011206669.03112.16圖4-21延深區(qū)工作面布置圖第二節(jié)地表移動(dòng)變形預(yù)計(jì)一、延深區(qū)地表變形預(yù)計(jì)方法選擇1985年8月，我國(guó)頒發(fā)了《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)程》。該規(guī)程于2000年6月進(jìn)行了修訂。其中將以隨機(jī)介質(zhì)理論為基礎(chǔ)的概率積分法作為開(kāi)采沉陷的主要預(yù)計(jì)方法，并給出了全國(guó)各礦區(qū)的地表移動(dòng)概率積分法參數(shù)，概率積分法已經(jīng)成為我國(guó)煤礦中應(yīng)用最廣泛的開(kāi)采沉陷預(yù)計(jì)方法之一。本次預(yù)測(cè)中所使用的理論模型為概率積分法。1、地表變形預(yù)計(jì)的依據(jù)為了保證延深區(qū)地表移動(dòng)變形預(yù)計(jì)的效果，合理評(píng)估開(kāi)采可能造成的地表移動(dòng)變形狀況，必須要正確選擇預(yù)計(jì)參數(shù)。本研究為確定預(yù)計(jì)參數(shù)，參考利用的主要資料和圖紙有：（1）國(guó)家煤炭局2000年頒布的《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)程》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)程》）；（2）山東里能新河礦業(yè)有限公司，新河煤礦建井地質(zhì)報(bào)告《新河礦業(yè)公司-980m水平延深地質(zhì)說(shuō)明書(shū)》；（3）山東新河礦業(yè)有限公司礦區(qū)地形圖（1：2000）；（4）山東新河礦業(yè)有限公司延深區(qū)采掘工程平面圖（1：2000）；（5）山東新河礦業(yè)有限公司延深區(qū)采區(qū)地質(zhì)地層綜合柱狀圖（1：500）；（6）山東新河礦業(yè)有限公司，1301、3301工作面地表巖移觀測(cè)技術(shù)報(bào)告；（7）山東唐口煤礦130采區(qū)、230采區(qū)、330采區(qū)、430采區(qū)和530采區(qū)地表巖移觀測(cè)技術(shù)報(bào)告。2、概率積分法基本原理概率積分法就是根據(jù)隨機(jī)介質(zhì)理論，把開(kāi)采引起的地表移動(dòng)看作隨機(jī)事件，用概率積分（或其導(dǎo)數(shù)）來(lái)表示微小單元開(kāi)采引起地表移動(dòng)和變形的預(yù)計(jì)公式（影響函數(shù)），從而用疊加原理計(jì)算出整個(gè)開(kāi)采引起的地表移動(dòng)和變形。由于概率積分法具有一定的理論基礎(chǔ)，預(yù)計(jì)參數(shù)通過(guò)實(shí)測(cè)資料求得，且對(duì)一個(gè)礦區(qū)參數(shù)相對(duì)穩(wěn)定，參數(shù)變化遵循一定的規(guī)律。同時(shí)概率積分法可適用于任意形狀工作面、地表任意點(diǎn)的移動(dòng)和變形預(yù)計(jì)，使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)，預(yù)計(jì)精度高，因此在我國(guó)得到了廣泛應(yīng)用，成為我國(guó)當(dāng)前主導(dǎo)的預(yù)計(jì)方法。概率積分法是以正態(tài)分布函數(shù)為影響函數(shù)用積分式表示巖層與地表下沉盆地的方法，適用于常規(guī)的巖層與地表移動(dòng)與變形計(jì)算。作為隨機(jī)介質(zhì)的顆粒體介質(zhì)，若格子的尺寸非常小，則這個(gè)直方圖就趨近于一條光滑的正態(tài)分布概率密度曲線，在研究其移動(dòng)規(guī)律時(shí)可抽象為圖4-22所示的理論模型。圖4-22作為隨機(jī)介質(zhì)理論的顆粒體介質(zhì)的理論模型用數(shù)學(xué)歸納法可以求得圖4-22中任意（x，z）方格內(nèi)散體移動(dòng)的概率為：（4-1）式中：為影響半徑；x，k；為方格形的坐標(biāo)值。若單元開(kāi)采時(shí)的下沉值為，則：（4-2）對(duì)于地表來(lái)說(shuō)，z為常數(shù)，等于開(kāi)采深度H，則為常數(shù)，令（r為主要影響半徑），則：（4-3）隨機(jī)介質(zhì)理論模型的地表單元下沉盆地及單元水平移動(dòng)曲線圖，如圖4-23。圖4-23地表單元下沉盆地及單元水平移動(dòng)曲線（1）水平煤層半無(wú)限開(kāi)采時(shí)的地表移動(dòng)和變形的預(yù)計(jì)公式在平面問(wèn)題中，所謂半無(wú)限開(kāi)采就是指開(kāi)采的長(zhǎng)度為半無(wú)限的。雖然這種情況在煤炭開(kāi)采的實(shí)際工作中不會(huì)出現(xiàn)，但適合用于超充分開(kāi)采的地表移動(dòng)和變形預(yù)計(jì)，其曲線圖如圖4-24所示，它也是討論任意開(kāi)采條件下，地表移動(dòng)與變形的基礎(chǔ)。其預(yù)計(jì)公式為：（4-4）圖4-24半無(wú)限開(kāi)采時(shí)地表的下沉和水平移動(dòng)其中：為最大下沉值，為煤層開(kāi)采的厚度，為下沉系數(shù)，為煤層傾角，為主要影響半徑。原點(diǎn)設(shè)在開(kāi)采邊界點(diǎn)（考慮拐點(diǎn)平移距后）的正上方，地表水平線為軸，指向采空區(qū)方向?yàn)檎橹饕绊懡钦?，為開(kāi)采深度，為水平移動(dòng)系數(shù)。（2）有限開(kāi)采時(shí)地表移動(dòng)和變形值的預(yù)計(jì)公式根據(jù)疊加原理，有限開(kāi)采時(shí)的下沉盆地可看成為兩個(gè)半無(wú)限開(kāi)采下沉盆地的幾何疊加。因此，任一斷面上的地表移動(dòng)和變形值的計(jì)算公式都可以表示為兩個(gè)半無(wú)限開(kāi)采的下沉盆地的地表移動(dòng)值或變形值之間的幾何疊加。①走向主斷面上移動(dòng)與變形值的計(jì)算。其移動(dòng)和變形值的曲線圖，如圖4-25所示：圖4-25有限開(kāi)采時(shí)地表走向主斷面的移動(dòng)和變形計(jì)算當(dāng)煤層沿傾斜方向已達(dá)到充分開(kāi)采時(shí)，沿走向方向沒(méi)有達(dá)到充分采動(dòng)，這種情況稱(chēng)為走向有限開(kāi)采。則其引起走向主斷面上地表移動(dòng)與變形值的計(jì)算公式為：（4-5）式中：為走向有限開(kāi)采時(shí)的計(jì)算長(zhǎng)；，為拐點(diǎn)偏距。②傾向主斷面上移動(dòng)與變形值的計(jì)算。其移動(dòng)和變形值的曲線圖，如圖4-26所示。