采煤塌陷区塌陷面积的预测方法与分析

100
70
110 101514 11051 15771
200
72
110 101923 11092 16384
300
76
110 111065 11106 16598
400
80
110 111003 11100 16505
100
70
110 201659 11033 30988
200
72
110 211183 11059 31774
表 1 中硬覆岩水平煤层采厚 1m 地表塌陷面积预测参考值 (按长圆形公式计算)
开采面积 开采长度 开采宽度 开采深度 塌陷角 开采厚度 塌陷面积 塌采面 塌陷 原煤 万吨塌陷
F km 2 011
015
110
1010 2010 附 注
a
m
500 400 500 400 1000 2500 1000 1000 2500 1000 1000 2000 1000 2000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000
域的煤层塌落角为 60°～ 65°。
(收稿日期: 1998 年 3 月 4 日)
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
16 矿 山 测 量 1999 年 2 月
Πd2 ] (亩
万吨)
(13)
112 按椭圆面积计算
此时 F ′可表示为:
F ′=
Π 4
[
(a+
2d∆)
( cobsΑ+
dΒ+
dΧ)
]·10-
6
(km 2) (14)
或 F ′=
Π 4
[
(F
+
2d∆(cobsΑ+ dΒ+ dΧ) + a (dΒ+ dΧ) ]·0. 0015 (km 2)
b
m
200 250 200 250 500 200 500 500 200 1000 1000 500 1000 500 2000 2000 2000 2000 4000 4000 4000 4000
H
∆
M
F′ 积比 亩数
m
°
m
km 2
F ′F
亩
100
70
110 01155 11550 233
200
wenku.baidu.com
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
第 1 期 马超等: 采煤塌陷区面积的预测方法与分析 17
300
76
110 211364 11068 32046
400
80
110 211285 11064 31928
煤的容重 Χ= 1. 4t m 3, 采区回采率 c= 70%
产量
万吨
918 918 918 918 49 49 49 49 49 98 98 98 98 98 980 980 980 980 1960 1960 1960 1960
面积 P0
亩 万t
231742 301267 341025 311732 181766 211450 211680 221713 171444 171598 191488 201482 201155 201943 161092 161719 161936 161841 151811 161211 161350 161290
+
Π 8
[
(d
∆+
dΒ) 2-
(d∆+ dΧ) 2 ]·10- 6 (km 2)
(2)
或 F ′= [ (F + 2 (dΒ+ dΧ) + c2obsdΑ∆+
Π 8
[
(d∆+
dΒ) 2+
(d∆+ dΧ) 2 ]·0. 0015 (亩)
(3)
图 1 采煤塌陷面积计算示意图
式中 Α为煤层倾角, dΒ、dΧ、d∆ 分别为走向、倾向下山 和倾向上山主断面开采边界至塌陷边界的水平距
(15)
则万吨塌陷亩数 P′可表示为:
P ′=
15Π[ (a+ 2d∆) (cobsΑ+ dΒ+ 4abcM Χ co sΑ
dΧ)
] (亩
万吨)
(16)
或 P ′=
15Π[F +
2d∆(cobsΑ+ dΒ+ dΧ) + 4abcM Χ co sΑ
a (dΒ+
dΧ)
] (亩
400
250
400
1000
500
100
2500
200
100
1000
500
200
1000
500
300
2500
200
400
1000 1000
100
1000 1000 200
Q = (abcocMsΑΧ) ·10- 4 (万 t)
(8)
因而采出万吨原煤的地表塌陷亩数 (简称万吨塌陷
率或万吨塌陷亩数) P 应为
P =
15{ab
+ co
2bd sΑ
∆+
a (dΒ+
dΧ) + 0. 125Π[ (d∆+ abcM Χ co sΑ
dΒ) 2+
(d∆+
dΧ) 2 ]} (亩
dΒ+
dΧ) +
d2Β+
d2Χ]} (亩
万吨)
(11)
当开采水平煤层时, 万吨塌陷亩数 P0 可表示为
地表塌陷面积 F ′亦可近似地按椭圆面积计算,
P 0 =
15 [ ab +
2 (a+ b) d+ abcM Χ
Πd2 ] (亩
万吨)
(12)
或 P 0 =
15 [ F +
2 (a+ b) d+ abcM Χ
400
80
110 01896 11793 1345
100
70
110 11150 11150 1725
200
72
110 11273 11273 1909
200
72
110 11338 11338 2007
300
76
110 11317 11317 1975
400
80
110 11368 11368 2052
第1期 1999 年 2 月
M 矿IN E 山SU R测V E Y量IN G FeNbo1.19199
采煤塌陷区塌陷面积的预测方法与分析
马 超 何万龙 康建荣 (太原理工大学)
摘要 本文在煤矿开采沉陷理论的基础上, 导出了塌陷面积和万吨塌陷亩数的通用计算公式, 同时, 对影响塌陷面积的主要因素进行了深入分析, 从而为煤矿塌陷区面积的预测和计算提供了理论依据。 关键词 塌陷区 塌陷面积 预测与分析
表 2 中硬覆岩水平煤层采厚 1m 地表塌陷面积预测参考值 (按椭圆形公式计算)
