099-建筑物下压煤条带煤柱支护设计
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方案 2 条带采宽 120m，留宽 80m，采出率为 60% 并进行巷柱式联合加固。
通过对 2 方案条带煤柱未加固时的安全系数、 煤柱的宽高比及煤柱核区率等进行检核得出： 方案 1 条带煤柱满足条带煤柱稳定性的要求，而方案 2 条带煤柱安全系数小于要求的安全系数，结合该区 域复杂的地质条件，煤柱存在垮塌的隐患。故取方 案 1 为原方案的优化方案。与原方案相比，条采面 采宽增加 20m，留宽减少 20m，采出率提高 10% 。 2. 1 锚杆支护设计
煤矿开采
2012 年第 5 期
2 条带开采优化设计
为最大限度地提高煤炭采出率，延长矿井服务 年限，对原设计的条带开采采 80m、留 120m 进行 优化设计 （ 简称原方案） 。在原方案的基础上，提 出如下 2 个条带开采方案供优选分析：
方案 1 条带采宽 100m，留宽 100m，采出率 为 50% 并进行巷柱式联合加固。
1 条带开采区井上下概况
条 带 开 采 区 走 向 长 1372 ～ 1396m， 平 均
1384m，倾斜长 106 ～ 220m，平均 163m。工作面标 高为－991. 5 ～ －1098. 1m，地面标高 48m。区域内 出露地层从下至上有寒武系、奥陶系、石炭系、二 迭系和第四系。第四系松散层厚度 5 ～ 10m。开采 煤层为石炭二系 12 煤，煤层平均采厚 2. 1m，平均 倾角 35°。直接顶为黑色腐泥质黏土岩，平均厚度 1. 86m，抗压强度为 10. 86MPa，直接顶强度较大， 而基本顶强度较小，直接底为深灰色粉砂岩，泥质 胶结。根据相邻工作面回采实践，巷道矿压显现较 大，特别 是 底 鼓 严 重。 地 质 构 造 复 杂， 有 多 条 断 层，都会给巷道维护和安全生产带来不利影响。水 文情况较为简单，对生产影响不大。采用走向长壁 采煤法，全部垮落法控制顶板，回采工艺为爆破采 煤工艺。
Abstract： This paper optimized the design of strip mining under buildings in a mine and put forward roadway-pillar combined reinforcement technology which included reducing pillar width，applying anchored bolt to supporting coal-pillar. Parameters of anchored bolt supporting and coal-pillar design were present. Keywords： coal under building； strip mining； coal pillar； roadway-pillar combined reinforcement； mining ratio
依据 《混凝土结构设计规范》、 《普通混凝土 配合比设计规程》，以最优配筋率为准则对巷柱具 体尺寸和形状进行了设计和分析，经对各种情况下 综合比较得出： 当巷柱排距为 800mm 时，选用尺 寸为 500mm×500mm 的矩形巷柱，直径为 32mm 的 HRB400 型钢筋 4 根，直径 10mm 的箍筋 8 根； 当 巷柱 排 距 为 1600mm 时， 选 用 尺 寸 为 700mm × 700mm 的矩形，直径为 32mm 的 HRB400 型钢筋 8 根，直径 10mm 的箍筋 8 根。优选后一种巷柱支护 参数，巷柱截面配筋分布示意见图 2。 2. 3 效益分析
