林盛煤矿铁路保护煤柱开采可行性研究
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从经济性、安全性确定铁路保护煤柱条带开采为首选开采方案，并进行了条带开采后 的地表移动、变形预计，分别得到了铁路地表处的移动、变形及铁路受到的影响程度。
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F30 F2 0
F15 F14 F 13 F 12 - 1 F12 F1 0 F9 F7 F6 F3
下沉系数 q 水平移动系数 b 主要影响角正 开采影响传播角
切 tgβ
θ(°)
拐点偏移距 s(m)
全陷法
0Hale Waihona Puke Baidu72
0.40
采空充填法
0.30
0.40
条带开采法
0.21
0.40
2.2
90°－0.6α
2.2
90°－0.6α
2.2
90°－0.6α
0.19H 0.19H 0.19H
3. 3 林盛煤矿铁路保护煤柱开采方案设计
林盛煤矿隶属于沈阳市苏家屯区林盛堡和沙河两镇所辖，北起苏家屯、南经柳三家；西 起四方台、林盛堡，吉祥屯，东至官屯、乱术屯、吴八家子。南北走向长 9 公里，东西走向 宽 3 公里，面积为 27 平方公里。区内交通方便，长大铁路从本井田南北通过，矿区专用铁 路在林盛堡站与国铁相连接，以林盛堡车站为中心，南距辽阳 33 公里，北距沈阳 25 公里。 井田西临沈大高速公路，东有哈太公路村镇民用公路及矿区公路交织在一起，交通极为方便。
在保证地下采煤引起的铁路路基极其上部建筑的移动、变形的时空变化是连续的。这种 连续位移形态呈平稳、渐变形式，不发生突变或突然塌陷现象。经过组织工作的周密和切实 可行的维修措施，既回收了煤炭资源，增加了经济效益，又实现了铁路运输安全畅通，达到 了采煤保路、效益显著的目的，铁路下采煤是可行的。
2. 工程概况
1. 引言
据统计，目前全国“三下”压煤约为 137.64 亿 t，其中铁路下 23.91 亿 t，在某些矿区，“三 下”压煤的储量约占矿区开采储量的 60％。通过“三下”开采的研究，如能将“三下”压煤采出 50％ ，就可供 66 个年产 100 万 t 的大型矿井生产 100 多年。我国是一个以煤炭为主要能源 的国家，煤炭在能源生产和消费中的比例一直在 70%以上，而且这种格局短期内不会根本 改变，因此为了实现国民经济和社会可持续发展，更好的落实和贯彻科学发展观，对现有煤 炭资源作一次性全面的回收是必要的，也是必须的。
根据林盛煤矿工业广场保护煤柱、铁路保护煤柱、断层、火成岩的范围，以工业广场 保护煤柱为中心，将南翼划分为 6 个块段、北翼划分为 8 个块段（如图 3-1 所示），为开采 方案的预计计算块段。
开采方案对比： (1)即铁路保护煤柱全部开采采用采空区充填方法，井下采空区充填方法是一项比较成 熟的控制地表沉陷的措施，不仅可以大大地减小覆岩层的破坏程度，而且可使地表的移动、 变形值大幅度减小，而且能充分开采地下煤炭资源。根据具体保护对象，可选择水砂充填、 风力充填、矸石自溜充填、矸石带状充填等。此方法的不足在于开采工序增多，影响生产效 率，生产成本投资增大。
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林盛煤矿铁路保护煤柱开采可行性研究
苏仲杰 1，关月洁 1，王猛 2
1 辽宁工程技术大学土木建筑工程学院，辽宁阜新（123000） 2 辽宁工程技术大学资源与环境工程学院，辽宁阜新（123000）
E-mail：suzhong_jie@163.com
摘 要：本文对林盛煤矿铁路保护煤柱开采的可行性进行研究，针对条带开采方案作了比较 详细的论述，提出采用条带开采方案回收煤柱，从条带开采地表移动和变形规律分析，到条 带开采煤柱安全性分析，以及条带法开采铁路安全性分析，说明条带开采回收林盛煤矿铁路 保护煤柱是必要的也是可行的。 关键词：铁路保护煤柱，条带开采，地表移动和变形，可行性分析 中图分类号：TD82
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3. 林盛煤矿铁路保护煤柱开采方案设计
3. 1 计算方法
林盛煤矿上覆岩层性质为中硬，煤层大部分为倾斜、缓倾斜(局部急倾斜)，倾斜、缓倾 斜煤层开采后地表沉陷规律基本符合随机介质理论，可以用概率积分法进行计算。