圖4-26有限開(kāi)采時(shí)地表傾向主斷面的移動(dòng)和變形計(jì)算當(dāng)煤層沿走向方向達(dá)到充分采動(dòng)時(shí)，傾斜方向有限開(kāi)采時(shí)沿傾向主斷面上地表移動(dòng)和變形值的計(jì)算公式為：（4-6）式中：，為工作面的傾向斜長(zhǎng)；為下山方向的拐點(diǎn)偏距，為上山方向的拐點(diǎn)偏距，為開(kāi)采影響傳播角，，為小于1的常數(shù)，一般取值在之間，一般認(rèn)為與煤層傾角有關(guān)，與最大下沉角相近。（3）任意點(diǎn)移動(dòng)變形預(yù)計(jì)公式在二維的情況下，若開(kāi)采單元的橫坐標(biāo)為，地表任意點(diǎn)A的橫坐標(biāo)為，則此單元開(kāi)采引起的A點(diǎn)的下沉為：（4-7）據(jù)此，可以將A點(diǎn)的下沉用如圖4-27的三維示來(lái)表征。圖4-27三維坐標(biāo)系下的地層投影若煤層是水平的，煤層坐標(biāo)系t、o1、s和地面坐標(biāo)系x、o、y的水平投影重合，則單元B（s，t）的開(kāi)采引起地表任意點(diǎn)A（x，y）的下沉為：（4-8）若煤層頂板的下沉量為，則在整個(gè)開(kāi)采中引起A點(diǎn)的下沉值為：（4-9）結(jié)合半無(wú)限開(kāi)采和有限開(kāi)采的預(yù)計(jì)公式，考慮情況為水平煤層，其中：用表示；用表示；其他同理。則式（3-8）可以簡(jiǎn)化為：（4-10）其中：為傾斜方向充分采動(dòng)時(shí)走向主斷面上橫坐標(biāo)為x的點(diǎn)的下沉值；為走向方向充分采動(dòng)時(shí)傾向主斷面上橫坐標(biāo)為y的點(diǎn)的下沉值。即：地表任意點(diǎn)的下沉（4-11）式中，與為主斷面的下沉分布系數(shù)。②地表任意點(diǎn)的傾斜在任意點(diǎn)(x，y)且與x坐標(biāo)軸相交成角的任意方向上，地表的傾斜為：（4-12）③地表任意點(diǎn)的曲率過(guò)任意點(diǎn)沿任意方向的傾斜為：（4-13）其中，④地表任意點(diǎn)的水平移動(dòng)過(guò)任意點(diǎn)沿任意方向的水平移動(dòng)為：（4-14）⑤地表任意點(diǎn)的水平變形過(guò)任意點(diǎn)沿任意方向的水平變形為：（4-15）其中，3、地表移動(dòng)和變形最大值及其位置最大下沉值：Wcm=mqcosα單位：mm，位置：最大傾斜值：?jiǎn)挝唬簃m/m，位置：最大曲率值：?jiǎn)挝唬?0-3mm/m，位置：最大水平移動(dòng)值：?jiǎn)挝唬簃m，位置：最大水平變形值：?jiǎn)挝唬簃m/m，位置：二、延深區(qū)地表變形預(yù)計(jì)參數(shù)選擇地表移動(dòng)計(jì)算參數(shù)與上覆巖層巖性、地質(zhì)、開(kāi)采技術(shù)條件有關(guān)。一般需要根據(jù)地表移動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)利用一定的地表移動(dòng)參數(shù)擬合程序確定。在無(wú)實(shí)測(cè)資料的情況下，可根據(jù)相似地質(zhì)采礦條件進(jìn)行類(lèi)比確定。根據(jù)山東新河礦業(yè)有限公司，1301、3301工作面地表巖移觀測(cè)技術(shù)報(bào)告及山東唐口煤礦130采區(qū)、230采區(qū)、330采區(qū)、430采區(qū)和530采區(qū)地表巖移觀測(cè)技術(shù)報(bào)告綜合分析得出：（1）在對(duì)延深區(qū)進(jìn)行條帶開(kāi)采首采工作面5301、6301和7301，選取如下參數(shù)：下沉系數(shù)：q=0.25～0.44水平移動(dòng)系數(shù)：b=0.23～0.28主要影響角正切：tgβ=2.25～2.45開(kāi)采影響傳播角：θ=90°-0.5（為煤層傾角）拐點(diǎn)偏移距：S=0（2）在對(duì)延深區(qū)進(jìn)行條帶開(kāi)采按小工作面進(jìn)行地表移動(dòng)變形計(jì)算時(shí)，選取如下參數(shù)：下沉系數(shù)：q=0.44水平移動(dòng)系數(shù)：b=0.35主要影響角正切：tgβ=2.25開(kāi)采影響傳播角：θ=90°-0.5（為煤層傾角）拐點(diǎn)偏移距：S=0（3）對(duì)延深區(qū)按長(zhǎng)壁工作面全部垮落法開(kāi)采時(shí)地表移動(dòng)計(jì)算參數(shù)為；下沉系數(shù)：q=0.80水平移動(dòng)系數(shù)：b=0.35主要影響角正切：tgβ=2.25開(kāi)采影響傳播角：θ=90°-0.5（為煤層傾角）拐點(diǎn)偏移距：S=0三、條帶開(kāi)采技術(shù)下延深區(qū)地表變形預(yù)計(jì)本節(jié)盡量采用工作面的最大允許開(kāi)采寬度，以提高開(kāi)采效率；盡量減小條帶煤柱的留設(shè)寬度，以提高煤炭資源回收率；盡量不采取限厚開(kāi)采，減小工作面煤炭資源損失；開(kāi)采后有效保護(hù)地表建筑物，使地表建筑物（含村莊建筑物、學(xué)校、多層住宅、商業(yè)房等）的采動(dòng)損壞等級(jí)控制在I級(jí)范圍之內(nèi)。1、村莊搬遷全部開(kāi)采條件下延深區(qū)地表變形預(yù)計(jì)（1）唐口6305工作面開(kāi)采造成的延深區(qū)地表變形預(yù)計(jì)經(jīng)與唐口煤礦交流發(fā)現(xiàn)，唐口煤礦的630采區(qū)與本礦的530采區(qū)相鄰，如圖4-28所示，且相距不到100米，且其6305工作面計(jì)劃開(kāi)始回采，6305工作面長(zhǎng)190米，推進(jìn)長(zhǎng)度約1600米，采厚約9米，采用垮落法開(kāi)采。依據(jù)唐口煤礦所提供的資料，根據(jù)概率積分法計(jì)算，6305工作開(kāi)采后，地表下沉等值線、地表水平變形等值線、地表傾斜變形等值線分別如圖4-29～4-35所示。影響區(qū)域內(nèi)的地表最大下沉達(dá)到1500mm，最大水平壓縮變形達(dá)到5mm/m，最大水平拉伸變形達(dá)到5mm/m，最大傾斜變形達(dá)到6.5mm/m。由以上計(jì)算可以看出，6305采后延深區(qū)地表多數(shù)建筑物的破壞等級(jí)達(dá)到I級(jí)以上，建筑物破壞嚴(yán)重。圖4-28延深區(qū)與唐口煤礦630采區(qū)關(guān)系圖圖4-29唐口6305工作面開(kāi)采后延伸區(qū)地表下沉等值線圖圖4-30唐口6305工作面開(kāi)采后延伸區(qū)地表傾斜等值線圖（東西）圖4-31唐口6305工作面開(kāi)采后延伸區(qū)地表傾斜等值線圖（東西）圖4-32唐口6305工作面開(kāi)采后延伸區(qū)地表曲率等值線圖（東西）圖4-33唐口6305工作面開(kāi)采后延伸區(qū)地表曲率等值線圖（南北）圖4-34唐口6305工作面開(kāi)采后延伸區(qū)地表水平變形等值線圖（東西）圖4-35唐口6305工作面開(kāi)采后延伸區(qū)地表水平變形等值線圖（南北）（2）搬遷后全部開(kāi)采條件下延深區(qū)地表變形預(yù)計(jì)綜合唐口煤礦6305工作面開(kāi)采的影響，擬對(duì)延深區(qū)進(jìn)行村莊搬遷對(duì)延深區(qū)現(xiàn)有村莊及其它建筑物進(jìn)行搬遷后，就可以對(duì)壓煤區(qū)煤層進(jìn)行長(zhǎng)壁全部垮落法開(kāi)采，不必留設(shè)條帶煤柱控制上覆巖層移動(dòng)，煤層可進(jìn)行綜采放頂煤開(kāi)采。