关键词：
留设方法（精选九篇）
留设方法 篇1
留设保护煤柱是保护巷道, 使其不受开采动压影响, 保持巷道良好稳定状态, 满足安全生产的一个重要方法。
煤柱的强度和稳定性对煤 (岩) 层的控制有极大的影响。它的强度必须保证煤柱承受荷载过程不受破坏, 方可保证布置在煤柱内的巷道不受破坏, 保持稳定状态。
在特定煤 (岩) 层中, 煤柱的强度, 取决于煤柱的尺寸, 而煤柱的高度一般等于煤层的厚度, 故煤柱的强度只取决于其宽度。
因此, 合理确定煤柱宽度, 留设煤柱是保证井下巷道良好稳定状态的一个重要保证。
2 煤柱的用途及设计方法
煤柱是用于支护巷道, 保持巷道稳定的, 所以应设计成经历整个开采过程, 即巷道掘进和工作面回采时承受荷载不被破坏。
2.1 煤柱的荷载煤柱受荷载过程分两个阶段
一是巷道开凿后立即产生的荷载。二是回采过程中产生的支撑压力。
2.1.1 开采前的荷载
巷道开掘后即在巷道周边煤岩柱上产生一荷载, 开采前煤柱的荷载为煤柱体上方覆盖岩层的重量P。
其平均应力σa
式中:P-煤柱总荷载t
Wp-煤柱宽度m
Wo-巷道宽度m
Lp-煤柱长度m
h-覆岩层厚度m
r-岩层容重t/m3
2.1.2 回采过程中产生的荷载
长壁后退工作面回采时在工作面周围和护巷煤柱上, 将产生支撑压力, 其值等于P2=Krh (K-应力系数) , 支承压力沿煤柱 (体) 壁面附近最高, 深入到煤柱中心则减小, 其分布规律见图1。
最大峰值Pzmax- (2-5) hr
煤柱的荷载即是开采前荷载与开采过程的最大支承压力之和。
根据井下实际观测和研究结果表明其平面波及范围达60m-150m。
由于回采过程中产生的荷载远大于开采前的荷载, 所以说, 支撑压力对煤柱的破坏及布置在煤柱区域内的巷道破坏起主要作用。
要想保持煤柱内巷道围岩不受破坏, 必须保持护巷煤柱的稳定, 煤柱的强度要大于煤柱的荷载。
2.2 煤柱宽度的选择依据
由于煤柱的强度主要取决于煤柱的宽度, 合理选择煤柱宽度是保证煤柱强度, 保持巷道围岩稳定的关键。
目前采用的护巷煤柱有窄煤柱和宽煤柱两种形式。
根据国内外有关井下实测资料及研究结果表明: (1) 窄煤柱巷道位于回采引起的支撑压力峰值区附近, 不仅在采动期间围岩变形十分强烈, 而且在采动趋向稳定, 支撑压力衰减期间围岩变形仍很大, 巷道维护十分困难。 (2) 宽煤柱巷道在回采强影响期间变形比较缓和, 且随采动影响的减弱, 支撑压力下降, 巷道围岩变形就趋向稳定, 巷道维护较容易。
2.3 宽煤柱护巷煤柱宽度的确定方法
宽煤柱护巷在我国的实践研究较小, 没有可供使用的煤柱宽度计算方式, 煤柱宽度的确定, 一般借鉴美国和英国的经验公式计算并与我们实地现场实践相结合。
美国阿什列 (矿山检查员) 公式
式中WP-边界煤柱宽度m
H-煤柱 (层) 厚度m
h-上覆岩层厚度 (采深) m
压力拱公式
Wt≤3/4Wpa (一般取3/4)
式中:Wpa-最大压力拱最小宽度
Wt-多条巷道和间隔之煤柱总宽度
英国煤矿工作者经验公式
3 保护煤柱设计存在的问题及改进
东海煤矿是一个有50多年开采历史的老矿, 井深、巷远、地压大。现开采深度平均900m以上, 最大开采深度达1100m, 属典型深井开采。巷道支护极困难, 由于特定条件所限, 我矿大部分主要巷道均布置在煤层或距煤层较近的岩层中, 而留设的保护煤柱宽度较小, 一般在40-60m。受采动压力影响较大, 巷道支护虽采用了国内外先进的高强度、高预应力锚带网+锚索+喷砼等组合支护方式, 但巷道受采动压力影响破坏严重, 冒顶片帮底鼓严重。巷道需经多次维修支护, 维修量大, 费用高每米维修费用平均达1500-2000元, 每年支出费用高达400多万元, 且影响生产、威胁安全, 严重影响企业健康发展。所以确定合理的煤柱宽度是确保巷道稳减少费用降低成本保证安全生产的一个重要途径。
我矿现采用的煤巷设计方法及计算公式:
我矿井下巷道 (采区上、下山、主运巷、石门) 留设保护煤柱采用依据和计算方法是我国煤炭工业局制定的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》之第81条-90条有关规定。
式中:S-煤柱总宽度;m
S1-巷道保护煤柱的水平宽度;m
a-受护斜巷, 巷道宽度的一半;m
H-巷道的最大重深;m
M-煤厚;m
Rc-煤的单向抗压强度, Mpa
存在的问题
采用岩层移动设计和公式 (6)
计算的保护煤柱宽度值较小
随着采深的加大, 支撑压力加大, 显现剧烈, 波及范围广, 平面传播距离达120m以上, (向下传播距离达60m以上) 。例如:五采区32#层四段绞车道在标高-640m-690m段 (采深860m-910m) , 距实际煤柱线达80m, 其采动压力显现剧烈, 巷道围岩变形量大, 破坏严重, 出现冒落, 片帮底鼓, 巷道变形量达40%以上, 而煤柱宽度为60-70m的风道, 皮带道和布置在底板岩层中的联络石门车场, (距煤层14-40m, 煤柱线60m) 其破坏程度更为严重, 且巷道多处压垮, 最大变形量达70%以上, 平均变形量50%巷道修复工程量多, 难度大, 投资高, 无法保证安全生产。在五采区35#层巷道和六采区32#层的巷道等也出现了同样状况, 严重制约安全生产。
建议改进计算方法, 确定合理煤柱宽度:通过现场实际状况反映出我矿现采用的煤柱设计计算方法, 不符合现场实际状况需要, 留设的煤柱宽度不够, 没有使巷道布置在应力变形的平稳区内, 致使巷道承受了K值加大的支承压力, 变形量大, 无法保持良好的状态。为此, 应采用符合现场实际条件的保护煤柱计算方法和公式, 确定合理的煤柱宽度。
建议采用公式 (2) (3) (4) 之一公式计算保护煤柱宽度。
示例:以五采区32#层采区下山为例, 取采深800m和1000m, 煤层厚度1.7m。
使用公式 (3)
以上计算方法计算结果所得的煤柱宽度和现场实践保证巷道稳定所需煤柱宽度相吻合, 且由于宽煤柱在采区报废时可以有计划的进行回收, 故对资源回收率不造成影响。所以采用以上方法计算保护煤柱的宽度, 以确定合理可靠的煤柱宽度, 达到有效支护巷道, 保持巷道稳定的要求
摘要：随着采深的加大, 支撑压力加大, 显现剧烈波及范围广, 为此应采用符合现场实际条件的保护煤柱计算方法和公式, 确定合理的煤柱宽度, 合理留设煤柱是保证井下巷道良好稳定状态的一个重要保证。
关键词：深部开采,煤柱宽度,计算
参考文献
[1]吴长春.浅析煤矿开采系统中的机械化[J].黑龙江科技信息, 2008-04-25.