巷柱设计为钢筋混凝土柱，且配置一定数量的 纵筋。混凝土强度等级采用 C30 ～ C40，钢筋采用 HRB400 级钢 筋。巷 柱 的 尺 寸 不 能 影 响 巷 道 的 通 风、运输、行人等，同时与煤壁的距离不宜太大， 选用距离为 500mm； 巷柱的排距结合锚杆支护设 计，把巷柱的位置设在锚杆支护较弱的位置 （ 即 位于两 锚 杆 中 间） ，所 以 巷 柱 排 距 初 步 确 定 为 800mm 及 1600mm。根据巷柱的不同位置，有 3 种 不同情况的巷柱设计： 巷柱位于巷道上帮侧 （ 煤 壁） ； 巷柱位于巷道下帮侧 （ 工作面） ； 巷柱位于 巷道两帮。
锚杆支护参数的选择基于工程类比法分 2 种情 况： 一种采取常规锚杆间排距，一种采用加大锚杆 间排距。常规锚杆间排距取 0. 8m，此段先行采用， 通过对此段支护效果的观测分析，如巷道变形量、 顶板离层和锚杆受力等都很小，再试验加大锚杆间 排距。初步确定锚杆间距扩大到 1m，锚杆排距加 大到 0. 9m。锚杆支护初始设计如下：
条带开采作为部分开采方法之一，虽然其采出 率低，但因其能有效地控制覆岩及地表的移动和变 形，在目前的经济技术条件下，仍不失为建筑物下 压煤开采的一种切实可行的技术途径，在我国煤矿 仍被广泛采用［1－3］。
为适应煤矿高采出率开采技术的要求，尽量多 的回收宝贵的煤炭资源，如何进一步提高条带开采 的采出率，则是目前我国条带开采研究的技术关 键。以某矿建筑物群下压煤条带开采区为工程背 景，对原条带开采设计进行了优化，提出了缩小留 设条带煤柱，并对留设煤柱进行锚杆和巷柱的联合 加固技术方法———巷柱式联合加固留设煤柱技术， 进而提高条带开采采出率。目前国内外煤柱加固的 方法很多［4－10］，已取得了一定的理论成果和实践经 验，已有的煤柱加固方法有： 木销和锚杆加固、注 浆加固、矸石及木垛加固和高水材料墙加固等。但 条带煤柱锚杆加固和巷道支撑柱联合加固技术至今 是一个空白。研究对老矿井资源挖潜，延长矿井服 务年限等具有重要意义。
LIU Yi-xin1 ，DAI Hua-yang1 ，DONG Rong-quan2 ，TIAN Xiu-guo2 ，LIAO Meng-guang1
（ 1. China University of Mining ＆ Technology （ Beijing） ，Beijing 100083，China； 2. Kailuan （ Group） Co. ，Ltd. ，Tangshan 063018，China）
（ 1） 顶 板 为 22mm × 2200mm，MSGLW － 500 高强左旋螺 纹 钢， 屈 服 强 度 ≥500 MP a， 破 断 力 ≥ 250kN，杆体延伸率≥23% ； 配高强可调托盘，W 钢带采用厚 2. 5mm 的 Q235 钢板冷压成型； 金属网 采用普 通 矿 用 菱 形 金 属 网。锚 索 直 径 15. 24mm， 长度 7000mm。加 长 锚 固，MSCK2333 型 锚 固 剂 1 卷，MSK2333 型 2 卷。
DOI:10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2012.05.025
第 17 卷 第 5 期 （ 总第 108 期） 2012 年 10 月
煤矿开采 Coal mining Technology
特殊采煤与矿区环境治理
Vo1. 17No. 5 （ Series No. 108） October 2012
（ 2） 提出了巷柱式联合加固留设煤柱条带开 采技术，并对试验区进行了设计，并给出了锚杆和
［1］ 何国清，杨 伦，凌赓娣，等 . 矿山开采沉Biblioteka Baidu学 ［M］ . 徐 州： 中国矿业大学出版社，1994.
