3-4-条带开采
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In partial mining, the surface subsidence is mainly caused by pillars and strata compression
4、条带开采注意的问题
•上行开采顺序有利于保留条带基本不再受 重复采动影响。
•当煤层间距较小时上下煤层或上下分层的 煤柱要对齐。 •保留条带中尽量不开掘巷道或少开掘巷道 •不得随意扩大采出条带宽度和缩小保留条 带宽度。
pm (0 .6 0 4 .3W p 6 /h )n
式中 σp——煤柱实际强度，MPa； σm——立方体煤柱强度，MPa； Wp——条带煤柱宽度，m; n——当Wp/h＞5时，n=1.4; 当Wp/h＜5时，n=1。
• 渐进破坏理论认为：煤体变形破坏是一 个复杂而渐近的过程。
对应煤体变形破坏过程的三个阶段，可将 煤柱变形破坏分成三个区，即松弛区、塑 性区及弹性区。
三、条带开采沉陷预计方法
•概率积分法 •数值模拟法 •实测纠偏法
200
200
500
60
60
500
50
2.5
2200
0 0
-0.02
-0.04
-0.06
300
600
900
a
ab
abc
-0.08
abcd
-0.1 -0.12 -0.14 -0.16
abcde ab+bc-b ab+bc+cd-b-c ab+bc+cd+de-b-c-d 下沉量 /m
轴抗压强度，通过下式来计算立方体煤柱
的原位强度：
m c
D 0.9
式中 σm——立方体煤柱的原位强度，MPa ; σc——实验室试样的平均单轴抗压强度，
MPa； D——实验室圆柱体试样的直径或立方体试
样的边长，m。
考虑煤柱形状的影响，各国学者提出多个 煤柱强度的估算公式，目前应用较多且实用 性更强的为比涅乌斯基（Bieniawski）公式， 其具体计算公式为：
松弛区 塑性区 x0
弹性区
塑性区 松弛区 x0
• 渐进破坏理论的煤柱稳定判别条件为：
Wp 2x0 65%
Wp
• 选择威尔逊公式计算煤柱屈服区宽度。
威尔逊（Willson）煤柱屈服区宽度简化 公式，即：
x0=0.00492hH 式中 x0——煤柱屈服区宽度，m；
h——煤层采高，m； H——煤层采深，m。
300
400
500
1#测线的动态下沉曲线图
X /m
600
700
2004年7月6日 2003年12月24日 2003年11月18日
2003年9月26日 2003年6月26日 2002年8月16日 2002年7月10日
2002年6月6日 2004年11月23日
四 溜 7 2 4 8风 巷 煤 上 山
7248 机 巷
二 四
轨
V III
IX
道1996上 Nhomakorabea7226 机 巷
山
探巷
7228 机 巷
图 4-33 探 测 巷 道 布 置 图
探测结果
对二二采区第3留设条带煤 柱稳定性进行掘巷工程探 测结果表明，采空区冒落 充填密实，煤柱处于三向 采状态，煤柱无明显滑移 和抽冒现象。煤体松驰区 宽度约为2.0m左右，与钻 孔深基点观测结果一致， 煤体屈服区宽度在回采结 束2.5年后未继续发展。
Partial Mining Stress Distribution
Surface subsidence mechanism of partial mining is different from the the longwall mining( whole mining without big pillars)
ba
1、条带划分的类型
❖以条带面推进方向 走向条带 搬家少
稳定性差 倾斜条带 搬家多
稳定性好
ba
2、条带采煤法的适用条件
•地面为密集建筑群、结构复杂的或纪念性的 建筑物；
•难搬迁的村庄； •铁路桥梁、隧道或铁路干线下；
•水体下的煤层及受岩溶承压水威胁的上方煤 层；
条带采煤法开采的理想地质条件：
煤层埋深小于400500m，单一薄及中厚煤层， 厚度比较稳定，顶底板岩层和煤层较硬。
5
a
充填条带
h
2
条带煤柱强度稳定性评价方法 煤柱稳定性评价方法可归纳为两类：一是 极限强度理论；另一是渐进破坏理论。 • 极限强度理论的煤柱稳定判别条件为：
Fp 1.5~2.0
Pp
选择“辅助面积法”求取煤柱载荷；按比 涅乌斯基公式求取煤柱强度。
（2）条带煤柱强度确定方法
由实验室较小尺寸试样获得的煤块单
下条带开采期间
上条带开采期间
日期
02-10-28 03-4-26 03-10-23 04-4-20 04-10-17
-0.1
-0.15 -0.2
17#点下沉量
-0.25 下沉量 m
图 6.4b 17#点受采动影响后的动态下沉情况
50
0
0
100
-50
-100
-150
-200
-250 下沉/mm
200
1042 上 条 带 风 巷
改造切眼 2003年12月31日收作
Ⅰ
1042
2003
65o ∠70o H=7M
Ⅺ 1042 上 条 带 机 巷
1042 轨道巷
75o ∠70o H=12M
1042 上 条 带 风 巷
改造切眼 2002年6月7日收作
Ⅵ 1042 下 条 带 机 巷
Ⅴ 1042
2002
