賈忠國 等

摘要：針對高等級公路下采煤在國內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀及目前存在的問題，根據(jù)地表移動對地面建筑物的破壞程度不同，構(gòu)建公路下開采方案沉陷預(yù)計模型，利用費用——效益分析法對方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評價，選出最優(yōu)方案，使其在保證開采對地面建筑物影響程度較小的前提下，達(dá)到煤炭采出率最大，經(jīng)濟(jì)合理，效益最優(yōu)

關(guān)鍵詞：三下采煤 預(yù)測研究 效益最優(yōu)

1 概述

1.1 礦井概況 兗州煤業(yè)股份有限公司南屯礦位于山東省鄒城市境內(nèi)，井田含煤地層主要有二疊系下山西組和石炭系上統(tǒng)太原組、中統(tǒng)本溪組組成。共含有可采與局部可采煤層7層，平均煤層總厚為12.53m；其中主采煤層3上、3下、16上、17層煤共厚10.62m。目前3上、3下煤層是南屯煤礦的主采煤層，厚度大且穩(wěn)定，適合于綜放開采、綜采。

1.2 鄒、擠公路概況 鄒濟(jì)公路，起點為濟(jì)寧太白東路與濟(jì)寧東環(huán)平交口處，終點為鄒城西環(huán)與礦建路平交口處，路線全長24.7km。該公路按一級公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，路面寬20.25×2m，路基寬44m，雙向八車道，設(shè)計速度100公里/小時。目前鄒濟(jì)公路南屯礦區(qū)段已經(jīng)開始竣工，按規(guī)劃設(shè)計，礦區(qū)內(nèi)公路路線長約8.4km，橫跨南屯煤礦七、九、十采區(qū)，93上08工作面為九采區(qū)中開采3上煤層的最后三個工作面，建設(shè)中的鄒濟(jì)公路正好穿過這三個工作面地表正上方。93上08工作面已初步設(shè)計完成，后作為接替工作面進(jìn)行開采。因此本課題主要研究93上08工作面開采分別對鄒濟(jì)公路造成的影響破壞，為公路建設(shè)部門及時對沉陷損壞路段進(jìn)行維護(hù)提供必要的可靠依據(jù)。

2 開采沉陷預(yù)計模型和計算方案

2.1 93上08工作面采礦地質(zhì)條件 93上08工作面位于南屯煤礦九采區(qū)。該區(qū)域內(nèi)第四系平均厚111m，其下侏羅系砂巖層平均厚460m；其下為石炭二疊系含煤地層。目前主采3上煤層，平均煤厚5.5米，設(shè)計切眼面長150m，推進(jìn)長度1700m，開采3上煤，煤層厚度4.39m～5.52m，平均5m，平均采深627m，煤層傾角平均為6°，采用綜采放頂煤開采工藝一次采全高。

2.2 開采沉陷預(yù)計模型和預(yù)計參數(shù)選取 目前南屯礦采用概率積分法進(jìn)行地表移動變形預(yù)計，并且應(yīng)用效果較好，因此本次地表移動變形預(yù)計仍采用概率積分法。根據(jù)概率積分法的基本原理，概率積分法預(yù)計所需要的幾個預(yù)計參數(shù)為：下沉系數(shù)q、主要影響角正切tgβ、水平移動角b、最大下沉角θ和拐點偏距s等。根據(jù)以往研究成果，結(jié)合南屯礦九采區(qū)地質(zhì)采礦條件，確定南屯礦九采區(qū)綜放開采沉陷預(yù)計的概率積分法參數(shù)如下：下沉系數(shù)0.83；水平移動系數(shù)0.28；主要影響角正切2.2；主要影響傳播角90°-0.56α；拐點偏距0.057H。

2.3 93上08面開采對鄒濟(jì)公路影響預(yù)測分析 根據(jù)選定的預(yù)計參數(shù)，采用概率積分法預(yù)測了93上08工作面開采對鄒濟(jì)公路造成的影響情況。開采引起鄒濟(jì)公路預(yù)測點變形極值情況見下表。分析以上預(yù)計結(jié)果知，3上煤層93上08工作面綜放開采后，鄒濟(jì)公路區(qū)域?qū)⑹芷洳蓜佑绊懛秶鸀閗20+540至k22+450路段，影響總長度約1910m。受93上08工作面開采影響，鄒濟(jì)公路最大下沉約1783mm，位于第37號點處；公路最大傾斜和最大水平移動分別為5.2mm/m和521mm，都位于28號點處；地表最大正曲率0.02mm/m2，最大負(fù)曲率0.04mm/m2，分別位于52號和37號點位置；地表最大拉伸變形為1.8mm/m，最大壓縮變形為4.1mm/m，分別位于52號和37號預(yù)測點位置。預(yù)計將造成公路局部路段下沉變形，可能會出現(xiàn)局部微弱擠壓型裂縫、局部路段雨季積水問題；對公路的正常運(yùn)行有一定影響。為了確保運(yùn)行安全，應(yīng)及時通知公路管理部門，在采動塌陷影響路段兩端設(shè)立警示和限速標(biāo)志，確保交通運(yùn)行安全。

3 結(jié)論

①93上08工作面開采將引起鄒濟(jì)公路最大下沉將達(dá)到1783mm，位于37號點（K21+500）處；最大拉伸變形為1.8mm/m，最大壓縮變形為4.1mm/m，分別位于52號（K22+100）和37號（K21+500）預(yù)測點附近；受采動影響線路總長約為1.91km。②預(yù)計結(jié)果表明，地下開采將對在建的鄒濟(jì)公路帶來明顯的采動損害影響，主要表現(xiàn)為造成公路局部路段下沉變形，可能會出現(xiàn)局部裂縫、局部路段雨季積水問題；對公路的正常運(yùn)行有一定影響。③為了減輕開采沉陷對公路的影響程度，建議目前在建的公路路基應(yīng)適當(dāng)抬高、預(yù)留出足夠的沉陷量，確保在采動沉陷影響下的鄒濟(jì)公路不出現(xiàn)雨季積水問題；并在采動影響期間加強(qiáng)對公路的巡視，發(fā)現(xiàn)路面裂縫現(xiàn)象及時采取維護(hù)措施，延長路面使用壽命。④為了確保運(yùn)行安全，建議應(yīng)及時設(shè)立鄒濟(jì)公路地表移動觀測站，及時對鄒濟(jì)公路受采動影響情況進(jìn)行監(jiān)測，定期反饋公路管理部門，為公路建設(shè)部門及時對沉陷損壞路段進(jìn)行維護(hù)提供必要的參考依據(jù)。應(yīng)及時通知公路管理部門在采動塌陷影響路段兩端設(shè)立警示和限速標(biāo)志，確保交通運(yùn)行安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]何國清，楊倫等.編礦山開采沉陷學(xué)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社.

[2]梁希峰.鐵路橋下工業(yè)煤柱安全開采技術(shù)研究 遼寧工程技術(shù)大學(xué)出版.

[3]余學(xué)義.采動區(qū)地表剩余變形對高速公路影響預(yù)計分析 西安公路交通大學(xué)學(xué)報.

作者簡介：賈忠國（1961-），男，山東鄒城人，高級技師，從事井下測量工作。