確定延深區(qū)搬遷開(kāi)采技術(shù)方案的主要原則是：盡量采用工作面的最大允許開(kāi)采寬度，以提高開(kāi)采效率；盡量不采取限厚開(kāi)采，減小工作面煤炭資源損失；不考慮地表建筑物的保護(hù)問(wèn)題。根據(jù)延深區(qū)的地質(zhì)采礦條件，延深區(qū)采用搬遷開(kāi)采時(shí)長(zhǎng)壁工作面的布置如圖4-36所示，工作面布置參數(shù)如表4-1，表4-1和表4-3。根據(jù)概率積分法計(jì)算，延深區(qū)按搬遷開(kāi)采方案進(jìn)行開(kāi)采后，影響區(qū)域內(nèi)的地表下沉、地表傾斜變形、地表水平變形最大值如表4-22所示，地表下沉等值線、地表水平變形等值線、地表傾斜變形等值線分別如圖4-37～4-96所示。表4-22延深區(qū)搬遷開(kāi)采后地表變形的最大值預(yù)計(jì)下沉（mm）傾斜變形（mm/m）（mm）曲率（mm/m2）水平變形（mm/m）南北方向東西方向南北方向東西方向南北方向東西方向5038-12.96，9.97-10.61，10.11-0.077，0.043-0.058，0.049-11.69，7.03-10.55，9通過(guò)計(jì)算，延深區(qū)采用長(zhǎng)壁全部垮落法開(kāi)采后，地表最大下沉達(dá)到5038mm，最大水平壓縮變形達(dá)到11.69mm/m，最大水平拉伸變形達(dá)到9mm/m，最大傾斜變形達(dá)到12.96mm/m，最大曲率變形達(dá)到0.077×10-3/m。由以上計(jì)算可以看出，延深區(qū)采用長(zhǎng)壁全部垮落法開(kāi)采后，地表多數(shù)建筑物的破壞等級(jí)達(dá)到III級(jí)以上，建筑物破壞嚴(yán)重。同時(shí)，地表農(nóng)田耕作也受到影響，需要根據(jù)塌陷情況按照相關(guān)規(guī)定給予補(bǔ)償。圖4-36延深采區(qū)搬遷開(kāi)采工作面布置圖圖4-37搬遷開(kāi)采后的地表下沉等值線圖圖4-38搬遷開(kāi)采后的地表傾斜等值線圖（東西）圖4-39搬遷開(kāi)采后的地表傾斜等值線圖（南北）圖4-40搬遷開(kāi)采后的地表曲率等值線圖（東西）圖4-41搬遷開(kāi)采后的地表曲率等值線圖（南北）圖4-42搬遷開(kāi)采后的地表水平變形等值線圖（東西）圖4-43搬遷開(kāi)采后的地表水平變形等值線圖（南北）2、條帶開(kāi)采條件下延深區(qū)地表變形預(yù)計(jì)對(duì)延深區(qū)煤炭資源，按照條帶開(kāi)采方式，設(shè)計(jì)了5個(gè)工作面布置方案。針對(duì)每個(gè)方案進(jìn)行地表變形預(yù)計(jì)。（1）方案2-1開(kāi)采后的地表變形預(yù)計(jì)在該方案中，工作面相關(guān)參數(shù)如表4-4，表4-5和表4-6。其中首采面5301工作面布置采寬120m，工作面長(zhǎng)度為1108m，開(kāi)采厚度為9.0m。首先對(duì)首采面開(kāi)采后的地表變形進(jìn)行預(yù)計(jì)。5301工作面開(kāi)采后地表變形預(yù)計(jì)如圖4-44—圖4-50，工作面開(kāi)采后地表變形的最大值預(yù)計(jì)如表4-23。表4-235301工作面開(kāi)采后地表變形的最大值預(yù)計(jì)下沉（mm）傾斜變形（mm/m）（mm）曲率（mm/m2）水平變形（mm/m）南北方向東西方向南北方向東西方向南北方向東西方向1041-3.21，3.21-2.52，2.49-0.027，0.013-0.013，0.009-2.78，1.4-1.4，1.03分析計(jì)算結(jié)果可以看出，5301工作面開(kāi)采后，上覆地表的最大下沉值為1041mm；地表拉伸變形最大值為1.4mm/m，地表壓縮變形最大值為2.78mm/m，地表傾斜最大值為3.21mm/m。地表傾斜和地表水平變形的地表最大變形值均大于一般磚混結(jié)構(gòu)平房的臨界變形值，對(duì)各類(lèi)建筑物的采動(dòng)損害影響超過(guò)了I級(jí)保護(hù)范圍，會(huì)影響地面各類(lèi)建（構(gòu)）筑物的正常使用。顯然，從保護(hù)地表村莊及構(gòu)建筑物安全的角度，首采面5301按120米的采寬來(lái)布設(shè)是不可行的。因此，按方案2-1來(lái)布設(shè)工作面是不可行的。圖4-445301開(kāi)采后的地表下沉等值線圖圖4-455301開(kāi)采后的地表傾斜等值線圖（東西方向）圖4-465301開(kāi)采后的地表傾斜等值線圖（南北方向）圖4-475301開(kāi)采后的地表曲率等值線圖（東西方向）圖4-485301開(kāi)采后的地表曲率等值線圖（南北方向）圖4-495301開(kāi)采后的地表水平變形等值線圖（東西方向）圖4-505301開(kāi)采后的地表水平變形等值線圖（南北方向）（2）方案2-2開(kāi)采后的地表變形預(yù)計(jì)在該方案中，工作面布置參數(shù)如表4-7，表4-8和表4-9。其中首采面5301工作面布置采寬100m，工作面長(zhǎng)度為1108m，開(kāi)采厚度為9.0m。接續(xù)的6301工作面布置采寬100m，工作面長(zhǎng)度為582m，開(kāi)采厚度為9.0m。接替6301的7301工作面布置采寬110m，長(zhǎng)度651m，開(kāi)采厚度9.0m。按照開(kāi)采順序，對(duì)5301工作面、6301工作面和7301工作面開(kāi)采后的地表變形進(jìn)行預(yù)計(jì)。三個(gè)采區(qū)的首采工作面開(kāi)采后地表變形預(yù)計(jì)如圖4-51—圖4-57，工作面開(kāi)采后地表變形的最大值預(yù)計(jì)如表4-24。表4-245301、6301、7301工作面開(kāi)采后地表變形的最大值預(yù)計(jì)下沉（mm）傾斜變形（mm/m）（mm）曲率（mm/m2）水平變形（mm/m）南北方向東西方向南北方向東西方向南北方向東西方向768-2.38，2.34-2.22，2.14-0.02，0.013-0.018，0.013-2.18，1.57-2.13，1.52分析計(jì)算結(jié)果可以看出，5301、6301、7301工作面開(kāi)采后，上方地表的最大下沉值為768mm；地表拉伸變形最大值為1.57mm/m，地表壓縮變形最大值為2.18mm/m，地表傾斜最大值為2.38mm/m。