同时，条采区采用巷柱式联合加固进行开采， 有效地解放了大量宝贵的煤炭资源，增加了原煤产 量，避免了国家资源的浪费，延长了矿井服务年 限，经济效益和社会效益明显。
3 结论
（ 1 ） 对 试 验 区 原 条 带 开 采 设 计 （ 采 宽 80m， 留宽 120m，采出率为 40% ） 进行了优化，提出了 优化 方 案： 采 宽 100m， 留 宽 100m， 采 出 率 为 50% 。
（ 3） 巷道上帮高 3. 9m，下帮高 1. 75m，斜长 4. 2m，中宽 3. 5m，中 高 2. 6m，开 采 煤 厚 2. 1m。 常规锚杆布置如图 1 所示。
（ 4） 由于巷道埋深较大，且岩层结构比较复 杂，单靠锚杆支护不能有效地防止深部围岩产生离 层。采用长度为 7m 的 15. 24mm 低松弛钢绞线锚
好的经济效益和社会效益，可为类似条件的开采提
图 2 巷柱排距为 1600mm 的巷柱尺寸与配筋
供借鉴。
而言，条带开采区采用优化方案与原方案相比，采
［参考文献］
出率由 40% 增加至 50% ，采出率提高 10% ； 采出 量增 加 约 10kt； 生 产 利 润 由 1163. 7 万 元 增 加 到 1727. 5 万元； 29U 或 36U 型钢巷道支护成本 52. 5 万元，锚 杆 支 护 成 本 为 21. 3 万 元，巷 柱 费 用 为 25. 3 万元； 优选方案节约支护成本 5. 9 万元； 优 选方案比原方案多得经济效益 579. 8 万元。
建筑物下压煤条带煤柱支护设计
刘义新1 ，戴华阳1 ，董荣泉2 ，田秀国2 ，廖孟光1
（ 1. 中国矿业大学 （ 北京） ，北京 100083； 2. 开滦 （ 集团） 有限责任公司，河北 唐山 063018）
［摘 要］ 以某矿建筑物群下压煤条带开采区为工程背景，对原条带开采设计进行了优化，提 出了缩小留设条带煤柱，并对留设煤柱进行锚杆和巷柱的联合加固技术方法———巷柱式联合加固留设 煤柱条带开采技术，并给出了锚杆和巷柱的有关设计参数。
［收稿日期］ 2012－07－18 ［基金项目］ 教育部 2011 年度高等学校博士学科点专项科研基金 （ 博导类） 资助项目 （ 20110023110014） ［作者简介］ 刘义新 （ 1980－） ，男，山东栖霞人，博士，在站博士后，从事矿山开采沉陷和 “三下” 采煤方面的研究工作。
67
总第 108 期
（ 2） 两帮锚杆为 20mm×2000mm，20MnSi 左 旋 螺 纹 钢 锚 杆， 屈 服 强 度 335MPa， 破 断 力 ≥ 150kN，杆体延伸率 ≥16% 。金属网与顶板相同， 钢筋 梁 采 用 矿 上 常 规 规 格， 钢 筋 直 径 为 12 ～ 14mm； 托盘与杆体强度相匹配，一般厚度不低于 8mm，规格 120mm×120mm。加长锚固，锚固剂用 量同顶板。
68
图 1 常规锚杆布置断面
索补强。锚索布置为沿巷道走向打双排锚索，即每 隔两排锚杆，打两根锚索。锚索布置在距两帮 1m 处，打在两排锚杆中间。 2. 2 巷道巷柱加固设计
为确保留设条带煤柱的长期稳定性，保证煤柱 有足够的承载力，可采用锚杆+巷柱的联合支护体 系，即在巷道锚杆支护的基础上，在巷道中施加巷 柱，且作为一种永久的点柱支护。巷柱能够有效地 支撑巷道上方的顶板，充分发挥巷旁支护对顶板 “顶” 的作用，大大减轻了煤柱承受的载荷。
根据该条带开采区的实际情况，计划在回风巷 内靠近终采线处取 150m 巷道作为试验段进行巷柱 式联合加固留设条带煤柱试验。就该 150m 试验段
刘义新等： 建筑物下压煤条带煤柱支护设计
2012 年第 5 期
巷柱的有关设计参数。
（ 3） 按照优化方案开采采出率由 40% 增加到
50% ，试验段 150m 可多采出煤量 10kt，可取得良
［关键词］ 建筑物压煤； 条带开采； 煤柱； 巷柱式联合加固； 采出率 ［中图分类号］ TD355. 9 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1006-6225 （ 2012） 05-0067-03