5o ∠50o H=17M
X /m
100
150
200
250
2002年6月6日 2002年7月10日 2002年8月16日 2003年6月26日 2003年9月26日 2003年11月18日 2003年12月24日 2004年7月6日 2004年11月23日
图6.3 2#测线的动态下沉曲线图
0.05
0 02-5-1 -0.05
75o ∠75o H=2M
Ⅹ
70o ∠75o H=6M
切
105o ∠50o H=2M
眼
70o ∠75o H=13M
280o ∠60o H=2.2M
皖储决字[1991]071号
四 采 区 边 界
223o ∠68o H=16M
F3-1∠70o H=0-30M
50
0
0
50
-50
-100
-150
-200
-250 下沉/mm
1800 1600
65o ∠70o H=8M 92o ∠65o H=8M 2003年11月收作 I4F17 90o ∠60o H=2M
70o ∠70o H=2M
1042 运斜 2002年7月28日收作
2003年12月31日收作
I4F19 I4F21 60o ∠70o H=2.5M
75o ∠55o H=2.2M
1200
1500
1800
2100 X /m
地表下沉预计
25 m 22 m
7226机巷
闭深合基测点站位I移I 测站
闭合测站I 60 m
观测巷
5m 7m 10m
60 m
条带煤柱
闭合测站III 7228回风巷
溜
轨
道
30 m
煤
上
上
山
山
7
观测巷
上
侧
钻
孔
深
5
基
点
6
4
3
12
21
6
下
5
侧
钻
4
孔深
基
点3
7
煤层
二
C b ab
1 ab Cb
a 1 b
b aC 1 C
a 1C bC
使用关键层判别软件判定覆岩关键层位置 估 算 N o .1 层 关 键 层 破 断 距 估 算 N o .N 层 关 键 层 破 断 距
设计条带采宽或充填 条带宽度
验算煤柱稳定性或设 计充填体强度
使
地表沉陷预计
用
开
采 沉
地表建筑是 否安全？
NO
陷
实
Y ES
测
纠
N o .1 关 键 层 条 件 下 开 采 和 充 填 参 数
偏
软
件
修
N o .N 关 键 层 条 件 下 开 采 和 充 填 参 数
正
技术经济分析
工程应用
最优实施方案
基于关键层理论的建筑物下条带开采设计流程
地表 主关键层
保留条带宽度a
（1) 稳定性要求
宽高比要求
h
a
a 垮落条带 h
b应等于或小于
（1/101/4）H
H
我国已有的采出条 带宽度多在1050m
b
a
采出条带宽度b
•取决于保留条带的宽度和采出率
ba
C b ab
C=Constant ，b a 当采出率恒定时，采出 煤柱宽度增加时，保留条带宽度也增加，煤柱稳 定性也增加。
采出条带宽度b
取决 于保 留条 带的 宽度 和采 出率
3、条带开采的岩层移动和变形特点
A
B
Line B---Pillar Line A---Gob
-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 Subsidence /m
Distance to 400 coal seam
/m 350
300
250
200
150
100
50
0 0
Above gob: subsidence decrease gradually from gob to surface Above pillar: subsidence increase from down to up
3-4 条带开采技术
一、条带开采技术原理 二、条带开采设计方法 三、条带开采沉陷预计 四、条带开采工程实例
一、条带开采技术原理
煤层划分为若干条带，各条带相间开采，采出 条带采出后，由保留条带支撑上覆岩层重量。 条带采煤法能够有效地减少地表变形，减少地 表下沉量可达8090%
主要缺点是采出 率低，采出率 30～60%，巷道 掘进多，工作面 效率低
1000
5B-1
东吴小庙
1200
1042风巷
水沟
1042上回风巷
罗庄
5-1
1042上机巷 水沟
1042下回风巷
1042上采出条带 留设条带
1400
-250 -265
1042下机巷
1042下采出条带
-300
1042机巷
5B-2
-350
1600
F3
2800
2600
-400
2400
2200
2000
1800
•回采巷道采用锚杆支护能起到加固保留条 带的作用。
二、条带开采设计方法
主控参数： 采出条带宽度b 保留条带宽度a 采出率C 设计方法： 经验方法 基于关键层的方法
采出率C
C b 10% 0 ab
C一般为4060%
ba
采出条带宽度b
•地表要避免出现波浪形下沉盆地 采宽等于或大于三分之一埋深时，地表 就要出现波浪形的下沉盆地。
4、条带开采注意的问题
•上行开采顺序有利于保留条带基本不再受 重复采动影响。
•当煤层间距较小时上下煤层或上下分层的 煤柱要对齐。 •保留条带中尽量不开掘巷道或少开掘巷道 •不得随意扩大采出条带宽度和缩小保留条 带宽度。
pm (0 .6 0 4 .3W p 6 /h )n
式中 σp——煤柱实际强度，MPa； σm——立方体煤柱强度，MPa； Wp——条带煤柱宽度，m; n——当Wp/h＞5时，n=1.4; 当Wp/h＜5时，n=1。