各村莊地表最大變形值（除壓縮外）均遠(yuǎn)小于一般磚混結(jié)構(gòu)平房的臨界變形值，但壓縮超過(guò)了I級(jí)范圍，會(huì)影響地面建（構(gòu)）筑物的正常使用。顯然，按方案2-2的工作面布設(shè)開(kāi)采后，地表變形對(duì)地表構(gòu)建筑物的破壞程度仍然超出了I級(jí)，方案不可行，需要進(jìn)一步調(diào)整。圖4-515301、6301、7301開(kāi)采后的地表下沉等值線圖圖4-525301、6301、7301開(kāi)采后的地表傾斜等值線圖（東西）圖4-535301、6301、7301開(kāi)采后的地表傾斜等值線圖（南北）圖4-545301、6301、7301開(kāi)采后的地表曲率等值線圖（東西）圖4-555301、6301、7301開(kāi)采后的地表曲率等值線圖（南北）圖4-565301、6301、7301開(kāi)采后的地表水平變形等值線圖（東西）圖4-575301、6301、7301開(kāi)采后的地表水平變形等值線圖（南北）（3）方案2-3開(kāi)采后的地表變形預(yù)計(jì)在該方案中，工作面布置參數(shù)如表4-10，表4-11和表4-12。其中首采面5301工作面布置采寬100m，工作面長(zhǎng)度為1108m，開(kāi)采厚度為9.0m。接續(xù)的6301工作面布置采寬90m，工作面長(zhǎng)度為582m，開(kāi)采厚度為9.0m。接替6301的7301工作面布置采寬110m，長(zhǎng)度640m，開(kāi)采厚度9.0m。延深區(qū)采用條帶開(kāi)采工作面的布置如圖4-58所示。工作面開(kāi)采后的地表變形根據(jù)概率積分法來(lái)預(yù)計(jì)。延深區(qū)按條帶開(kāi)采方案開(kāi)采后，影響區(qū)域內(nèi)的地表下沉、地表傾斜變形、地表水平變形最大值如表4-25所示，地表下沉等值線、地表水平變形等值線、地表傾斜變形等值線分別如圖4-59～4-65所示。表4-25延深區(qū)條帶開(kāi)采后地表變形的最大值預(yù)計(jì)下沉（mm）傾斜變形（mm/m）曲率（mm/m2）水平變形（mm/m）南北方向東西方向南北方向東西方向南北方向東西方向1518-3.89，2.71-2.83，3.22-0.022，0.02-0.016，0.015-3.32，2.88-2.39，2.58通過(guò)計(jì)算，延深區(qū)采用條帶開(kāi)采后，地表最大下沉達(dá)到1518mm，最大水平壓縮變形達(dá)到3.32mm/m，最大水平拉伸變形達(dá)到2.88mm/m，最大傾斜變形達(dá)到3.89mm/m，最大曲率變形達(dá)到0.022×10-3/m。地表的最大壓縮變形、最大水平拉伸變形及最大傾斜變形均已超過(guò)了I級(jí)破壞的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)地面建筑物的使用造成了影響。因此，按照方案2-3來(lái)布設(shè)延深區(qū)工作面，從保護(hù)地表構(gòu)建筑物的角度來(lái)看，是不可行的。圖4-58延深采區(qū)采用條帶開(kāi)采工作面布置圖圖4-59搬遷采用條帶開(kāi)采后的地表下沉等值線圖圖4-60搬遷采用條帶開(kāi)采后的地表傾斜等值線圖（東西）圖4-61搬遷采用條帶開(kāi)采后的地表傾斜等值線圖（南北）圖4-62搬遷采用條帶開(kāi)采后的地表曲率等值線圖（東西）圖4-63搬遷采用條帶開(kāi)采后的地表曲率等值線圖（南北）圖4-64搬遷采用條帶開(kāi)采后的地表水平變形等值線圖（東西）圖4-65搬遷采用條帶開(kāi)采后的地表水平變形等值線圖（南北）（4）方案2-4開(kāi)采后的地表變形預(yù)計(jì)在該方案中，工作面布置參數(shù)如表4-13，表4-14和表4-15。其中首采面5301工作面布置采寬90m，工作面長(zhǎng)度為1154m，開(kāi)采厚度為9.0m。接續(xù)的6301工作面布置采寬90m，工作面長(zhǎng)度為911m，開(kāi)采厚度為9.0m。接替6301的7301工作面布置采寬70m，長(zhǎng)度651m，開(kāi)采厚度9.0m。延深區(qū)采用條帶開(kāi)采工作面的布置如圖4-66所示。工作面開(kāi)采后的地表變形根據(jù)概率積分法來(lái)預(yù)計(jì)。延深區(qū)按條帶開(kāi)采方案開(kāi)采后，影響區(qū)域內(nèi)的地表下沉、地表傾斜變形、地表水平變形最大值如表4-26所示，地表下沉等值線、地表水平變形等值線、地表傾斜變形等值線分別如圖4-67～4-73所示。表4-26延深區(qū)條帶開(kāi)采后地表變形的最大值預(yù)計(jì)下沉（mm）傾斜變形（mm/m）（mm）曲率（mm/m2）水平變形（mm/m）南北方向東西方向南北方向東西方向南北方向東西方向1427-3.43，2.71-2.84，3.33-0.021，0.02-0.021，0.02-3.28，2.8-3.27，3.24通過(guò)計(jì)算，延深區(qū)采用條帶開(kāi)采后，地表最大下沉達(dá)到1427mm，最大水平壓縮變形達(dá)到3.28mm/m，最大水平拉伸變形達(dá)到3.24mm/m，最大傾斜變形達(dá)到3.43mm/m，最大曲率變形達(dá)到0.021×10-3/m。地表建筑物范圍內(nèi)最大壓縮變形、最大水平拉伸變形及最大傾斜變形均超過(guò)了I級(jí)破壞的標(biāo)準(zhǔn)，影響地面建筑物的正常使用。顯然，按照方案2-4來(lái)布設(shè)工作面，從保護(hù)地表構(gòu)建筑物的角度來(lái)看，也是不可行。圖4-66延深采區(qū)采用條帶開(kāi)采工作面布置圖圖4-67搬遷采用條帶開(kāi)采后的地表下沉等值線圖圖4-68搬遷采用條帶開(kāi)采后的地表傾斜等值線圖（東西）圖4-69搬遷采用條帶開(kāi)采后的地表傾斜等值線圖（南北）圖4-70搬遷采用條帶開(kāi)采后的地表曲率等值線圖（東西）圖4-71搬遷采用條帶開(kāi)采后的地表曲率等值線圖（南北）圖4-72搬遷采用條帶開(kāi)采后的地表水平變形等值線圖（東西）圖4-73搬遷采用條帶開(kāi)采后的地表水平變形等值線圖（南北）（5）方案2-5開(kāi)采后的地表變形預(yù)計(jì)在該方案中，工作面布置參數(shù)如表4-16，表4-17和表4-18。其中首采面5301工作面布置采寬80m，工作面長(zhǎng)度為1154m，開(kāi)采厚度為9.0m。接續(xù)的6301工作面布置采寬80m，工作面長(zhǎng)度為911m，開(kāi)采厚度為9.0m。接替6301的7301工作面布置采寬70m，長(zhǎng)度651m，開(kāi)采厚度9.0m。延深區(qū)采用條帶開(kāi)采工作面的布置如圖4-74所示。工作面開(kāi)采后的地表變形根據(jù)概率積分法來(lái)預(yù)計(jì)。延深區(qū)按條帶開(kāi)采方案開(kāi)采后，影響區(qū)域內(nèi)的地表下沉、地表傾斜變形、地表水平變形最大值如表4-27所示，地表下沉等值線、地表水平變形等值線、地表傾斜變形等值線分別如圖4-75～圖4-81所示。