3. 2 计算参数
开采方法
表 1 林盛矿采煤沉陷程度计算概率积分法参数表
我国在铁路下采煤已在个别矿区取得成功。如东北矿区内Ⅰ级铁路干线下采煤实验，于 1978 年 11 月至 1985 年 10 月间在沈阳至丹东干线本溪段内进行，这也是我国境内唯一的在 Ⅰ级干线下采煤实例；国铁干线又分Ⅰ级干线、Ⅱ级国铁干线下采煤实验，是由鸡西矿务局 与唐山矿山测量研究所科技人员、专家合作在林密线下进行的[1]。
林盛煤矿铁路下压煤丰富。1999 年末平衡表内能利用储量为 10658.9 万 t，其中可采储 量为 2674.5 万 t；设计损失为 7903.6 万 t 在设计损失中：防水煤柱为 903.8 万 t；铁路煤柱 为 3584 万 t；工业广场煤柱为 1238 万 t；风井煤柱为 1213 万 t.在 20a 的开采过程中，因地 质构造复杂，火成岩侵入形成岩床、岩墙，储量面积损失、厚度损失、阶段煤柱损失较多， 采区回采率只能达到 74％。
(2)铁路保护煤柱全部开采，全陷法管理顶板。铁路保护煤柱全部开采，顶板采用全陷 法管理。此方法增加了覆岩及地表的移动、变形量，地表严重的移动、变形使铁路的维修维 修造成困难，并且直接影响铁路的正常运行。
(3)铁路保护煤柱条带开采方法；条带开采法是一种部分开采方法，它将开采区段划分 为比较规则的条带状，采一条，留一条，使留下的条带煤柱能充分支撑上覆岩层的载荷。在 整个开采条带全部采出后，地表形成单一均匀的下沉盆地，并产生微小的移动与变形。该方 法与全部方法相比，采出率较低，但它能有效地控制地表的移动和变形。是实现建筑物、水 体、铁路下压煤开采的重要技术措施之一。
铁路 线 沈大
F21
十 二 煤 工 业 广 场 保 护 煤 柱 线
F36
十
二
煤
工 业
广
场
工
业 广
场
保
围
护 带
护
煤 柱
线
图 1 铁路保护煤柱开采计算块段分布图
4. 煤柱条带开采技术可行性分析
4. 1 煤柱安全性分析
条采留设煤柱能承受的极限载荷由下式计算[2]：
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F15 F14 F 13 F 12 - 1 F12 F1 0 F9 F7 F6 F3
下沉系数 q 水平移动系数 b 主要影响角正 开采影响传播角
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拐点偏移距 s(m)
全陷法
0Hale Waihona Puke Baidu72
0.40
采空充填法
0.30
0.40
条带开采法
0.21
0.40
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90°－0.6α
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2.2
90°－0.6α
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3. 3 林盛煤矿铁路保护煤柱开采方案设计
林盛煤矿隶属于沈阳市苏家屯区林盛堡和沙河两镇所辖，北起苏家屯、南经柳三家；西 起四方台、林盛堡，吉祥屯，东至官屯、乱术屯、吴八家子。南北走向长 9 公里，东西走向 宽 3 公里，面积为 27 平方公里。区内交通方便，长大铁路从本井田南北通过，矿区专用铁 路在林盛堡站与国铁相连接，以林盛堡车站为中心，南距辽阳 33 公里，北距沈阳 25 公里。 井田西临沈大高速公路，东有哈太公路村镇民用公路及矿区公路交织在一起，交通极为方便。
在保证地下采煤引起的铁路路基极其上部建筑的移动、变形的时空变化是连续的。这种 连续位移形态呈平稳、渐变形式，不发生突变或突然塌陷现象。经过组织工作的周密和切实 可行的维修措施，既回收了煤炭资源，增加了经济效益，又实现了铁路运输安全畅通，达到 了采煤保路、效益显著的目的，铁路下采煤是可行的。
2. 工程概况
1. 引言
据统计，目前全国“三下”压煤约为 137.64 亿 t，其中铁路下 23.91 亿 t，在某些矿区，“三 下”压煤的储量约占矿区开采储量的 60％。通过“三下”开采的研究，如能将“三下”压煤采出 50％ ，就可供 66 个年产 100 万 t 的大型矿井生产 100 多年。我国是一个以煤炭为主要能源 的国家，煤炭在能源生产和消费中的比例一直在 70%以上，而且这种格局短期内不会根本 改变，因此为了实现国民经济和社会可持续发展，更好的落实和贯彻科学发展观，对现有煤 炭资源作一次性全面的回收是必要的，也是必须的。