• 渐进破坏理论认为：煤体变形破坏是一 个复杂而渐近的过程。
对应煤体变形破坏过程的三个阶段，可将 煤柱变形破坏分成三个区，即松弛区、塑 性区及弹性区。
三、条带开采沉陷预计方法
•概率积分法 •数值模拟法 •实测纠偏法
200
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60
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-0.02
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a
ab
abc
-0.08
abcd
-0.1 -0.12 -0.14 -0.16
abcde ab+bc-b ab+bc+cd-b-c ab+bc+cd+de-b-c-d 下沉量 /m
轴抗压强度，通过下式来计算立方体煤柱
的原位强度：
m c
D 0.9
式中 σm——立方体煤柱的原位强度，MPa ; σc——实验室试样的平均单轴抗压强度，
MPa； D——实验室圆柱体试样的直径或立方体试
样的边长，m。
考虑煤柱形状的影响，各国学者提出多个 煤柱强度的估算公式，目前应用较多且实用 性更强的为比涅乌斯基（Bieniawski）公式， 其具体计算公式为：
松弛区 塑性区 x0
弹性区
塑性区 松弛区 x0
• 渐进破坏理论的煤柱稳定判别条件为：
Wp 2x0 65%
Wp
• 选择威尔逊公式计算煤柱屈服区宽度。
威尔逊（Willson）煤柱屈服区宽度简化 公式，即：
x0=0.00492hH 式中 x0——煤柱屈服区宽度，m；
h——煤层采高，m； H——煤层采深，m。
300
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1#测线的动态下沉曲线图
X /m
600
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2004年7月6日 2003年12月24日 2003年11月18日
2003年9月26日 2003年6月26日 2002年8月16日 2002年7月10日
2002年6月6日 2004年11月23日
四 溜 7 2 4 8风 巷 煤 上 山
7248 机 巷
二 四
轨
V III
IX
道1996上 Nhomakorabea7226 机 巷
山
探巷
7228 机 巷
图 4-33 探 测 巷 道 布 置 图
探测结果
对二二采区第3留设条带煤 柱稳定性进行掘巷工程探 测结果表明，采空区冒落 充填密实，煤柱处于三向 采状态，煤柱无明显滑移 和抽冒现象。煤体松驰区 宽度约为2.0m左右，与钻 孔深基点观测结果一致， 煤体屈服区宽度在回采结 束2.5年后未继续发展。
Partial Mining Stress Distribution
Surface subsidence mechanism of partial mining is different from the the longwall mining( whole mining without big pillars)
ba
1、条带划分的类型
❖以条带面推进方向 走向条带 搬家少
稳定性差 倾斜条带 搬家多
稳定性好
ba
2、条带采煤法的适用条件
•地面为密集建筑群、结构复杂的或纪念性的 建筑物；
•难搬迁的村庄； •铁路桥梁、隧道或铁路干线下；
•水体下的煤层及受岩溶承压水威胁的上方煤 层；
条带采煤法开采的理想地质条件：
煤层埋深小于400500m，单一薄及中厚煤层， 厚度比较稳定，顶底板岩层和煤层较硬。
5
a
充填条带
h
2
条带煤柱强度稳定性评价方法 煤柱稳定性评价方法可归纳为两类：一是 极限强度理论；另一是渐进破坏理论。 • 极限强度理论的煤柱稳定判别条件为：
Fp 1.5~2.0
Pp
选择“辅助面积法”求取煤柱载荷；按比 涅乌斯基公式求取煤柱强度。
（2）条带煤柱强度确定方法
由实验室较小尺寸试样获得的煤块单
下条带开采期间
上条带开采期间
日期
02-10-28 03-4-26 03-10-23 04-4-20 04-10-17
-0.1
-0.15 -0.2
17#点下沉量
-0.25 下沉量 m
图 6.4b 17#点受采动影响后的动态下沉情况
50
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-150
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-250 下沉/mm
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1042 上 条 带 风 巷
改造切眼 2003年12月31日收作
Ⅰ
1042
2003
65o ∠70o H=7M
Ⅺ 1042 上 条 带 机 巷
1042 轨道巷
75o ∠70o H=12M
1042 上 条 带 风 巷
改造切眼 2002年6月7日收作
Ⅵ 1042 下 条 带 机 巷
Ⅴ 1042
2002
5o ∠50o H=17M
X /m