开采面积 开采长度 开采宽度 开采深度 塌陷角 开采厚度 塌陷面积 塌采面 塌陷 原煤 万吨塌陷
F km 2 011
015
110
1010 2010
a
b
H
m
m
m
500
200
100
400
250
200
500
200
300
离, 可按下式计算:
d∆= H ctg∆; dΒ= H xctgΒ; dΧ= H sctgΧ (4) 式中 ∆、Β、Χ分别为走向、下山、上山地表塌陷角, 一 般平地按移动角, 山区按裂缝角取值。
当开采煤层为水平时, Α= 0; H x = H s= H Z; Β= Χ
= ∆; d∆= dΒ= dΧ= H ctg∆= d, 则有
开采参数, 提高煤柱稳定性及回采率。 c 在确定条带开采尺寸时, 应结合煤层软而
厚, 易片帮、易塌落的特点, 将煤层由于片帮塌落对 条带煤柱尺寸的影响考虑进去。现场观测表明: 该区
作者简介 郭文兵, 男, 1969 年生, 讲师, 硕士, 现在焦 作工学院从事“三下”采煤的科研、教学工作, 曾发表论文 10 余篇。
211 算例 为了分析以上导出的计算公式中各参量对计算
由表 1～ 表 3 计算结果分析对比可以看出: (a) 按椭圆形公式计算的塌陷面积 (F ′) 偏小, 特
结果的影响并验证计算结果的正确性, 采用以下算 别是当开采面积 (F ) 等于或大于 1km 2 时, 塌陷和开
例进行分析对比: 假定开采煤层为水平 ( Α= 0) , 地面
弧组成的长圆形, 设其面积为 F ′, 取 a, b 的单位为
米, 面积 F 的单位为亩, 则煤层开采面积 F 为:
F = L 0·S0= aco·sΑb ·10- 6 (km 2)
(1)
长圆形的地表塌陷面积 F ′可满足工程需要的近似计
算公式为:
F = [ (a+ 2d∆(cobsΑ+ dΒ+ dΧ) - 2d∆(dΒ+ dΧ) +
F0= a·b
(5)
层中应用条带法开采是基本可行的。 在无须支付或 少量支付维修费用的情况下, 解放了该块压煤, 增加 产值 800 多万元, 基本上达到了预期的目的。同时为 该矿下一步的开采设计以及该地区类似条件下进行 采煤提供了宝贵的实践经验。
b 鉴于在条带开采实践中遇到的走向条带煤 柱易片帮、塌落等不利因素, 在进行条带开采设计 中, 将走向条带开采改为倾斜条带开采, 进一步优化
F ′0= [ a·b+ 2 (a+ b) d+ Πd2 ]·10- 6 (km 2) (6)
F′0= [ F + 2 (a+ b) d+ Πd2 ]·0. 0015 (亩)
(7)
设 煤炭采出量为 Q (万 t) , 采高为M (m ) , 煤的容重
为 Χ(t m 3) , 回采率 为 c, 则
万 t)
(9)
或
P =
15{F +co2sbΑd∆+
a (dΒ+
dΧ) + 0. 125Π[ (d∆+ abcM Χ co sΑ
dΒ) 2+
(d∆+
dΧ) 2} (亩
万吨)
(10)
或
P =
15{F +co2sbΑd∆+
a (dΒ+
dΧ) + 0. 125Π[ 2d∆(d∆+ abcM Χ co sΑ
72
110 01198 11977 297
300
76
110 01222 21220 333
400
80
110 01207 21070 311
100
70
110 01613 11227 920
100
70
110 01701 11401 1051
200
72
110 0. 708 11416 1062
300
76
110 01742 11484 1113
参 考 文 献
〔1〕何国清等编 1 矿山开采沉陷学 1 江苏: 中国矿业大学出 版社, 199416
〔2〕原煤炭工业部制定《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱 留设与压煤开采规程》1 北京: 煤炭工业出版社, 1986111
〔3〕沈光寒等编著 1 矿井特殊开采的理论与实践 1 北京: 煤 炭工业出版社, 199215
(19)
因而此时的万吨塌陷亩数 P′0 可表示为:
P ′0 =
QF ″=
15Π[ (a+ 2d) (b+ 4abcM Χ
2d) ] (亩
万吨)
(20)
或 P ′0 =
15Π[F +
2 (a+ b) d+ 4abcM Χ
4d2 ] (亩
万吨)
(21)
2 算例分析与对比
( 12) ]和椭圆形算式 [ 式 (18)、式 (19)、式 (21) ] 分别 计算其塌陷面积 F ′塌 (陷开) 采面积比 (F ′F ) 和万吨 塌陷亩数 (见表 1 和表 2)。再以采深 H = 200m , 开采 面积 F = 20km 2, 按长圆形公式算出的单位开采厚度 万吨塌陷面积 (P0 = 16. 211) 为例, 计算不同开采厚 度 (M ) , 不同煤层容重 (Χ) 和不同回采率 (c) 的万吨 塌陷面积 (见表 3)。 212 算例分析与对比
万吨)
(17)
当开采煤层为水平时, 则有
为平地, 覆岩为中硬, 用长壁大冒顶方法开采, 取单
F ″0=
Π 4
[
(a+
2d)
(b+
2d)
]·10-
6 (km 2)
(18)
或 F ″0=
Π 4
[
F
+
2 (a+
b) d+
4d2 ]·0.
0015 (亩)
位开采厚度M = 1m , 煤的容重 Χ= 1. 4, 采区回采率 c = 70% , 然后以不同的开采长度 (a)、宽度 (b) 构成的 开采面积 (F = a·b) , 不同的采深 (H ) 及其相应的地 表塌陷角 ∆, 按上述长圆形算式 [ 式 (6)、式 (7)、式
1 万吨塌陷面积的计算公式
111 按长圆形计算
如图 1 所示, 设地面平坦, 采空区为长壁大冒顶
矩形采区, 采区倾向长为 L 0, 走向长为 S0; L 0 和 S0
在平面图上的投影长度分别为 a 和 b。 开采边界为
ABCD , 其面积为 F。由地表塌陷角 Β、Χ和 ∆圈定的地
表塌陷范围 a1a2b1b2c1c2d1d2 可近似视为由直线和圆