表4-27延深區(qū)條帶開(kāi)采后地表變形的最大值預(yù)計(jì)下沉（mm）傾斜變形（mm/m）（mm）曲率（mm/m2）水平變形（mm/m）南北方向東西方向南北方向東西方向南北方向東西方向1425-2.92，2.71-2.81，2.72-0.018，0.012-0.012，0.012-2.78，1.93-2.35，2.00由計(jì)算可見(jiàn)，延深區(qū)采用條帶開(kāi)采后，地表最大下沉達(dá)到1425mm，最大水平壓縮變形達(dá)到2.78mm/m，但不在地表建筑物范圍內(nèi)，通過(guò)變形等值線圖分析得出地表建筑物范圍內(nèi)最大壓縮變形小于2mm/m，最大水平拉伸變形達(dá)到2mm/m，最大傾斜變形達(dá)到2.92mm/m，最大曲率變形達(dá)到0.018×10-3/m。地表建筑物范圍內(nèi)最大壓縮變形、最大水平拉伸變形及最大傾斜變形均未超過(guò)了I級(jí)破壞的標(biāo)準(zhǔn)，地面建筑物可以正常使用。可見(jiàn)，若對(duì)延深區(qū)建筑物下壓煤全部采取條帶開(kāi)采，從保護(hù)地表村莊和構(gòu)建筑物的角度來(lái)看，方案2-5是可行的。但由于采取條帶開(kāi)采，放棄的煤炭資源較多，資源回收率很低。在有替代方案的條件下，可以考慮替代方案。圖4-74延深采區(qū)采用條帶開(kāi)采工作面布置圖圖4-75搬遷采用條帶開(kāi)采后的地表下沉等值線圖圖4-76搬遷采用條帶開(kāi)采后的地表傾斜等值線圖（東西）圖4-77搬遷采用條帶開(kāi)采后的地表傾斜等值線圖（南北）圖4-78搬遷采用條帶開(kāi)采后的地表曲率等值線圖（東西）圖4-79搬遷采用條帶開(kāi)采后的地表曲率等值線圖（南北）圖4-80搬遷采用條帶開(kāi)采后的地表水平變形等值線圖（東西）圖4-81搬遷采用條帶開(kāi)采后的地表水平變形等值線圖（南北）2、建筑物保護(hù)與搬遷相結(jié)合條件下延深區(qū)地表變形預(yù)計(jì)采取條帶開(kāi)采建筑物壓煤可以保護(hù)地表村莊和構(gòu)建筑物，但是資源浪費(fèi)嚴(yán)重。因此，在條件允許的情況下，盡量避免全面采用條帶開(kāi)采。根據(jù)新河煤礦實(shí)際，應(yīng)積極推動(dòng)延深區(qū)村莊搬遷。但搬遷需要時(shí)間，并要耗費(fèi)大量的財(cái)力、物力。同時(shí)，礦井生產(chǎn)銜接又非常緊張。因此，設(shè)計(jì)了建筑物保護(hù)與搬遷相結(jié)合的工作面布設(shè)方案。即先考慮延深區(qū)三個(gè)采區(qū)的首采工作面。在確保地表構(gòu)建筑物破壞程度不超過(guò)Ⅰ級(jí)的前提下，盡可能優(yōu)化工作面的布設(shè)，一方面保證礦井的正常生產(chǎn)，另一方面為村莊搬遷爭(zhēng)取時(shí)間。采取這套方案布設(shè)工作面，延深區(qū)的地表變形預(yù)計(jì)如下。（1）方案3-1開(kāi)采后的地表變形預(yù)計(jì)按照方案3-1布設(shè)工作面，三個(gè)采區(qū)首采工作面的布置參數(shù)如表4-19。其中5301工作面采寬為120米，6301工作面的采寬為100米，7301工作面的采寬為120米。5301工作面是整個(gè)延深區(qū)的首采工作面，因此首先考察5301工作面開(kāi)采后地表變形情況。按照概率積分法，5301工作面開(kāi)采后的地表變形如表4-23，開(kāi)采后的地表下沉等值線、傾斜等值線、曲率等值線和水平變形等值線預(yù)計(jì)如圖4-44—圖4-50。根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果可以看出，5301工作面開(kāi)采后，上覆地表的最大下沉值達(dá)到1041mm；地表拉伸變形最大值為1.4mm/m，地表壓縮變形最大值為2.78mm/m，地表傾斜最大值為3.21mm/m。地表傾斜和地表水平變形的地表最大變形值均大于一般磚混結(jié)構(gòu)平房的臨界變形值，對(duì)各類(lèi)建筑物的采動(dòng)損害影響超過(guò)了I級(jí)保護(hù)范圍，會(huì)影響地面各類(lèi)建（構(gòu)）筑物的正常使用。顯然，從保護(hù)地表村莊及構(gòu)建筑物安全的角度，首采面5301按120米的采寬來(lái)布設(shè)是不可行的。因此，按方案3-1來(lái)布設(shè)工作面是不可行的。（2）方案3-2開(kāi)采后的地表變形預(yù)計(jì)按照方案3-2布設(shè)工作面，三個(gè)采區(qū)首采工作面的布置參數(shù)如表4-20。其中5301工作面采寬為100米，6301工作面的采寬為100米，7301工作面的采寬為120米。在方案3-1的基礎(chǔ)上，將5301工作面的采寬縮短為100米，同時(shí)考慮5301接替工作面6301的情況，以及接替6301的7301工作面布置情況，來(lái)綜合預(yù)計(jì)開(kāi)采后的地表變形情況。三個(gè)采區(qū)的首采工作面開(kāi)采后地表變形的最大值預(yù)計(jì)如表4-24。開(kāi)采后的地表下沉等值線、傾斜等值線、曲率等值線和水平變形等值線預(yù)計(jì)如圖4-51—圖4-57。從預(yù)計(jì)結(jié)果來(lái)看，5301、6301、7301工作面開(kāi)采后，上方地表的最大下沉值為768mm；地表拉伸變形最大值為1.57mm/m，地表壓縮變形最大值為2.18mm/m，地表傾斜最大值為2.38mm/m。各村莊地表最大變形值（除壓縮外）均遠(yuǎn)小于一般磚混結(jié)構(gòu)平房的臨界變形值，但壓縮超過(guò)了I級(jí)范圍，會(huì)影響地面建（構(gòu)）筑物的正常使用。因此，按方案3-2的工作面布設(shè)開(kāi)采后，地表變形對(duì)地表構(gòu)建筑物的破壞程度仍然超出了I級(jí)，方案不可行，需要進(jìn)一步調(diào)整。（3）方案3-3開(kāi)采后的地表變形預(yù)計(jì)按照方案3-3布設(shè)工作面，三個(gè)采區(qū)首采工作面的布置參數(shù)如表4-21。其中5301工作面采寬為100米，6301工作面的采寬為90米，7301工作面的采寬為120米。三個(gè)工作面的采高均按9.0米來(lái)布設(shè)。根據(jù)方案3-2開(kāi)采后地表變形超限區(qū)域的分布范圍，分析主要是因?yàn)?301工作面的布設(shè)引起。因此，在方案3-2的基礎(chǔ)上，保持5301工作面的采寬100米不變，將6301工作面的采寬縮為90米，并考慮接替6301的7301工作面布置不變，來(lái)綜合預(yù)測(cè)開(kāi)后可能引起的地表變形情況。三個(gè)首采工作面全部開(kāi)采后地表變形的最大值預(yù)計(jì)如表4-28。開(kāi)采后的地表下沉等值線、傾斜等值線、曲率等值線和水平變形等值線預(yù)計(jì)如圖4-82—圖4-88。