建筑物下條帶開采地表移動變形預計分析

王西倉

摘 要：為了提高煤炭資源的回收率，延長礦井服務年限，解決采掘接替困難等問題；綜合分析該礦采用采條帶開采回收建筑物下的保護煤柱。條帶開采后，采用概率積分法預測地表移動變形規律，并結合數值模擬軟件FLAC3D進行數值分析，獲得該礦區條件下走向條帶開采時地表移動變化規律。研究結果表明：條帶開采后保護建筑物范圍地表最大下沉量為309 mm，最大水平變形為±0.253 mm/m；建筑物受損程度小于Ⅰ級破壞范圍，產生較小影響，可以保證地表建筑（構筑）物的安全實用。

關鍵詞：概率積分；條帶開采；地表移動和變形；FLAC3D

中圖分類號：TD325.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）18-0179-02

目前，建筑物下安全開采的方法有條帶開采、限高開采、充填開采、協調開采等，其中條帶開采技術是當前建筑物下煤柱開采、控制地表移動和變形的最有效的開采技術之一。該礦一方面為了實現密集建筑物下的安全開采；另一方面為了有效提高煤炭資源采出率，保障礦井采掘的連續性，提高礦井投資效益。經過分析計算得出，條帶開采技術在該礦區是可行的，可實現條帶開采后地表輕微沉陷、建筑物不維修、房屋不搬遷地安全開采；取得了較好的經濟和社會效益。

1 工程概況

該礦井田范圍內的主要可采煤層為中侏羅統延安組煤系地層下部的煤5層，煤5層沉積穩定性較好，在全區內結構較為復雜，煤層厚度變化大。其上覆巖層綜合巖性為中等堅硬類型。

該礦安全開采地面涉及保護建筑物數量大，分布范圍較廣，主要分布在南翼51012、51014、51016工作面沿走向的中部范圍，工作面寬度120 m，在煤柱范圍平均長度610 m，平均埋深約為330～390 m，開采煤層厚度為6.5～8.0 m，煤層傾角約為26 ？觷。

2 地表移動變形概率積分法分析

依據《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》規定，采用概率積分法預計分析開采后地表的移動變形規律。

3 條帶開采數值模擬計算分析

本次模擬實驗是以51012、51014、51016工作面的基礎上建立的三維立體模型。條帶開采參數為：留設寬度為75 m，開采寬度為55 m。

選用的模型尺寸為（長×款×高）：1 000 m×400 m×500 m，共劃分為56 880個網格；采用摩爾—庫倫準則。FLAC3D數值模型，如圖1所示。

根據走向條帶煤柱穩定性計算結論和現場地質條件分析綜合考慮，設計按照條帶開采采寬55 m和留寬75 m進行開采，開采順序依次為51012、51014、51016工作面。

數值模擬51012、51014、51016工作面開采后地表下沉云圖，分別如圖2、圖3、圖4所示。

計算結果顯示：51012工作面回采結束后，采動地表的最大下沉量為72 mm，地表形成的下沉盆地較為平緩；51014工作面回采結束后，采動地表的最大下沉量為162 mm，地表下沉盆地沒有出現波浪形態的地表下沉；51016工作面回采結束后，采動地表的下沉量極值為275 mm，地表形成的下沉盆地亦較為平緩，沒有出現波浪狀的地表下沉。

4 結 語

由于概率積分法預計計算不能體現開采煤層關鍵層（老頂）的控制作用，所以條帶開采后，概率積分法預計地表移動變形值應比數值模擬結果略大。應用概率積分法預計地表移動變形值，可知地表最大下沉值為309 mm；地表水平變形極值為±0.253 mm/m，條帶開采后地表建筑物受損小于Ⅰ級破壞。數值模擬結果顯示，煤柱結束條帶回采后，采動地表的下沉量極值為275 mm，地表形成的下沉盆地較為平緩，沒有出現波浪狀的地表下沉，地表變形很小。地表移動變形預計結論表明，走向條帶開采可實現保護建筑物的安全，亦可保障開采工作面的基本連續性，提高了礦井技術經濟效益。

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