施工缝留设方案1 篇2
广州房实工程总承包有限公司
施工缝留设及处理方案
一、编制依据：
1、《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002；
2、《混凝土强度检验评定标准》JGJ107-87；
3、《建筑施工安全检查标准》GJG59-99；
4、《混凝土泵送施工技术规程》JGJ/T10-95
5、《企业施工工艺标准》；
6、中科院广州地化所科研综合楼工程施工图纸
二、工程概况
广州地球化学研究所科研综合楼工程，±0.00以下设一层地下室，地下室建筑面积为2358m2，地上九层，首层1360m2，二层1208m2，三~四层均为1562m2，五~九层均为1353m2，结构形式为框剪结构，地下室层高3.60米，首层和二层层高均为5.00米，三~九层层高均为3.60米。首层设一大堂，层高10.00米，面积220m2，三~四层1/2~1/5×1/B~C轴位置设有过街楼，最大跨度分别为27.14米，24.23米，结构设计为有粘结预应力梁。
地下室底板厚度：人防为300mm，其余均为250mm，首层停车场板厚250mm，车道斜板厚150mm,其余均为120mm,二层板厚100mm,三~四层板厚140和120mm，五~七层板厚140和120mm，八~九层板厚140和100mm。为了缩短施工工期，各施工阶段工种能穿插进行施工，必须要分段流水作业。因此在征得设计同意的情况下，除地下室 施工缝留设及处理方案
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底板、首层楼面板和天面楼板等有防水要求的楼板为一次浇筑外，其余二~九层楼面板块均采取在○D轴过○C轴1/3位置设置一道施工缝，将二~九层楼面板中各层分成两个流水段进行施工。
三、施工准备：
①人员准备，安排钢筋施工员一名兼管施工缝的留设处理工作，组织4名工人进行施工缝留设。
②材料准备：Ф8~Ф12钢筋头一批。10mm网眼钢丝网每层28m2，施工线，22#扎线、等物资一批。
③机械工具准备：砂轮机1名，钢丝剪2把，手提焊机1台。手锤2个，扎勾4个。
四、主要施工方法：
A~○D轴段，D~○F轴二至九层分段流水施工时，先施工○然后再施工○A~○D轴段模板和钢筋绑扎时，段。在安装○模板和钢筋的安装要延伸至D轴过1/D轴1/3处。○第一段落的楼面梁板钢筋安装完成后，即时组织人员进行施工缝钢
D轴过○C轴约2.1米处，用钢卷尺在○D轴丝网的安装。施工缝应设在○C轴 梁边量出2米，靠○然后通直线或在钢筋面上弹墨线，按照定好的直线先用Ф8或Ф
10、Ф12钢筋头间距约200mm作竖向绑扎固定，并与楼板的底面钢筋连结，没有板面筋的位置即用1条Ф12两端搭至板
D轴一面焊加筋，中间每隔500mm左右利用竖向筋进行焊接，并在靠○短钢筋斜撑或钉木板斜撑。竖向钢筋的底面均应按图纸要求留保护层，梁截面位置的竖向钢筋间距则控制在100mm左右。施工缝留设及处理方案
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钢丝网的裁剪应根据各层梁截面和板的厚度而定，网的宽度要比板厚度宽50mm，底部向新浇砼方向弯折。遇到梁筋或板筋位置，即用钢丝剪裁开缺口，以便钢丝网能将钢筋保护层的空隙封住不跑浆，钢丝
C轴一侧，钢丝网的搭接控制在100mm，网要安装在竖向定位钢筋靠○钢丝网安放好以后，即用铁丝绑扎在上下定位钢筋上，楼板面的保护层即用锯出的夹板条压在竖向定位钢筋上，并用铁丝绑扎牢固。上述各步工作做好后，随即检查钢丝网是否偏位，松动，保护层是否合理，如有问题及时纠正。施工缝的钢丝网安装好后，要挂出警示牌或安排一各工人监护，避免人为破坏。
混凝土浇筑完成后，随即派专人对钢丝网外侧漏出或撒落的砼碴及时清理干净，变形的钢筋及时调直复位，浇筑混凝土时，应对施工缝D轴位置已绑扎好的钢筋加予保护，方法是在钢筋面铺上夹板，然至○后覆盖彩条布，避免人为踏坏钢筋以及施工不慎所撒的砼掉落到梁底和楼板上增加清理难度。
各层柱和剪力墙的施工缝则留设在框架梁底位置，在浇筑柱和剪力墙混凝土前，先检查墙柱模板是否牢固，尺寸是否合理，板缝是否密实，模板内的杂物是否清理，清理并要垫好钢筋的保护层，是否待处理完检查合格后才能浇筑混凝土。
施工缝的处理和砼浇筑，在第二阶段浇筑楼面混凝土前，检查及清理干净施工缝部位的砼碴和杂物，并用清水进行清洗，充分浇湿接口位置的旧砼，然后在即将接合时，将旧砼表面淋上一层水泥浆。施工缝约1米宽位置要用比楼面砼高一级的砼浇筑，或加膨胀剂，充分振 施工缝留设及处理方案
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捣密实，并要注意该部位的混凝土级配和砼的坍落度，避免砼离析及坍落度过大。
浇筑柱、剪力墙混凝土时，要先用清水将模板充份淋湿，然后墙、柱脚底部用同等标号水泥砂浆浇筑一层约5cm厚左右，浇筑墙、柱混凝土必须要分层浇筑，振捣密实，每层厚度控制在1米左右，严格控制混凝土的坍落度在14~16cm之间。浇筑至梁底位置时，观察如果有浮浆要进行清理干净，然后再用同标号混凝土填至梁底标高，并在混凝土表面均匀撒上干净碎石子或在混凝土终凝后进行凿毛。墙、柱混凝土浇筑完成后，随即检查调整墙、柱钢筋，清理干净沾污在钢筋表面和模板表面的砼浆，并按常规进行混凝土表面的养护。
砼的养护是保证混凝土的设计强度和防止混凝土龟缩开裂的关键，有条件的要蓄水养护，无法蓄水养护时即指定专人淋水养护，经常保持砼表面湿润，施工缝位置要用塑料薄膜加予覆盖，养护期不得少于7天。
五、质量保证措施：
1、指定专职责任人，由管理钢筋专业施工员谢永柱负责该项工作的落实，并进行施工全过程的监督。
2、竖持“三检”制度，项目部的质量检查小组由井文革为小组长，组员由吴炳林、黄注龙、曾海组成，施工缝的钢丝网安装完成后，在进行楼面钢筋检查的同时对钢丝进行检查，发现问题及时纠正，复检合格并交由监理验收后才交由混凝土班组浇筑施工。
3、加强混凝土施工过程的监控，务必振捣密实，混凝土表面待收水后 施工缝留设及处理方案
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进行刮平和打磨反砂。
4、施工缝约1米的部位，必须严格按上述主要施工方法的施工要领和步骤进行操作，并全过程加强监督实施，务必达到质量要求。
5、对有关的施工管理人员和实际操作人员进行施工方案交底以及施工技术，操作要领和注意事项交底，务使各有关施工人员掌握施工技术，达到质量目的，避免造成不必要的返工。
6、加强淋水养护和覆盖，做到7天内经常保持砼表面湿润，做好产品的保护工作，新浇砼要达到1.2Mpa后才能在砼面进行操作，楼面的材料要分散堆放。
六、安全保护措施：
1、工人上班时要正确戴好安全帽，戴好胶手套，不得穿拖鞋或赤脚。
2、钢丝网要在地下按所量度的尺寸切割好后才运送至楼面安装，不宜在楼面切割。需要进行电焊时，电缆线要架空，操作人员要按规定配备防护用具，所焊部位的模板要淋湿，清理干净周边杂物，并办理动火作业审批手续，落实专人监管，才准动火烧焊，现场要配备灭火器材，烧焊完成后监护人要检查周围是否留有火种，确认无火险隐患后才能离开，动火作业监护人要认真检查并作动火记录。