表4-285301、6301、7301工作面開(kāi)采后地表變形的最大值預(yù)計(jì)下沉（mm）傾斜變形（mm/m）（mm）曲率（mm/m2）水平變形（mm/m）南北方向東西方向南北方向東西方向南北方向東西方向980-2.81，2.86-2.38，2.66-0.022，0.013-0.018，0.016-2.67，1.62-2.2，1.86分析計(jì)算結(jié)果可以看出，5301、6301、7301工作面開(kāi)采后，上方地表的最大下沉值為980mm；地表拉伸變形最大值為1.62mm/m，地表壓縮變形最大值為2.67mm/m，結(jié)合變形等值線圖分析可知，建筑物區(qū)域內(nèi)的地表變形值都在2mm/m之內(nèi)，地表傾斜最大值為2.86mm/m。各村莊地表最大變形值（均遠(yuǎn)小于一般磚混結(jié)構(gòu)平房的臨界變形值，不會(huì)造成影響，對(duì)各類(lèi)建筑物的采動(dòng)損害影響均在I級(jí)范圍內(nèi)，不會(huì)影響地面各類(lèi)建（構(gòu)）筑物的正常使用。說(shuō)明該方案可行。圖4-825301、6301、7301開(kāi)采后的地表下沉形等值線圖圖4-835301、6301、7301開(kāi)采后的地表傾斜等值線圖（東西方向）圖4-845301、6301、7301開(kāi)采后的地表傾斜等值線圖（南北方向）圖4-855301、6301、7301開(kāi)采后的地表曲率等值線圖（東西方向）圖4-865301、6301、7301開(kāi)采后的地表曲率等值線圖（南北方向）圖4-875301、6301、7301開(kāi)采后的地表水平變形等值線圖（東西方向）圖4-885301、6301、7301開(kāi)采后的地表水平變形等值線圖（南北方向）第三節(jié)建筑物下壓煤開(kāi)采方案的選定一、地表建（構(gòu)）筑物破壞等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)采工作面的布置方案要根據(jù)客觀的煤層地質(zhì)條件，結(jié)合需要保護(hù)的對(duì)象，根據(jù)生產(chǎn)礦井的技術(shù)條件來(lái)確定。新河煤礦延深區(qū)開(kāi)采布置應(yīng)以保護(hù)地表村莊，以不至對(duì)其產(chǎn)生超過(guò)I級(jí)破壞為限。同時(shí)，從經(jīng)濟(jì)上要考慮開(kāi)采延深區(qū)煤炭資源的合理性。煤炭資源開(kāi)采必然會(huì)對(duì)地表構(gòu)建構(gòu)筑物造成程度不同的影響。建筑物受到煤礦開(kāi)采影響后，其損壞程度與建筑物所在位置地表移動(dòng)變形值和建筑物本身抵抗變形能力有關(guān)。根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)程》（2000年版，以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)程》）第14條，按建筑物的重要性、用途以及受開(kāi)采影響引起的不同后果，將礦區(qū)范圍內(nèi)的建筑物保護(hù)等級(jí)分為四級(jí)，如表4-29所示。據(jù)此，延深開(kāi)采影響范圍區(qū)的普通村莊，包括永東村，永南村，永西村，永北村、東李村、南劉村等為III級(jí)保護(hù)等級(jí)，而永東村內(nèi)的學(xué)校、商業(yè)房等為II級(jí)保護(hù)等級(jí)建筑物群。依據(jù)《規(guī)程》，長(zhǎng)度或變形縫區(qū)段內(nèi)長(zhǎng)度小于20m的磚混結(jié)構(gòu)建筑物受開(kāi)采影響時(shí)的損壞等級(jí)與地表移動(dòng)變形的關(guān)系如表4-30所示。《規(guī)程》規(guī)定，如果地表變形值中水平變形小于2.0mm/m、曲率小于0.2×10-3/m、傾斜小于3.0mm/m，則長(zhǎng)度小于20m的磚混結(jié)構(gòu)建筑物的損壞等級(jí)為Ｉ級(jí)，建筑物的損壞程度為輕微損壞，墻體上的采動(dòng)裂縫寬度1～2mm，最大不超過(guò)4mm，累計(jì)裂縫寬度不超過(guò)10mm，此時(shí)不需要對(duì)建筑物進(jìn)行結(jié)構(gòu)處理，或者進(jìn)行簡(jiǎn)單維修即可滿足建筑物安全使用的要求?！兑?guī)程》中規(guī)定的建筑物允許變形值主要是用于普通的村莊建筑物，即保護(hù)等級(jí)為III級(jí)的普通建筑物。對(duì)于保護(hù)等級(jí)為II級(jí)的多層建筑物和其它重要建筑物來(lái)說(shuō)，為確保建筑物的安全，在同等的采動(dòng)損壞等級(jí)條件下，應(yīng)適當(dāng)降低地表移動(dòng)變形值。表4-29礦區(qū)建筑物保護(hù)等級(jí)劃分保護(hù)等級(jí)主要建(構(gòu))筑物Ⅰ國(guó)務(wù)院明令保護(hù)的文物和紀(jì)念性建筑；一等火車(chē)站，發(fā)電廠主廠房，在同一跨度內(nèi)有兩臺(tái)重型橋式吊車(chē)，平爐，水泥廠回轉(zhuǎn)窯，大型選煤廠主廠房等特別重要或特別敏感的，采動(dòng)后可能導(dǎo)致發(fā)生重大生產(chǎn)、傷亡事故的建筑物；鑄鐵瓦斯管道干線，大、中型礦井主要通風(fēng)機(jī)房，瓦斯抽放站，高速公路，機(jī)場(chǎng)跑道，高層住宅樓等。Ⅱ高爐，焦化爐，220V以上超高壓輸電線路桿塔，礦區(qū)總變電所，立交橋；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的工業(yè)廠房，設(shè)有橋式吊車(chē)的工業(yè)廠房，鐵路煤倉(cāng)、總機(jī)修廠等較重要的大型工業(yè)建(構(gòu))筑物；辦公樓，醫(yī)院，劇院，學(xué)校，百貨大樓，二等火車(chē)站，長(zhǎng)度大于20m的二層工業(yè)樓房和三層以上多層住宅樓；輸水管干線和鑄鐵瓦斯管道支線；架空索道，電視塔及其轉(zhuǎn)播塔，一級(jí)公路等。Ⅲ無(wú)吊車(chē)設(shè)備的磚木結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房、三、四等火車(chē)站，磚木、磚混結(jié)構(gòu)平方或變形縫區(qū)段小于20m的兩層樓房，村莊磚瓦民房；高壓輸電線路桿塔，鋼瓦斯管道等。Ⅳ農(nóng)村木結(jié)構(gòu)房屋，簡(jiǎn)易倉(cāng)庫(kù)等。根據(jù)試采區(qū)地面村莊建筑物和當(dāng)?shù)伢{潛水位情況，本次條帶開(kāi)采的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)是：試采區(qū)充填開(kāi)采后對(duì)地面村莊等建（構(gòu)）筑物區(qū)域的采動(dòng)影響控制在I級(jí)采動(dòng)影響范圍內(nèi)，保證地表村莊建筑群的安全使用。