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2002年6月6日 2002年7月10日 2002年8月16日 2003年6月26日 2003年9月26日 2003年11月18日 2003年12月24日 2004年7月6日 2004年11月23日
图6.3 2#测线的动态下沉曲线图
0.05
0 02-5-1 -0.05
75o ∠75o H=2M
Ⅹ
70o ∠75o H=6M
切
105o ∠50o H=2M
眼
70o ∠75o H=13M
280o ∠60o H=2.2M
皖储决字[1991]071号
四 采 区 边 界
223o ∠68o H=16M
F3-1∠70o H=0-30M
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-250 下沉/mm
1800 1600
65o ∠70o H=8M 92o ∠65o H=8M 2003年11月收作 I4F17 90o ∠60o H=2M
70o ∠70o H=2M
1042 运斜 2002年7月28日收作
2003年12月31日收作
I4F19 I4F21 60o ∠70o H=2.5M
75o ∠55o H=2.2M
1200
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1800
2100 X /m
地表下沉预计
25 m 22 m
7226机巷
闭深合基测点站位I移I 测站
闭合测站I 60 m
观测巷
5m 7m 10m
60 m
条带煤柱
闭合测站III 7228回风巷
溜
轨
道
30 m
煤
上
上
山
山
7
观测巷
上
侧
钻
孔
深
5
基
点
6
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3
12
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6
下
5
侧
钻
4
孔深
基
点3
7
煤层
二
C b ab
1 ab Cb
a 1 b
b aC 1 C
a 1C bC
使用关键层判别软件判定覆岩关键层位置 估 算 N o .1 层 关 键 层 破 断 距 估 算 N o .N 层 关 键 层 破 断 距
设计条带采宽或充填 条带宽度
验算煤柱稳定性或设 计充填体强度
使
地表沉陷预计
用
开
采 沉
地表建筑是 否安全？
NO
陷
实
Y ES
测
纠
N o .1 关 键 层 条 件 下 开 采 和 充 填 参 数
偏
软
件
修
N o .N 关 键 层 条 件 下 开 采 和 充 填 参 数
正
技术经济分析
工程应用
最优实施方案
基于关键层理论的建筑物下条带开采设计流程
地表 主关键层
保留条带宽度a
（1) 稳定性要求
宽高比要求
h
a
a 垮落条带 h
b应等于或小于
（1/101/4）H
H
我国已有的采出条 带宽度多在1050m
b
a
采出条带宽度b
•取决于保留条带的宽度和采出率
ba
C b ab
C=Constant ，b a 当采出率恒定时，采出 煤柱宽度增加时，保留条带宽度也增加，煤柱稳 定性也增加。
采出条带宽度b
取决 于保 留条 带的 宽度 和采 出率
3、条带开采的岩层移动和变形特点
A
B
Line B---Pillar Line A---Gob
-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 Subsidence /m
Distance to 400 coal seam
/m 350
300
250
200
150
100
50
0 0
Above gob: subsidence decrease gradually from gob to surface Above pillar: subsidence increase from down to up
3-4 条带开采技术
一、条带开采技术原理 二、条带开采设计方法 三、条带开采沉陷预计 四、条带开采工程实例
一、条带开采技术原理
煤层划分为若干条带，各条带相间开采，采出 条带采出后，由保留条带支撑上覆岩层重量。 条带采煤法能够有效地减少地表变形，减少地 表下沉量可达8090%
主要缺点是采出 率低，采出率 30～60%，巷道 掘进多，工作面 效率低
1000
5B-1
东吴小庙
1200
1042风巷
水沟
1042上回风巷
罗庄
5-1
1042上机巷 水沟
1042下回风巷
1042上采出条带 留设条带
1400
-250 -265
1042下机巷
1042下采出条带
-300
1042机巷
5B-2
-350
1600
F3
2800
2600
-400
2400
2200
2000
1800
•回采巷道采用锚杆支护能起到加固保留条 带的作用。
二、条带开采设计方法
主控参数： 采出条带宽度b 保留条带宽度a 采出率C 设计方法： 经验方法 基于关键层的方法
采出率C
C b 10% 0 ab
C一般为4060%
ba
采出条带宽度b
•地表要避免出现波浪形下沉盆地 采宽等于或大于三分之一埋深时，地表 就要出现波浪形的下沉盆地。