3、小型工具和短钢筋等材料要用工具袋或胶桶装好，不得放在排栅、其它临边或靠洞口等危险地方。不得上下抛掷物料。
4、交叉作业时，要相互协作，做好相互保护措施，以免发生碰撞引起误伤。
七、文明施工措施： 施工缝留设及处理方案
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1、专人负责维护和整改，文明施工直接负责人带领杂工班，专项负责楼面上的材料堆放、杂物的清理同时施工人员要积极配合搞好现场的文明施工。
2、所有施工作业人员必须做到服从领导，听指挥，不得盲干，发扬团结协作精神，不得因一点小事引起争执吵架。
3、每班组下班前要清理干净施工现场，务必做到工完场清，将所剩的材料归类到原来存放位置或仓库，机械和工具归仓。所施工部位的杂物要清理干净，钢筋如有变形和跑位的要及时调整和复位。
4、不得在施工场地吸烟，吸烟必须到现场指定的吸烟区。
提高地下室底板后浇带留设施工质量 篇3
浙江省一建建设集团有限公司 浙江杭州 310013
摘要：随着城市建设不断发展，高层建筑已经成为趋势，后浇带施工独特，结构施工的关键工序，直接影响结构的安全性和使用性，往常都是在施工过程中，都需采用第二次浇筑混凝土的办法进行后浇带施工，后浇带处往往断面大，钢筋密集，模板支设难度大，特别复杂等困难，若处理不彻底将会影响结构质量。
本文试以工程项目位于杭州钱塘江新城D09地块，将对地下室底板后浇带施工中存在问题进行了分析，并针对性的提出了施工措施，为后续后浇带施工技术与其质量保证措施。
关键词：钢筋混凝土；地下室底板；后浇带；留设；施工质量
引言
随着我们经济不断奋起，城镇化建设逐步加快，高层建筑也日渐增多，后浇带方式是对现浇整体式钢筋混凝土结构施工之间，也是高层建筑地下室的关键重点，后浇带施工独特，结构施工的关键工序，直接影响结构的安全性和使用性，结构不衡匀沉降等问题因素而设置一项临时施工缝，经过一定期间后续再后浇封闭，逐步成整体形状。同时施工简便、工艺技术简易以及工程造价等优点，普遍在高层建筑中应用到施工中。然而国内的一些学者对地下室后浇带留设施工中存在不同的优点与缺点，后浇带可以有效减少收缩应力，在施工后期，把后浇带混凝土后浇上，使工程变成整体，以利用 “后浇带” 办法控制裂缝并达到不设置永久伸缩的目的[1]。后浇带的合理设置与施工是确保地下室建筑结构有效连接的重要内容。围绕后浇带垂直施工缝处理、后浇带混凝土浇筑前的保护和后浇带混凝土浇筑等方面制定出切实有效的质量控制措施[2]，后浇带处往往断面大，钢筋密集 模板支设难度大，特别是杂物垃圾容易落入，清理十分困难，若清理不彻底将会影响结构质量[3]。本文试以工程项目位于杭州钱塘江新城D09地块，将对地下室底板后浇带施工中存在问题进行了分析，并针对性的提出了施工措施，论述了后浇带施工工艺以及其质量保证措施。
1、工程概况
工程项目位于杭州钱塘江新城D09地块，南临剧院路，北靠梁祝路，东侧为民心路，西边为江锦路，紧邻万银国际大厦二期。总建筑面积：69358m2；建筑高度：150m；建筑层数：地下三层，上部三十二层，其中裙楼六层，其中地下17794 m2。在第7层（32m标高）和第23层（99.2m标高）设有避难层。裙楼钢结构分布在主楼北侧，总共有六层，结构顶标高32m，顶层钢梁最大跨度达26.1m。工程钢结构主要包括工行塔楼梁柱钢结构、裙楼钢结构及连廊钢结构。主体采用钢框架—钢筋混凝土核心筒混合结构形式，其平面投影呈梯形，地下部分均为钢筋混凝土结构，无钢结构；地上外框架柱均为箱型柱（内灌混凝土），最大柱间距9m，外框架梁均为H型钢梁，采用钢筋桁架楼承板。核心筒横剖面为22.3mX13.9m，筒内无钢结构。裙楼钢结构分布在主楼北侧，总共有六层，结构顶标高32m，顶层钢梁最大跨度达26.1m。连廊平面投影呈“土”字形，其结构顶标高4.85m，连接于大楼楼层梁。
2、关键施工工序
2.1 施工测量控制
根据杭州市一级控制点的坐标和高程，对业主提供的基准点进行复测，验证其准确性。工程的现场实际情况，采用“塔楼下部外控法+塔楼上部内控法”的总体测量思路，遵循“由整体到局部”的测量原则。利用前面相同的方法依次测设，在平面和立面上同时展开形成空间整体循环测量。
2.2 大面积施工平整度控制
混凝土浇筑过程中，严格控制底板、集水坑底的浇筑标高，在柱筋上涂红漆作为控制标记。由于柱网为9000mm x 1100mm，面积较大，而板的钢筋较密、较粗，在板面筋上焊接西8七字筋，并在钢筋上涂红漆作为二次控制标记，每一柱网内设4个二次标高控制点。
2.3 減少大体积混凝土施工水化热
在保证混凝土强度等级的前提下，采用水化热较低的水泥，使用适用的缓凝减水剂，减少水泥用量，降低水灰比；严格控制砂、石的含泥量，降低水灰比，加强振捣，以提高混凝土的密实度和抗拉强度。分层浇筑混凝土，每层厚度≤300mm，以加快热量散发，并使温度分布较均匀，同时也便于振捣密实。上层混凝土覆盖要在下层混凝土初凝前进行。厚度>1500mm的大梁采用二次浇筑法，第1次浇筑至底板底，第2次再浇至完成面。
3、地下室后浇带保护与施工措施
工程项目进行全过程管理，并建立项目管理责任制。从每个工人都具备相应的责任，做到责任到人，严格的赏罚制度，共同抓好交底、作业、检查、验收四个环节。实行全员参加，使工程施工质量上有个“质”的飞跃。后浇带槽内的往往由于布满钢筋而难以清理，在此，通过大家的讨论研究，在进行后浇带的垫层以下部分时，留设一条400*100的清理排水沟（如图1所示），以及在排水沟两侧各设置一条止水条，防止地下室的渗漏。同时在完成后浇带两侧砼后，在两边均砌筑挡水翻边（如图示2），并在上面覆盖模板，既有效防止建筑废料等垃圾的进入，也阻挡了雨水甚至基础两边的排水流入。
图1 清理排水沟
图2 挡水翻边
在进行后浇带两侧砼浇捣前，对后浇带处的钢筋进行覆盖保护。结束浇捣后，及时清理后浇带处钢筋，并进行严密封盖，防止建筑废料等垃圾进入后浇带。底板后浇带厚度在≥1200mm，在留设后浇带时，两侧的支模要求一次性完成，两边的中间各预埋止水钢板，因此对侧面钢丝网支模难度极高，采用预制?10螺纹钢制成网状，再包裹上两层钢丝网片，如图所示上下两层，中间预埋止水钢板，采用螺纹钢每隔20cm一道电焊斜撑，确保两侧在砼浇捣过程中绝对稳固。提高了分析问题、解决问题的能力，用力控制好重要工序的质量，下一步我们将以《钢与混凝土组合结构技术》、《混凝土裂缝控制技术》等逐一继续开展。
4、结束语
然而，后浇带的合理性设置和施工，为了确定地下室建筑结构连接是否具有安全性，因此，在施工单位人员须结合设计规范与工程实际情况出发，最终围绕后浇带垂直施工缝处理与后浇带混凝土浇筑前的保护和后浇带混凝土浇筑等方面制出实际有效的质量控制控制，由本工程施工可总结出以下经验：对于大体积混凝土施工，只要施工措施得当，加强施工组织管理与质量监控，可有效控制裂缝的产生，保证混凝土施工质量；对于特厚混凝土，采取水平分层施工，能有效减低了混凝土内部温升值。从而提高工程后浇带整体美观的施工质量，确保地下室工程综合功能的发挥。
参考文献：
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[3]中国建筑科学研究院.GB50009-2001建筑结构荷载规范，[s].北京：中国建筑工业出版社，2006.