表4-30磚混結(jié)構(gòu)建筑物損壞等級(jí)損壞等級(jí)建筑物損壞程度地表變形值損壞分類(lèi)結(jié)構(gòu)處理水平變形(mm/m)曲率k(10-3/m)傾斜i(mm/m)Ⅰ自然間磚墻上出現(xiàn)寬度1～2mm的裂縫?！?.0≤0.2≤3.0極輕微損壞不修自然間磚墻上出現(xiàn)寬度小于4mm的裂縫，多條裂縫總寬度小于10mm。輕微損壞簡(jiǎn)單維修Ⅱ自然間磚墻上出現(xiàn)寬度小于15mm裂縫，多條裂縫總寬度小于30mm；鋼筋混凝土梁、柱上裂縫長(zhǎng)度小于1/3截面高度；梁端抽出小于20mm；磚柱出現(xiàn)水平裂縫，縫長(zhǎng)大于1/2截面邊長(zhǎng)；門(mén)窗略有歪斜?！?.0≤0.4≤6.0輕度損壞小修Ⅲ自然間磚墻上出現(xiàn)寬度小于30mm的裂縫；多條裂縫總寬度小于50mm；鋼筋混凝土梁、柱上裂縫長(zhǎng)度小于1/2截面高度；梁端抽出小于50mm；磚柱上出現(xiàn)小于5mm的水平錯(cuò)動(dòng)，門(mén)窗嚴(yán)重變形?！?.0≤0.6≤10.0中度損壞中修Ⅳ自然間磚墻上出現(xiàn)寬度大于30mm裂縫；多條裂縫總寬度大于50mm；梁端抽出小于60mm；磚柱出現(xiàn)小于25mm水平錯(cuò)動(dòng)。＞6.0＞0.6＞10.0損壞嚴(yán)重大修自然間磚墻上出現(xiàn)嚴(yán)重交叉裂縫、上下貫通裂縫，以及墻體嚴(yán)重外鼓、歪斜；鋼筋混凝土梁、柱裂縫沿截面貫通；梁端抽出大于60mm磚柱出現(xiàn)大于25mm的水平錯(cuò)動(dòng)；有倒的危險(xiǎn)。極度嚴(yán)重?fù)p壞拆建注：建筑物的損壞等級(jí)按自然間為評(píng)判對(duì)象，根據(jù)各自然間的損壞情況按表分別進(jìn)行評(píng)判。二、經(jīng)濟(jì)比較1、各開(kāi)采方案對(duì)建筑物的影響（1）延深區(qū)采用條帶法開(kāi)采延深區(qū)采用方案2-5的條帶法開(kāi)采后，地表下沉量較小，地表最大下沉達(dá)1518mm。煤層全部開(kāi)采后的地表變形也較小，延深區(qū)范圍內(nèi)地表最大水平壓縮變形南北方向?yàn)?.32mm/m，最大水平拉伸變形2.88mm/m；東西方向最大水平壓縮變形為2.39mm/m，最大水平拉伸變形2.58mm/m。最大曲率南北方向凸曲率為0.02mm/m2，凹曲率0.022mm/m2；東西方向凸曲率為0.015mm/m2，凹曲率0.016mm/m2；傾斜拉伸變形南北向達(dá)到2.71mm/m，傾斜壓縮變形達(dá)到3.89mm/m；東西向的傾斜拉伸變形達(dá)到3.22mm/m，傾斜壓縮變形達(dá)到2.83mm/m；受開(kāi)采后地表移動(dòng)變形的影響，地表的建筑物所受的采動(dòng)損壞等級(jí)為I級(jí)，局部小量超限部分的地表沒(méi)有構(gòu)建筑物。其余的也不需要進(jìn)行修理或進(jìn)行簡(jiǎn)單修理即可滿足安全使用的要求。若僅針對(duì)三個(gè)采區(qū)的首采面選用方案3-3布設(shè)工作面，三個(gè)工作面開(kāi)采后上覆地表的最大下沉值為980mm；地表拉伸變形最大值為1.62mm/m，地表壓縮變形最大值為2.67mm/m，結(jié)合變形等值線圖分析可知，建筑物區(qū)域內(nèi)的地表變形值都在2mm/m之內(nèi)，地表傾斜最大值為2.86mm/m。各村莊地表最大變形值均小于一般磚混結(jié)構(gòu)平房的臨界變形值，不會(huì)造成影響，對(duì)各類(lèi)建筑物的采動(dòng)損害影響均在I級(jí)范圍內(nèi)，不會(huì)影響地面各類(lèi)建（構(gòu)）筑物的正常使用。（2）延深區(qū)采區(qū)全部長(zhǎng)壁垮落法開(kāi)采延深區(qū)采用村莊搬遷后的長(zhǎng)壁全部垮落法開(kāi)采后，地表下沉量大，地表最大下沉達(dá)5038mm。煤層全部開(kāi)采后的地表變形也較小，延深區(qū)范圍內(nèi)地表南北方向最大水平壓縮變形南北方向?yàn)?1.69mm/m，最大水平拉伸變形7.03mm/m；東西方向最大水平壓縮變形為10.55mm/m，最大水平拉伸變形9.00mm/m。最大曲率南北方向凸曲率為0.043mm/m2，凹曲率0.077mm/m2；東西方向凸曲率為0.049mm/m2，凹曲率0.058mm/m2；傾斜拉伸變形南北向達(dá)到9.97mm/m，傾斜壓縮變形達(dá)到12.96mm/m；東西向的傾斜拉伸變形達(dá)到10.11mm/m，傾斜壓縮變形達(dá)到10.61mm/m。受開(kāi)采后地表移動(dòng)變形的影響，地表的大多數(shù)建筑物所受的采動(dòng)損壞等級(jí)將達(dá)到III級(jí)以上。因此，延深區(qū)影響范圍內(nèi)首先需要進(jìn)行村莊搬遷，然后方可組織開(kāi)采。搬遷的村莊有永東村、永南村、永西村、永北村、東李村和南劉村等村莊。同時(shí)，由于區(qū)域內(nèi)地表潛水位較高，煤層開(kāi)采后地表沉陷將造成大面積積水，需要進(jìn)行土地復(fù)墾等綜合治理工作。2、延深區(qū)村莊房屋損害賠償依據(jù)新河煤礦延深區(qū)進(jìn)行開(kāi)采，按照山東省和濟(jì)寧市有關(guān)文件，采動(dòng)后的賠償計(jì)算依據(jù)主要包括：（1）《山東省人民政府關(guān)于推進(jìn)農(nóng)村住房建設(shè)與危房改造的意見(jiàn)》（魯政發(fā)[2009]17號(hào)）；（2）《山東省物價(jià)局、山東省財(cái)政廳、山東省國(guó)土資源廳關(guān)于濟(jì)南、德州、濟(jì)寧三市調(diào)整征地地面附著物和青苗補(bǔ)償?shù)呐鷱?fù)》（魯價(jià)費(fèi)發(fā)[2008]178號(hào)）；（3）《山東省人民政府辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)省煤炭工業(yè)局等部門(mén)《關(guān)于做好全省煤礦礦區(qū)農(nóng)村住房建設(shè)和壓煤村莊搬遷工作的意見(jiàn)（試行）的通知》（魯政辦發(fā)[2010]40號(hào)）；（4）《中共濟(jì)寧市市中區(qū)委、濟(jì)寧市市中區(qū)人民政府關(guān)于加快推進(jìn)新型農(nóng)村社區(qū)和農(nóng)村住房建設(shè)的實(shí)施意見(jiàn)》（濟(jì)區(qū)發(fā)[2009]12號(hào)）；（5）《濟(jì)寧市市中區(qū)人民政府關(guān)于加快推進(jìn)城鄉(xiāng)建設(shè)用地增減掛鉤工作的意見(jiàn)》（濟(jì)區(qū)政發(fā)[2010]12號(hào)）。