Supporting Design of Strip Coal-pillar under Buildings
采动区上方地表建筑物有居民住宅 （ 平房和 楼房） 和工厂、学校等结构不同的建筑物，还有 铁路、公路、 供 电 系 统、 通 讯 系 统、 烟 囱 等 构 筑 物。由于建筑质量不一，建 （ 构） 筑物形状、尺 寸、结构不同，所以其抗采动变形能力差异较大。 为确保地表建筑群的安全，决定采用条带开采方式 开采该 区 域。 原 设 计 条 带 采 宽 为 80m， 留 宽 为 120m，采出率为 40% 。
通过对 2 方案条带煤柱未加固时的安全系数、 煤柱的宽高比及煤柱核区率等进行检核得出： 方案 1 条带煤柱满足条带煤柱稳定性的要求，而方案 2 条带煤柱安全系数小于要求的安全系数，结合该区 域复杂的地质条件，煤柱存在垮塌的隐患。故取方 案 1 为原方案的优化方案。与原方案相比，条采面 采宽增加 20m，留宽减少 20m，采出率提高 10% 。 2. 1 锚杆支护设计
煤矿开采
2012 年第 5 期
2 条带开采优化设计
为最大限度地提高煤炭采出率，延长矿井服务 年限，对原设计的条带开采采 80m、留 120m 进行 优化设计 （ 简称原方案） 。在原方案的基础上，提 出如下 2 个条带开采方案供优选分析：
方案 1 条带采宽 100m，留宽 100m，采出率 为 50% 并进行巷柱式联合加固。
1 条带开采区井上下概况
条 带 开 采 区 走 向 长 1372 ～ 1396m， 平 均
1384m，倾斜长 106 ～ 220m，平均 163m。工作面标 高为－991. 5 ～ －1098. 1m，地面标高 48m。区域内 出露地层从下至上有寒武系、奥陶系、石炭系、二 迭系和第四系。第四系松散层厚度 5 ～ 10m。开采 煤层为石炭二系 12 煤，煤层平均采厚 2. 1m，平均 倾角 35°。直接顶为黑色腐泥质黏土岩，平均厚度 1. 86m，抗压强度为 10. 86MPa，直接顶强度较大， 而基本顶强度较小，直接底为深灰色粉砂岩，泥质 胶结。根据相邻工作面回采实践，巷道矿压显现较 大，特别 是 底 鼓 严 重。 地 质 构 造 复 杂， 有 多 条 断 层，都会给巷道维护和安全生产带来不利影响。水 文情况较为简单，对生产影响不大。采用走向长壁 采煤法，全部垮落法控制顶板，回采工艺为爆破采 煤工艺。
Abstract： This paper optimized the design of strip mining under buildings in a mine and put forward roadway-pillar combined reinforcement technology which included reducing pillar width，applying anchored bolt to supporting coal-pillar. Parameters of anchored bolt supporting and coal-pillar design were present. Keywords： coal under building； strip mining； coal pillar； roadway-pillar combined reinforcement； mining ratio
依据 《混凝土结构设计规范》、 《普通混凝土 配合比设计规程》，以最优配筋率为准则对巷柱具 体尺寸和形状进行了设计和分析，经对各种情况下 综合比较得出： 当巷柱排距为 800mm 时，选用尺 寸为 500mm×500mm 的矩形巷柱，直径为 32mm 的 HRB400 型钢筋 4 根，直径 10mm 的箍筋 8 根； 当 巷柱 排 距 为 1600mm 时， 选 用 尺 寸 为 700mm × 700mm 的矩形，直径为 32mm 的 HRB400 型钢筋 8 根，直径 10mm 的箍筋 8 根。优选后一种巷柱支护 参数，巷柱截面配筋分布示意见图 2。 2. 3 效益分析