[4]宋向东，丽日广场地下室大体积混凝土底板施工技术，施工技术，2011（22）：65-67
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[6]王强，尹润杰，刘明.某超长地下室混凝土结构无缝设计计算研究[J].工业建筑，2010（10）：65-70.
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[8]赖力生.地下室后浇带施工技术初探田[J].企业科技与发展，2010（20）
留设方法 篇4
1 保护煤柱留设方法
保护煤柱是指在煤炭资源开采的过程中, 为了保护其上方岩层和地表对象不受开采扰动的影响而专门预留的不开采的部分煤炭资源。在留设保护煤柱时, 应合理、可靠, 既要保证被保护对象的稳定性, 又要尽量减少煤炭资源的浪费。目前, 在留设保护煤柱时, 各矿山通常采用垂直断面法、垂线法、数字标高投影法和变形预计法。每种方法各有优缺点, 其对比情况如表1 所示。
2 压煤资源开采价值
从我国目前煤炭开采的形式看, 许多煤矿都先后进入了深层资源的开采阶段。随着煤炭需求量的不断增加, 在开采煤炭的过程中, 遇到的问题也越来越复杂, 因此, 需要合理、科学地开发煤矿。从我国目前的煤炭市场行情来看, 需要着重考虑的因素比较多, 既要避免对建筑物造成伤害, 又要尽可能多地获取煤炭资源。另外, 如何提高煤炭的使用价值也是一个需要讨论的问题。
2.1 压煤资源开采价值研究
压煤资源的开采价值不是固定不变的, 它是随着煤炭市场的行情和各类开采成本的变化而变化的。影响压煤资源开采价值的因素有市场行情、开采成本和储存比等。在开采煤炭资源的过程中, 也会体现一定的生态价值。如果过度开采煤炭资源, 就会在一定程度上破坏自然环境, 包括对地下水资源的破坏、空气环境的污染、土地水土流失、地表塌陷等。鉴于此, 在研究压煤开采价值方案时, 必须充分考虑其环境治理成本, 即塌陷区整平所产生的成本、植被绿化产生的成本和保护水资源产生的成本等。所以, 在制订压煤开采方案时, 要考虑提前进行绿色开采, 加强对矿产资源的回收利用。
压煤资源开采价值评估方案包括对技术成本的计算和分析。压煤开采比普通煤矿的开采难度大, 所以, 要采用更加先进的开采技术和保护技术。与此同时, 开采所需求的费用相应也就增加了。
综上所述, 在压煤资源开采价值的研究方案中, 应将其产生的效益和经费与原有系统分开计算, 客观评价其增值量纯收益和增值量纯现值, 以最终判断压煤资源在开采过程中的经济价值。
2.2 压煤资源开采可行性研究
在开采压煤资源时, 不仅需要提前评估压煤资源的经济效益, 还应当评估其技术方面的内容, 考虑在当前的技术条件下, 现有的开采技术是否可行, 利用现有的开采技术是否会对周边环境造成影响, 影响有多大, 是否符合国家相关标准等。综合考虑开采成本、开采技术的可行性及其对环境的影响后, 确定是否开采压煤资源。
2.3 压煤资源量与分布的研究
在开采压煤资源时, 首先要研究压煤资源量及其分布情况, 然后再对其进行价值评估和技术评估。也就是说, 对压煤资源数量及其分布的研究要先于其价值评估和技术评估。被保护对象下煤炭资源的占压量直接决定了开采的经济价值, 其分布情况也直接影响了开采方法的选择和开采难度。相对而言, 压煤资源较为集中的区域开采难度相对较小, 较为分散的区域其开采难度相对较大。
总体来说, 不管是正常煤炭资源的开采, 还是压煤资源的开采, 都需要参照目前市场发展的需求及其自身的经济条件和技术条件等。如果目前的条件允许, 并且有一定的市场需求, 就可以考虑开采。但是, 在开采的过程中, 必须要防止过度开采, 做好环境保护工作, 遵循可持续发展的原则, 合理安排煤炭资源的开采, 从而保证工作的顺利进行。
3 结论
压煤资源的开采方式有很多种, 寻求最佳的开采方式是工作人员今后努力的方向。资源的开采是有利有弊的——合理开采、利用煤炭资源, 能在国家快速发展时期缓解能源需求方面的压力, 从而带动经济发展, 但是, 这也会对人们的生活环境造成一定的影响, 比如破坏地下水系统、地表塌陷、水土流失等。因此, 在开采煤炭资源时, 要尽可能减少对环境造成的污染, 在寻求经济发展的同时, 要注重与生态环境之间的平衡。对于当前开采技术条件不足、价值不高的资源, 要合理留设, 为未来预留更多的资源。
摘要：结合相关资料, 科学地分析了综合保护煤柱的留设方法和压煤资源开采的经济价值, 讨论了垂直断面法、垂线法、数字标高投影法和变形预计法的相关内容, 同时, 还阐述了留设方法的特点及其应用状态。简要探讨了保护煤柱的留设方法的优缺点, 以期为煤矿未来的发展提供一定的参考。
关键词：煤柱,留设方法,压煤资源,经济价值
参考文献
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煤矿三下开采煤柱留设研究与应用 篇5
地下开采引起的岩层移动与变形可能改变水体和开采空间之间水力联系的程度。弱的水力联系增加了矿井排水费用, 强的水力联系有可能使开采影响范围内的地表水或地下水及泥砂突然溃入井下, 给矿井安全生产造成威胁。对于龙顶山煤业公司15#煤层上采空区水体的压煤问题, 需根据水体大小、与15#煤层的层间距、可能的危害程度, 决定对水体下的处理方法, 由此提出龙顶山煤业有限公司水体下压煤的处理问题。
1 水井和村庄保护煤柱留设的基本参数和计算方法
1.1 村庄或建筑物保护煤柱留设的计算方法
村庄或建筑物保护煤柱留设的计算方法见图1。
a) 确定地面村庄外边界或建筑物本身的面积;b) 确定地面村庄或建筑物周围增加了围护带后扩展的面积;c) 确定地面村庄或建筑物外边界沿煤层倾向方向的埋深 (Hn、Hm) ;d) 按式 (1) 计算松散层向外扩展的平距s。
式 (1) 中, s为松散层向外扩展的平距, m;h为松散层厚度, m;φ为松散层移动角, °;
e) 按式 (2) 计算下山方向的平距q。
式 (2) 中, q为下山方向的平距, m;Hn为村庄或建筑物外边界n点的埋深, m;α为煤层倾角, °;β为基岩下山方向移动角, °;
f) 按式 (3) 计算上山方向的平距l。
式 (3) 中, l为上山方向的平距, m;Hm为村庄或建筑物外边界m点的埋深, m;γ为基岩上山方向移动角, °。
煤层倾角较小时, tanα的值较小, 其影响可忽略不计。相应的计算公式变为:
1.2 矿井地面水井和村庄保护煤柱留设的基本参数
龙顶山煤业有限公司15#煤层倾角属近水平煤层, 煤层倾角在3°左右, 可忽略上山方向和下山方向基岩岩层移动角的差异和影响。15#煤层至涉及的地面水井和村庄之间地层厚度不大, 多在130 m以下。