村莊及建筑物搬遷由礦方承擔(dān)的主要費(fèi)用為：（1）房屋評(píng)估費(fèi)：300元/處；（2）搬家費(fèi)：1000元/處；（3）臨時(shí)安置費(fèi)：100元/人×18個(gè)月；（4）搬遷獎(jiǎng)勵(lì)費(fèi)：10000元/處；（5）房屋附屬設(shè)施拆裝、補(bǔ)助費(fèi)：3000元/處；（6）房屋拆除費(fèi)：141平方米/處（平均）×20元/平方米；（7）搬遷工作經(jīng)費(fèi)：300萬(wàn)元；（8）土地復(fù)墾費(fèi)：12000元/畝；（9）新建社區(qū)總建筑成本費(fèi)：①建筑成本1346元/平方米；②設(shè)計(jì)費(fèi)、監(jiān)理費(fèi)、審圖費(fèi)、事業(yè)性收費(fèi)：1000萬(wàn)3、不同開(kāi)采工作面布置方案的經(jīng)濟(jì)分析（1）延深區(qū)開(kāi)采工作面布置方案根據(jù)礦井地質(zhì)條件、煤層賦存條件，以及地表村莊的情況，綜合考慮相鄰唐口煤礦630采區(qū)的開(kāi)采布置，提出了兩套延深區(qū)布置方案。第一套方案，在不考慮唐口煤礦630采區(qū)的聯(lián)合影響的情況下，優(yōu)先解決開(kāi)采工作面的接替問(wèn)題。為緩解礦井開(kāi)采對(duì)地表的影響，提出延深區(qū)三采區(qū)順序接替的方案，即以5301作為延深區(qū)的首采面，然后由6301接替，再由7301接替。為避免開(kāi)采對(duì)暗斜井的影響，此后的接替在630采區(qū)和730采區(qū)跳采。根據(jù)當(dāng)前的煤炭形勢(shì)，為保護(hù)地表村莊，實(shí)施條帶式開(kāi)采，將地表變形控制在Ⅰ級(jí)破壞程度范圍之內(nèi)。第二套方案，根據(jù)唐口煤礦630采區(qū)的開(kāi)采布置，6305工作面的開(kāi)采將對(duì)永東村產(chǎn)生影響。為了保證開(kāi)采的正常進(jìn)行，抓住這次契機(jī)，配合集團(tuán)公司對(duì)延深區(qū)地表村莊實(shí)施搬遷。搬遷后根據(jù)井田地質(zhì)條件，對(duì)解放煤炭資源實(shí)施全部正常開(kāi)采。但由于村莊搬遷需要一定的時(shí)間，為了為村莊搬遷騰出時(shí)間，三個(gè)采區(qū)的首采面布置保持不變。（2）不同布置方案的經(jīng)濟(jì)分析①延深區(qū)開(kāi)采影響范圍內(nèi)的村莊建筑物情況在新和煤礦延深區(qū)開(kāi)采影響范圍之內(nèi)，永東村，永南村，永西村，永北村、東李村和南劉村的民居建筑以磚混結(jié)構(gòu)為主。村莊內(nèi)建筑物面積如表3-1。②不同布置方案費(fèi)用概算第一，搬遷開(kāi)采方案費(fèi)用概算若采用長(zhǎng)壁全部垮落法開(kāi)采，延深區(qū)需要實(shí)施搬遷的村莊有永東村，永南村，永西村，永北村、東李村和南劉村（宮白莊村和劉營(yíng)村暫不考慮），需要搬遷的重要建筑物有永東村小學(xué)、幼兒園、村委會(huì)、公司辦公樓等。根據(jù)礦區(qū)實(shí)際和有關(guān)文件計(jì)算，延深區(qū)采動(dòng)影響范圍內(nèi)村莊的綜合搬遷費(fèi)約1600元/平方米，延深區(qū)范圍內(nèi)6個(gè)區(qū)村莊的建筑面積共206096平方米，搬遷共需投入資金約32000萬(wàn)元。另外，采區(qū)內(nèi)其它重要建筑物的搬遷費(fèi)用為：永東小學(xué)、幼兒園搬遷費(fèi)用約3000萬(wàn)元，村委會(huì)搬遷費(fèi)用約500萬(wàn)元，公司辦公樓的搬遷費(fèi)用約1000萬(wàn)。327省道商業(yè)房進(jìn)行加固約1000萬(wàn)元。這些重要建筑物的搬遷和加固費(fèi)用合計(jì)約5500萬(wàn)元。則延深區(qū)地表村莊及重要建筑物搬遷需要費(fèi)用共計(jì)約37500萬(wàn)元。另外，延深區(qū)內(nèi)煤層全采地表下沉量大(5038mm)，需要對(duì)塌陷耕地進(jìn)行賠償、治理、復(fù)墾，類(lèi)比其它礦井條件，預(yù)測(cè)約需投入資金600萬(wàn)元。由此，延深區(qū)采取搬遷開(kāi)采方案，共約需投入資金47100萬(wàn)元。第二，條帶開(kāi)采方案費(fèi)用概算延深區(qū)按條帶方案開(kāi)采后，村莊民房及其它重要建筑物的采動(dòng)損壞等級(jí)為I級(jí)，不修或簡(jiǎn)單維修即可安全使用。綜合預(yù)測(cè)延深區(qū)條帶開(kāi)采后村莊房屋、構(gòu)建筑物的維修補(bǔ)償費(fèi)約4000萬(wàn)元。另外，延深區(qū)內(nèi)煤層條帶開(kāi)采地表下沉量大(1518mm)，塌陷劇烈區(qū)域也需要對(duì)塌陷耕地進(jìn)行賠償、治理、復(fù)墾，但治理強(qiáng)度顯然小于沒(méi)有村莊搬遷后全部開(kāi)采后的狀況，預(yù)測(cè)約需投入資金300萬(wàn)元。由此，延深區(qū)采取搬遷開(kāi)采方案，共約需投入資金4300萬(wàn)元。第三，建筑物保護(hù)與搬遷相結(jié)合方案費(fèi)用概算延深區(qū)采用建筑物保護(hù)與搬遷相結(jié)合的方案，首先布置三個(gè)采區(qū)的首采工作面，圈定的可采儲(chǔ)量為325萬(wàn)噸，如果按照120萬(wàn)噸/年來(lái)組織生產(chǎn)，可以開(kāi)采2.7年。期間，礦井要積極組織村莊搬遷，共需投入資金47100萬(wàn)元。但由于村莊搬遷的不確定性很大，首采面以后的后續(xù)開(kāi)采方案難以確定。因此，這里按照比例來(lái)考慮應(yīng)負(fù)擔(dān)的費(fèi)用。③不同布置方案的煤炭產(chǎn)量采取不同的布置方案，礦井的可采儲(chǔ)量各不一樣，導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)效果也存在較大的差異（如表4-31）。采取村莊搬遷后的長(zhǎng)壁全部垮落法開(kāi)采，煤炭資源開(kāi)采儲(chǔ)量達(dá)1866萬(wàn)噸，按照95%的工作面回采率測(cè)算，煤炭總產(chǎn)量可達(dá)1772萬(wàn)噸。而如果采取不搬遷村的保護(hù)式條帶開(kāi)采，煤炭資源可采儲(chǔ)量為970萬(wàn)噸，按照95%的工作面回采率測(cè)算，煤炭總產(chǎn)量可達(dá)921萬(wàn)噸。按照120萬(wàn)噸/年的計(jì)劃產(chǎn)量來(lái)框算，采取村莊搬遷全部開(kāi)采的方案將使礦井的服務(wù)年限延長(zhǎng)7年。表4-31不同布置方案的煤炭產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效果方案村莊及建筑物處理方案可采儲(chǔ)量(M噸)煤炭預(yù)計(jì)產(chǎn)量(M噸)采煤利潤(rùn)(萬(wàn)元〉村莊搬遷費(fèi)、補(bǔ)償費(fèi)(萬(wàn)元)經(jīng)濟(jì)效益(萬(wàn)元)村莊搬遷全部開(kāi)采整體搬遷，補(bǔ)償耕