巷柱设计为钢筋混凝土柱，且配置一定数量的 纵筋。混凝土强度等级采用 C30 ～ C40，钢筋采用 HRB400 级钢 筋。巷 柱 的 尺 寸 不 能 影 响 巷 道 的 通 风、运输、行人等，同时与煤壁的距离不宜太大， 选用距离为 500mm； 巷柱的排距结合锚杆支护设 计，把巷柱的位置设在锚杆支护较弱的位置 （ 即 位于两 锚 杆 中 间） ，所 以 巷 柱 排 距 初 步 确 定 为 800mm 及 1600mm。根据巷柱的不同位置，有 3 种 不同情况的巷柱设计： 巷柱位于巷道上帮侧 （ 煤 壁） ； 巷柱位于巷道下帮侧 （ 工作面） ； 巷柱位于 巷道两帮。
锚杆支护参数的选择基于工程类比法分 2 种情 况： 一种采取常规锚杆间排距，一种采用加大锚杆 间排距。常规锚杆间排距取 0. 8m，此段先行采用， 通过对此段支护效果的观测分析，如巷道变形量、 顶板离层和锚杆受力等都很小，再试验加大锚杆间 排距。初步确定锚杆间距扩大到 1m，锚杆排距加 大到 0. 9m。锚杆支护初始设计如下：
条带开采作为部分开采方法之一，虽然其采出 率低，但因其能有效地控制覆岩及地表的移动和变 形，在目前的经济技术条件下，仍不失为建筑物下 压煤开采的一种切实可行的技术途径，在我国煤矿 仍被广泛采用［1－3］。
为适应煤矿高采出率开采技术的要求，尽量多 的回收宝贵的煤炭资源，如何进一步提高条带开采 的采出率，则是目前我国条带开采研究的技术关 键。以某矿建筑物群下压煤条带开采区为工程背 景，对原条带开采设计进行了优化，提出了缩小留 设条带煤柱，并对留设煤柱进行锚杆和巷柱的联合 加固技术方法———巷柱式联合加固留设煤柱技术， 进而提高条带开采采出率。目前国内外煤柱加固的 方法很多［4－10］，已取得了一定的理论成果和实践经 验，已有的煤柱加固方法有： 木销和锚杆加固、注 浆加固、矸石及木垛加固和高水材料墙加固等。但 条带煤柱锚杆加固和巷道支撑柱联合加固技术至今 是一个空白。研究对老矿井资源挖潜，延长矿井服 务年限等具有重要意义。
LIU Yi-xin1 ，DAI Hua-yang1 ，DONG Rong-quan2 ，TIAN Xiu-guo2 ，LIAO Meng-guang1
（ 1. China University of Mining ＆ Technology （ Beijing） ，Beijing 100083，China； 2. Kailuan （ Group） Co. ，Ltd. ，Tangshan 063018，China）
（ 1） 顶 板 为 22mm × 2200mm，MSGLW － 500 高强左旋螺 纹 钢， 屈 服 强 度 ≥500 MP a， 破 断 力 ≥ 250kN，杆体延伸率≥23% ； 配高强可调托盘，W 钢带采用厚 2. 5mm 的 Q235 钢板冷压成型； 金属网 采用普 通 矿 用 菱 形 金 属 网。锚 索 直 径 15. 24mm， 长度 7000mm。加 长 锚 固，MSCK2333 型 锚 固 剂 1 卷，MSK2333 型 2 卷。
DOI:10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2012.05.025
第 17 卷 第 5 期 （ 总第 108 期） 2012 年 10 月
煤矿开采 Coal mining Technology
特殊采煤与矿区环境治理
Vo1. 17No. 5 （ Series No. 108） October 2012
（ 2） 提出了巷柱式联合加固留设煤柱条带开 采技术，并对试验区进行了设计，并给出了锚杆和
［1］ 何国清，杨 伦，凌赓娣，等 . 矿山开采沉Biblioteka Baidu学 ［M］ . 徐 州： 中国矿业大学出版社，1994.