充分考虑水源的重要性和煤层埋深较小的特点, 设计保护煤柱时偏于安全, 在此指导思想下取以下岩层移动参数:松散层厚度h=10 m (按钻孔) ;松散层移动角准=45°;基岩移动角β、γ、δ取60°;围护带宽度w=20 m。
2 地面水井保护煤柱留设
龙泉村水井保护煤柱留设情况如下。
龙泉村水井位于龙顶山煤业公司井田东南侧井田边界之外。地面井口标高为969 m。龙泉村水井平距169 m处, 标高为983 m, 15#煤层厚度为4.6 m, 地层厚度91.4 m, 松散层厚度为8.75 m, 见煤标高为891.6 m。
圈定龙泉村水井井下水源为40 m范围, 井口四侧各为20 m。加20 m宽的围护带, 而后松散层厚度按10 m计, 则:。
龙泉村水井地面标高按969 m, 井下标高按880m, 地层厚度为89 m (969-880) , 地层厚度减去10 m松散层厚度, 则基岩部分厚度为79 m (89-10) 。按考虑到水井对村民生活影响较大, 水井保护煤柱线向南由松散层线再平移50 m。
3 地面村庄保护煤柱留设
龙泉村水井东侧村庄保护煤柱留设情况如下。
龙泉村水井东侧村庄地面标高为975 m, 井下标高880 m, 地层厚度为95 m (975-800) , 松散层厚按10 m, 则:地层厚度减去10 m松散层厚度, 则基岩部分厚度为85 m (95-10) 。按:。
龙泉村水井东侧村庄保护煤柱线南和东两侧由松散层线再平移50 m, 西侧与水井保护煤柱线合并。
4 处理水体的理论依据和方法
4.1 处理水体的理论依据
处理水体的理论分“三带”理论和隔水层理论。
a) “三带”理论。“三带”理论的基本观点是:对于地面水体、松散层底部和基岩中的强、中含水层水体、要求保护的水源等水体, 不允许导水断裂带波及;对于松散层底部的弱含水层水体, 允许导水断裂带波及;对于厚松散层底部为极弱含水层或可疏干的含水层, 允许导水断裂带进入, 同时允许垮落带波及;b) 隔水层理论的基本观点。隔水层理论的基本观点是:水体底面与煤层之间应有相应厚度的隔水层, 才能实现水体下安全采煤。一定厚度的泥岩和粘土层是水体下安全采煤的良好隔水层[1]。
4.2 处理水体的方式
确定处理水体的方式时主要考虑煤层与水体之间有无隔水层, 开采后隔水层能否破坏, 开采引起的上覆岩层裂隙是否波及水体。
水体下采煤的主要对策是隔离和疏降, 要从安全、经济和采出率等方面进行比较, 确定合理的开采方案。
处理水体下的方式有顶水采煤、疏水采煤和顶疏结合采煤。a) 顶水采煤。顶水采煤的特点是:对水体基本不处理, 直接在水体下方从事采煤作业, 而在水体与煤层之间保留一定厚度或垂高的安全煤岩柱。顶水采煤适应于水量大、补给充足、水体距开采煤层较远的条件;b) 疏水采煤。疏水采煤的特点是:利用矿井排水系统, 开掘疏水巷道或钻孔, 疏降上部水体, 再在水体下方从事采煤作业。水体的水量不太大, 而水体的分布范围很大时, 多采用边疏边采的方式, 如砂岩或石灰岩岩溶含水层为煤层基本顶时, 采煤后基本顶含水层的水由采空区涌出, 不影响工作面作业, 但工作面内需要采取疏排水措施;c) 顶疏结合采煤。在受多种水体或多层含水层水体威胁的条件下采煤时, 对于远离煤层, 其间距大于导水断裂带高度的水体, 采用顶水采煤;对于位于煤层直接顶之上或离煤层距离较近, 其间距在垮落带和导水断裂带范围内的水体, 则采用疏水采煤。
4.3 龙顶山煤业有限公司15#煤层未采块段导水断裂带高度判别
15#煤层开采后, 在采空区之上将形成垮落带和导水断裂带, 导水断裂带的高度与采高成正比, 岩石愈坚硬, 相应的导水断裂带高度愈高。判断导水断裂带高度是否涉及到水体或确定保护层厚度需确定层间距和采高。a) 层间距。平均间距38.25 m;b) 采高。实际控制为3.6 m;c) 15#煤层导水断裂带高度及判别。15#煤层开采后, 采空区之上导水断裂带最小高度为48.1m, 最大高度为66.9 m (依据矿井地质报告) 。远大于15#煤层与9#煤层的层间距 (最小34.25 m、最大47.50m、平均38.25 m) 9#煤层中的采空区积水和富水区积水必然要通过导水断裂带泄入15#煤层的长壁工作面开采空间和采空区。由此, 15#煤层长壁工作面开采前必须采取疏排水措施;d) 9#煤层已有的采空区形成的导水断裂带高度及判别。9#煤层平均采高为1.6 m。9#煤层上距3#煤层间距平均为51.13 m。9#煤层已有采空区形成的导水断裂带最小高度为31.9 m, 最大高度为49.7 m (依据矿井地质报告) 。最大高度已接近9#煤层与3#煤层平均层间距 (51.13 m) , 两者之差为1.6 m, 即导水断裂带之上保护层厚度只是1倍采高, 远没有达到坚硬顶板条件下水体下采煤时所要求的4倍~7倍采高的保护层厚度要求。
与井田西南处ZK—1号钻孔揭露的资料相比, 采空区之上导水断裂带最小高度31.9 m已远大于9#煤层与3#煤层的间距14.78 m。3#煤层采空区积水必然要通过导水断裂带进入9煤层采空区, 从而在15#煤层开采后进入15#煤层工作面空间和采空区, 这种情况将造成井下突水。
5 对15#煤层东采区未采块段水体处理的结论和建议
a) 龙顶山煤业有限公司15#煤层东采区未采块段工作面之上有9#煤层采空区积水区和煤岩富水区, 15#煤层工作面开采后形成的导水断裂带高度远大于15#煤层与9#煤层的层间距, 没有保护层, 9#煤层中的采空区积水和富水区积水必然要通过导水断裂带泄入15#煤层的长壁工作面开采空间和采空区;b) 龙顶山煤业有限公司9#煤层已采块段之上有3#煤层采空区积水, 已采的9#煤层采空区之上导水断裂带高度已接近或超过9#煤层与3#煤层的平均层间距, 3#煤层采空区积水必然要通过导水断裂带进入9#煤层采空区, 从而在15#煤层开采后进入15#煤层工作面空间和采空区;c) 龙顶山煤业有限公司15#煤层东采区未采块段工作面开采前必须采取疏排水措施[2]。
6 结语
a) 煤矿“三下”开采需慎重考虑地面建筑物和水体的煤柱留设问题, 煤柱留设计算需考虑地层、埋深和安全系数, 这样方可安全开采;b) 对于水系的保护和水体煤柱的留设应考虑松散层和隔水层, 详细叙述了水体煤柱留设、建筑物煤柱留设等问题, 龙顶山煤业在开采过程中应采取相应措施。
参考文献
[1]国家煤炭工业局.建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程[M].北京:煤炭工业出版社, 2000.