根据林盛煤矿工业广场保护煤柱、铁路保护煤柱、断层、火成岩的范围，以工业广场 保护煤柱为中心，将南翼划分为 6 个块段、北翼划分为 8 个块段（如图 3-1 所示），为开采 方案的预计计算块段。
开采方案对比： (1)即铁路保护煤柱全部开采采用采空区充填方法，井下采空区充填方法是一项比较成 熟的控制地表沉陷的措施，不仅可以大大地减小覆岩层的破坏程度，而且可使地表的移动、 变形值大幅度减小，而且能充分开采地下煤炭资源。根据具体保护对象，可选择水砂充填、 风力充填、矸石自溜充填、矸石带状充填等。此方法的不足在于开采工序增多，影响生产效 率，生产成本投资增大。
http://www.paper.edu.cn
林盛煤矿铁路保护煤柱开采可行性研究
苏仲杰 1，关月洁 1，王猛 2
1 辽宁工程技术大学土木建筑工程学院，辽宁阜新（123000） 2 辽宁工程技术大学资源与环境工程学院，辽宁阜新（123000）
E-mail：suzhong_jie@163.com
摘 要：本文对林盛煤矿铁路保护煤柱开采的可行性进行研究，针对条带开采方案作了比较 详细的论述，提出采用条带开采方案回收煤柱，从条带开采地表移动和变形规律分析，到条 带开采煤柱安全性分析，以及条带法开采铁路安全性分析，说明条带开采回收林盛煤矿铁路 保护煤柱是必要的也是可行的。 关键词：铁路保护煤柱，条带开采，地表移动和变形，可行性分析 中图分类号：TD82
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3. 林盛煤矿铁路保护煤柱开采方案设计
3. 1 计算方法
林盛煤矿上覆岩层性质为中硬，煤层大部分为倾斜、缓倾斜(局部急倾斜)，倾斜、缓倾 斜煤层开采后地表沉陷规律基本符合随机介质理论，可以用概率积分法进行计算。
3. 2 计算参数
开采方法
表 1 林盛矿采煤沉陷程度计算概率积分法参数表
我国在铁路下采煤已在个别矿区取得成功。如东北矿区内Ⅰ级铁路干线下采煤实验，于 1978 年 11 月至 1985 年 10 月间在沈阳至丹东干线本溪段内进行，这也是我国境内唯一的在 Ⅰ级干线下采煤实例；国铁干线又分Ⅰ级干线、Ⅱ级国铁干线下采煤实验，是由鸡西矿务局 与唐山矿山测量研究所科技人员、专家合作在林密线下进行的[1]。
林盛煤矿铁路下压煤丰富。1999 年末平衡表内能利用储量为 10658.9 万 t，其中可采储 量为 2674.5 万 t；设计损失为 7903.6 万 t 在设计损失中：防水煤柱为 903.8 万 t；铁路煤柱 为 3584 万 t；工业广场煤柱为 1238 万 t；风井煤柱为 1213 万 t.在 20a 的开采过程中，因地 质构造复杂，火成岩侵入形成岩床、岩墙，储量面积损失、厚度损失、阶段煤柱损失较多， 采区回采率只能达到 74％。
(2)铁路保护煤柱全部开采，全陷法管理顶板。铁路保护煤柱全部开采，顶板采用全陷 法管理。此方法增加了覆岩及地表的移动、变形量，地表严重的移动、变形使铁路的维修维 修造成困难，并且直接影响铁路的正常运行。
(3)铁路保护煤柱条带开采方法；条带开采法是一种部分开采方法，它将开采区段划分 为比较规则的条带状，采一条，留一条，使留下的条带煤柱能充分支撑上覆岩层的载荷。在 整个开采条带全部采出后，地表形成单一均匀的下沉盆地，并产生微小的移动与变形。该方 法与全部方法相比，采出率较低，但它能有效地控制地表的移动和变形。是实现建筑物、水 体、铁路下压煤开采的重要技术措施之一。
铁路 线 沈大
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十 二 煤 工 业 广 场 保 护 煤 柱 线
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护 带
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煤 柱
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图 1 铁路保护煤柱开采计算块段分布图
4. 煤柱条带开采技术可行性分析
4. 1 煤柱安全性分析
条采留设煤柱能承受的极限载荷由下式计算[2]：