同时，条采区采用巷柱式联合加固进行开采， 有效地解放了大量宝贵的煤炭资源，增加了原煤产 量，避免了国家资源的浪费，延长了矿井服务年 限，经济效益和社会效益明显。
3 结论
（ 1 ） 对 试 验 区 原 条 带 开 采 设 计 （ 采 宽 80m， 留宽 120m，采出率为 40% ） 进行了优化，提出了 优化 方 案： 采 宽 100m， 留 宽 100m， 采 出 率 为 50% 。
（ 3） 巷道上帮高 3. 9m，下帮高 1. 75m，斜长 4. 2m，中宽 3. 5m，中 高 2. 6m，开 采 煤 厚 2. 1m。 常规锚杆布置如图 1 所示。
（ 4） 由于巷道埋深较大，且岩层结构比较复 杂，单靠锚杆支护不能有效地防止深部围岩产生离 层。采用长度为 7m 的 15. 24mm 低松弛钢绞线锚
好的经济效益和社会效益，可为类似条件的开采提
图 2 巷柱排距为 1600mm 的巷柱尺寸与配筋
供借鉴。
而言，条带开采区采用优化方案与原方案相比，采
［参考文献］
出率由 40% 增加至 50% ，采出率提高 10% ； 采出 量增 加 约 10kt； 生 产 利 润 由 1163. 7 万 元 增 加 到 1727. 5 万元； 29U 或 36U 型钢巷道支护成本 52. 5 万元，锚 杆 支 护 成 本 为 21. 3 万 元，巷 柱 费 用 为 25. 3 万元； 优选方案节约支护成本 5. 9 万元； 优 选方案比原方案多得经济效益 579. 8 万元。
建筑物下压煤条带煤柱支护设计
刘义新1 ，戴华阳1 ，董荣泉2 ，田秀国2 ，廖孟光1
（ 1. 中国矿业大学 （ 北京） ，北京 100083； 2. 开滦 （ 集团） 有限责任公司，河北 唐山 063018）
［摘 要］ 以某矿建筑物群下压煤条带开采区为工程背景，对原条带开采设计进行了优化，提 出了缩小留设条带煤柱，并对留设煤柱进行锚杆和巷柱的联合加固技术方法———巷柱式联合加固留设 煤柱条带开采技术，并给出了锚杆和巷柱的有关设计参数。
［收稿日期］ 2012－07－18 ［基金项目］ 教育部 2011 年度高等学校博士学科点专项科研基金 （ 博导类） 资助项目 （ 20110023110014） ［作者简介］ 刘义新 （ 1980－） ，男，山东栖霞人，博士，在站博士后，从事矿山开采沉陷和 “三下” 采煤方面的研究工作。
67
总第 108 期
（ 2） 两帮锚杆为 20mm×2000mm，20MnSi 左 旋 螺 纹 钢 锚 杆， 屈 服 强 度 335MPa， 破 断 力 ≥ 150kN，杆体延伸率 ≥16% 。金属网与顶板相同， 钢筋 梁 采 用 矿 上 常 规 规 格， 钢 筋 直 径 为 12 ～ 14mm； 托盘与杆体强度相匹配，一般厚度不低于 8mm，规格 120mm×120mm。加长锚固，锚固剂用 量同顶板。
68
图 1 常规锚杆布置断面
索补强。锚索布置为沿巷道走向打双排锚索，即每 隔两排锚杆，打两根锚索。锚索布置在距两帮 1m 处，打在两排锚杆中间。 2. 2 巷道巷柱加固设计
为确保留设条带煤柱的长期稳定性，保证煤柱 有足够的承载力，可采用锚杆+巷柱的联合支护体 系，即在巷道锚杆支护的基础上，在巷道中施加巷 柱，且作为一种永久的点柱支护。巷柱能够有效地 支撑巷道上方的顶板，充分发挥巷旁支护对顶板 “顶” 的作用，大大减轻了煤柱承受的载荷。
根据该条带开采区的实际情况，计划在回风巷 内靠近终采线处取 150m 巷道作为试验段进行巷柱 式联合加固留设条带煤柱试验。就该 150m 试验段
刘义新等： 建筑物下压煤条带煤柱支护设计
2012 年第 5 期
巷柱的有关设计参数。
（ 3） 按照优化方案开采采出率由 40% 增加到
50% ，试验段 150m 可多采出煤量 10kt，可取得良
［关键词］ 建筑物压煤； 条带开采； 煤柱； 巷柱式联合加固； 采出率 ［中图分类号］ TD355. 9 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1006-6225 （ 2012） 05-0067-03
Supporting Design of Strip Coal-pillar under Buildings
采动区上方地表建筑物有居民住宅 （ 平房和 楼房） 和工厂、学校等结构不同的建筑物，还有 铁路、公路、 供 电 系 统、 通 讯 系 统、 烟 囱 等 构 筑 物。由于建筑质量不一，建 （ 构） 筑物形状、尺 寸、结构不同，所以其抗采动变形能力差异较大。 为确保地表建筑群的安全，决定采用条带开采方式 开采该 区 域。 原 设 计 条 带 采 宽 为 80m， 留 宽 为 120m，采出率为 40% 。