探讨后浇带留设外观施工质量控制 篇6
长治市都市名门综合楼北塔工程, 由主楼和裙楼两部分组成, 总建筑面积为45 878 m2, 长度为103.2 m, 宽度为56 m, 主楼为异型结构, 裙楼为矩形结构;主楼地下1层, 地上32层, 建筑总高度为99.8 m, 裙楼为地下1层、地上4层, 建筑高度19.3 m。该工程主楼与裙楼间设后浇带, 每层后浇带长度达140余米, 后浇带留设外观成为本工程施工质量的控制重点之一, 因此实行全面的质量管理, 对后浇带施工质量进行攻关, 提高后浇带留置外观施工质量至关重要。
2 工程常见主要质量问题
对施工完成的地下室和1层后浇带缺陷情况进行了抽样检查, 共计160点, 其中合格121点, 合格率75.6%, 根据抽样检查数据分析, 绘制出影响后浇带留设外观施工质量缺陷排列图 (见图1) , 从排列图可以看出主要问题是:钢筋保护层不符合要求, 与钢筋间距不均匀。
3 制定目标及方案合理性分析
1) 制定目标。
调查发现钢筋间距及保护层厚度的控制这两项累计频率为71%, 控制确保后浇带留设的施工优良率 (企业自评) 达90%以上为目标。
2) 方案分析。
采用废旧模板加工齿状板代替钢丝网留设后浇带其操作简单, 技术要求低, 可操作性强。齿状板豁口能有效控制钢筋间距, 同时弥补了钢丝网易变形、不能保证主筋的有效净距及保护层厚度缺陷。另外, 齿状板利用模板边角料加工, 达到了变废为宝的目的, 同时还可以周转使用, 减少了成本投资, 节约了资源。
4 影响钢筋间距、保护层厚度的主要原因
利用因果图针对后浇带留设存在的问题, 从人员、材料、机械、方法、环境五方面认真分析和论证 (见图2) 。
根据因果图分析造成后浇带影响观感质量的因素有9条, 并对末端因素进行研究、认证并逐一进行确认, 最终确认3条主要因素:1) 成品、半成品保护意识不强;2) 管理人员监督检查不严;3) 施工方案、技术交底不全面、不到位。
5 后浇带留设外观施工质量控制的主要对策
1) 加强成品、半成品保护。
a.项目部与每个管理人员签定责任书, 以加强每一个管理人员的责任心。编制成品、半成品保护技术方案, 施工中加强过程控制及成品、半成品保护措施。
b.后浇带施工缝处理完毕并清理干净后, 顶部用宽出后浇带两侧150 mm的木模板封盖, 并用砂浆做出挡水带, 防杂物掉入。封盖时板宽度应一致, 并拉线校直, 盖好后板面两侧在与后浇带宽度各小50 mm处设两根Ф12以上钢筋, 用铅丝与后浇带的钢筋扎牢, 防止有人随意破坏或拿走。
2) 加强监督检查, 严格过程控制。
a.层层贯彻学习《建筑施工质量验收规范》, 进行班前班后宣传活动, 落实质量管理层的岗位责任制, 实现目标责任制定人定岗, 对未完成目标的扣发责任人的月度奖金。质检人员进行现场跟班作业, 监督检查, 将质量问题在施工过程中予以解决。
b.加强管理落实“三检”制度, 无自检及交接检手续不予验收, 实行质量一票否决权。无质检员签字不予结算, 对于工序检查不合格责令返工, 返工费由班组负责。
3) 完善方案, 进行全面交底。
a.支好梁、板模板, 经检查复核标高、轴线位置、截面尺寸等无误后, 在平板上弹出后浇带两侧边线, 用与钢筋保护层同厚的约60 mm宽的木板拉线钉牢。
b.绑扎钢筋时应注意钢筋间距、梁筋位置。均应按规范、图纸要求施工, 板底筋绑扎好后, 开始支梁、板中的后浇带隔断处模板, 材料不得使用钢筋网, 易出现漏浆、不直、蜂窝等现象, 应使用多层板按钢筋间距、现浇板厚在其两端开好齿槽, 复核无误后用铁钉固定于木条内侧。
c.梁侧板在后浇带位置应断开, 底板必须连通加固好, 防止梁错台, 梁筋扎好校正后, 用小板直接钉在断开的梁侧板上, 并不得随意调整钢筋间距。按间距大小来锯木条, 钉好后两端用短方木加固在固定板后背, 中间用方木钉牢顶紧。
断面支设齿状模板见图3。
6 效果检查
1) 质量检查。对已施工完毕3层~4层后浇带留设观感进行全面检查, 共检查150点, 合格139点, 后浇带外观质量优良率 (企业自评) 达到92.7%, 制定目标实现 (见图4) 。
2) 经济效益检查。后浇带施工周期比预期周期缩短了8 d, 节约人工费、机械费、材料费共计1.2万元。
3) 社会效益检查。本工程运用全面质量管理的方法提高了后浇带留设外观施工质量, 取得了令人满意的效果, 整个后浇带施工质量得到了业主及监理公司的一致好评, 为公司的发展打下了良好的基础。
摘要：运用全面质量管理的方法, 调查分析了影响后浇带外观施工质量的主要原因, 制定了后浇带留设的施工优良率目标, 确定了合理的方案, 并提出了质量控制对策, 最后以工程效果验证了质量控制的可行性。
关键词：后浇带,外观,质量,控制
参考文献
[1]JGJ#space2;#3—2001, 高层建筑混凝土结构技术规程[S].
沿空掘巷中煤柱留设宽度的研究 篇7
1 工作面概况
某矿1111工作面煤层平均厚2.20 m,倾角为6°,走向长230 m,可采长度为1 016.1 m,生产能力为1.2 Mt/a。该工作面为“一进一回”的U型布置方式,采用后退式开采,由1112工作面接替。该工作面回风巷与沿空运输巷位置如图1所示。
1111工作面标高为-648～-570 m,地面标高+20.8 m,煤层柱状如图2所示。
2 煤柱宽度的理论分析计算
为了形象地分析在留设不同宽度煤柱的情况下巷道所受的支撑应力大小,建立巷道与采空区的位置关系[9](图3)。当巷道处在位置1时,巷道所受支撑应力较小,煤炭采出率高,在内应力场中无煤柱掘巷虽然能充分开采煤炭资源,但存在巷道漏风、上区段采场采空区残煤自燃等不利因素;当巷道处于位置3时,巷道所受支撑应力处于峰值,巷道较难维护;当巷道布置在位置4时,巷道所受支撑应力较小,同时煤柱也比较稳定,但护巷的大块煤柱会造成资源的严重浪费;当巷道处于位置2时,巷道所受支撑应力较小,煤炭采出率较高,且可防止有害气体、老空积水及大块岩石窜入巷道内。因此,位置2为巷道布置的最优位置。
根据极限平衡理论[9],沿空掘巷留设煤柱的最小尺寸:
式中,x1为塑性区宽度;x2为锚杆锚入煤柱的深度;x3为受煤厚影响需增加的宽度,x3=(0.15～0.35)(x1+x2);m为上区段平巷高度;A为侧压系数,A=μ/(1-μ),μ为泊松比;φ0为煤体内摩擦角;C0为煤体内聚力;k为应力集中系数;H为巷道埋深;γ为岩层平均体积力;P0为上区段平巷支架对下帮的支护阻力。
根据该矿的地质资料,巷道埋藏深度为666 m,岩层平均体积力为0.025 MN/m3,侧压系数为2,取上区段平巷高度为2.2 m,煤体内摩擦角为32°,应力集中系数取3,上区段平巷支架对下帮的支护阻力为0.1 MPa,锚杆深入煤柱2 m,安全系数取2。将数据代入式(2)可得:x1=1.71 m,x2=2 m,x3=1.11 m。从而可得:B=4.81 m。
3 煤柱宽度的数值模拟分析
FLAC3D是连续介质显式有限差分程序,该程序的基本原理和算法与离散元相似,但它应用了节点位移连续的条件,可以对大变形进行分析。
3.1 主要计算参数
根据该矿提供的地质资料,岩层的物理力学参数见表1。
3.2 模型建立
模型宽200 m、长202 m、高100 m。3号煤层顶板和底板岩层都包含在模型中,开采工艺为走向长壁开采,模型中煤层倾角为6°,煤层厚2.2 m。沿空巷道宽4.20 m、高2.65 m。在模型中模拟工作面在走向长度上推进了80 m,相邻区段的工作面为采空区(图4)。模型底面限制垂直移动,模型侧面限制水平移动,模型上部施加垂直载荷模拟上覆岩层所受重力。在模拟中为了研究巷道围岩的应力状态和位移,在巷道两侧10 m范围内对网格加密,间隔为每格1 m,在煤层中网格划分间隔为0.6 m,煤层直接顶网格间隔为0.9 m,底板的网格间隔为0.87 m。
3.3 数值模拟结果与分析
为了研究不同煤柱宽度对沿空巷道的影响,对煤柱宽度为3,4,5,6,7,9,11 m的不同情况进行模拟分析,根据模拟结果绘制曲线(图5—图8)。
(1)由图5可知:
随着煤柱宽度增大,实体帮侧垂直应力变小,但幅度不大;采空区侧的煤柱应力变大。当煤柱宽度从7 m变化到11 m时,煤柱垂直应力增加较快,最大值可达到64 MPa,远大于煤体强度,很容易使煤柱遭到破坏。
(2)由图6可知:
随着煤柱宽度的增加,实体煤所受水平应力中变化较小。然而在垂直应力的影响下,随着煤柱宽度增大,煤柱侧的水平应力在增加,煤柱宽度从7 m增加到9 m时,窄煤柱中的水平应力增加比较明显,最大值可达到34 MPa,煤柱易发生剪切破坏。
(3)由图7可知:
采空区的顶板下沉与留窄煤柱沿空巷道顶板下沉是同步的,实体帮侧小于煤柱侧,但随煤柱的宽度增加,顶板下沉量在减小,煤柱越小,采空区顶板下沉量对其影响越大,当煤柱宽度大于4 m时,顶板下沉量趋于稳定。
(4)由图8可知:
煤柱宽度越大,实体煤侧水平位移越小。煤柱侧巷帮水平位移和煤柱宽度变化的相互关系是:煤柱宽度从3 m增加到11 m的过程中,巷道两帮移近量先减小后增大再缓慢减小。煤柱宽度在4～5 m、9～11 m时,两帮移近量处于500～900 mm的变化范围,巷道在此变形情况下可维持正常使用。
综上分析可知,当煤柱宽度在4 m以内时,巷道顶板下沉量与两帮收缩量均较大,同时煤柱会因严重变形而失去承载能力;当煤柱宽度大于7 m时,煤柱所受垂直应力与水平应力随煤柱宽度的增加而变大,煤柱内出现应力集中,煤体大部分处于塑性区,煤柱易破坏失稳。所以,煤柱宽度在4～7 m范围内较为合理,结合极限平衡理论推出的留设煤柱最小宽度,可得出煤柱宽度为5～7 m时,既能保证煤柱处于应力降低区,又能保证巷道不会失稳。
4 工业性试验
1111工作面运输平巷采用留设5 m煤柱进行沿空掘巷。运输平巷支护断面布置如图9所示。
锚杆均采用Ø20 mm的20MnSi等强度左旋全螺纹钢制作,顶板锚杆长2.4 m,两帮锚杆长1.8 m,排距0.8 m,树脂药卷加长锚固。①顶板锚索:每3排锚杆打1排锚索,每排2根锚索,锚索长8.5 m;②上帮锚索:每3排锚杆打2排锚索,间距2.1 m,上排锚索距顶板1 m,长4.5 m;③下帮锚索:每3排锚杆打1排锚索,锚索距顶板1.5 m,长4.5 m,锚索预紧力为130 kN。并铺设金属网和钢筋梯子梁。
回采期间,对巷道表面变形情况进行监测的结果如图10所示,巷道在回采期间的变形量能够满足矿井正常生产要求,不需要返修。
5 结论
(1)通过极限平衡理论计算,沿空掘巷小煤柱留设的最小宽度为4.81 m。
(2)经过FLAC3D软件对煤柱宽度影响的数值模拟分析,从煤柱变形和所受应力两方面考虑,得出煤柱宽度的最佳范围为5～7 m。
(3)1111工作面运输平巷留设5 m煤柱进行沿空掘巷,并对巷道进行锚网索支护,巷道掘进和回采期间对巷道围岩变形进行监测。其结果表明,巷道维护状况较好,能够满足正常生产需要。
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留设方法 篇8
1 矿井概况
小屯矿是冀中能源旗下峰峰集团有限公司的一座中型矿井,位于峰峰矿区东北部。矿井生产能力为70万t/a,佛店村庄下煤柱位于-300 m水平大巷附近,其开采煤层主要为2#煤,采高4.9 m,煤质为贫煤,厚4.5～5.5 m,平均开采深度577 m。村庄下压可采煤层储量约485.5万t(表1)。
2 不同条带开采方案的提出
条带开采方法就是合理地确定条带工作面的开采宽度和条带煤柱的留设宽度,以控制或减少地表变形,达到地表保护的目的[2]。由开采沉陷导致的地面建筑物损坏等级大部分控制在Ⅰ级损坏、少量Ⅱ级损坏。
2.1 采宽b的计算
根据大量学者理论分析和现场实践经验,村庄下开采过程中,为避免地表呈波浪形破坏,设计条带开采采宽b应在(1/10～1/4)H之间取值,其中H为开采深度;由小屯矿实际情况和周围矿井开采经验考虑,选取采宽b为55～65 m。
2.2 留设煤柱宽度a的计算
由两区约束理论[3],得出留设煤柱a两边塑性屈服区宽度X0与开采厚度m和开采深度H有关,其表达式为X0=0.004 92mH;a≥2X0+B。其中,B为核区宽度。根据我国多年的现场实测数据和经验分析,B取采高的2倍即9.8 m,适合我国现有煤矿条带开采留设煤柱稳定性的要求。即a≥2X0+9.8,把m、H值代入可以求得a≥37 m。
根据小屯矿佛店村庄下压煤实际情况,结合上面理论分析计算选择合理的采留比,制订出下面4种方案(表2)。
3 不同条带开采方案数值模拟
分别对粗选的4种不同条带开采方案进行数值模拟,分析其留设煤柱的稳定性,对比选出最优方案。
3.1 FLAC简介
FLAC(Fast Lagrangian Analysis of Continua)是由美国Itasca国际咨询集团公司面向土木建筑、采矿、交通、水利、地质等工程部门而开发的一种基于拉格朗日分析的显式有限差分程序[4]。本论文主要基于学者A.H.Wilson提出的两区约束理论,模拟留设煤柱受条带开采影响发生塑性变形而形成的塑性区宽度,探讨留设煤柱的稳定性问题。
3.2 模型建立
依据小屯矿佛店村庄下实际地质构造条件和地理位置,简化模型网格的密度和考虑计算精度,建立相应的模型。模型大小为2 000 m×2 000 m×900m,在X方向,0～1 000 m为佛店村庄煤柱倾斜模拟,-500～0 m和0～-500 m为消除边界效应而增加模型的尺寸,使条带开采留设煤柱稳定性研究不受有限边界因素影响;在Y方向,0～2 000 m上依次布置7个条带工作面和边界约束;在Z方向,根据地质柱状图布置各煤岩层,划分网格。模型网格采用不等分划分,规划开采区网格比较密,其余网格较为稀疏,整个计算模型共划分206 400个单元,生成网格节点218 284个(图1)。
3.3 岩石力学参数
岩石力学参数是表示岩石力学特性的重要指标,也是数值模拟计算准确性的根本。根据小屯矿在佛店村庄区域内打钻勘探的地质煤岩层柱状及该矿和邻近矿井的煤岩物理力学实验数据结果,模型岩石力学参数选取见表3。
3.4 模拟结果应力分析
计算机数值模拟分析技术能够直接形象地显示煤柱受开采影响应力集中及塑性变形区在空间的分布状态,预测煤柱的最大应力和塑性变形区域,验证煤柱的安全稳定性。各方案模拟结果如图2—图5所示。
由模拟结果可知,在不同采留宽度关系的情况下,留设煤柱所受的应力大小不同,留设煤柱所受的破坏情况也不同。采宽越大,留宽越小,煤柱应力越集中,破坏程度越严重;采宽越小,留宽越大,煤柱应力较为分散,破坏程度越小。不同煤柱采留方案的应力变化情况见表4。
由表4可知,在条带开采相同采深和采高的情况下,采60 m、留70 m的条带开采方式,留设煤柱所受的垂直应力和水平应力均最小,即在条带开采时,留设煤柱受开采影响能较好保持整体性,煤柱强度较大,抵抗破坏能力也较强,煤柱的稳定性较好;采65 m、留65 m的条带开采方式,留设煤柱所受的垂直应力和水平应力均最大,即在条带开采时,留设煤柱受开采影响遭到结构性破坏,煤柱的强度减弱,抵抗破坏能力变弱,煤柱的稳定性就越差;而在留宽一定的情况下,采宽越大,采出率越高,煤柱应力越集中,煤柱的稳定性就越差,不符合安全要求。
3.5 模拟结果塑性区分析
由模拟结果塑性区状态图可知,在条带开采相同采深和采厚的煤柱时,留设煤柱的塑性区宽度除了与煤柱的采深和采高有关外,还与条带开采的采留宽度(采留比)有关。在采宽一定的情况下,留宽越大,留设煤柱的塑性区宽度越小,煤柱的稳定性越好;在留宽一定的情况下,采宽越大,留设煤柱的塑性区宽度越大,煤柱的稳定性越差。由模拟结果得出的煤柱塑性区宽度与采宽和留宽的关系见表5、图6。
从数值模拟和回归分析结果可知,同采宽不同留宽时,留宽越大,煤柱塑性区占煤柱留宽比例越小,核心区宽度增大,煤柱强度越大,稳定性越好;不同采宽同留宽时,采宽越大,煤柱塑性区占煤柱的比例越大,核心区宽度减小,煤柱强度越小,稳定性越差。
4 开采方案确定
方案1与方案2属于同采宽不同留宽的情况,方案1的应力较为集中,在煤柱上的应力最大值也较大,煤柱承受的载荷也较大,不利于煤柱的稳定;由塑性变形状态情况可知,方案1在煤柱上的塑性变形区较大,核心区宽度较小,比方案2煤柱稳定性差。方案3与方案4同理。
方案2与方案3属于不同采宽同留宽的情况,方案2的应力较不集中,在煤柱上的应力最大值远小于方案3,煤柱上承受的载荷也较小,有利于煤柱的稳定;由塑性变形状态图可知,方案2在煤柱上的塑性区较小,核心区宽度较大,煤柱强度较高,稳定性较好。
综上分析可知,方案2比较符合佛店村庄压煤条带开采方案,因此佛店村庄条带开采采用采宽60m、留宽70 m的开采方案。
5 结论
根据条带开采相关理论,结合小屯矿佛店村压煤实际情况,运用经验公式计算方法设计4种不同开采方案,通过数值模拟分析不同方案条件下的煤柱受力和塑性破坏状态,得出小屯矿佛店村条带开采最优方案为采宽60 m、留设煤柱宽度70 m。
摘要：条带式开采是解放“三下”压煤的一种有效的开采技术,是我国建(构)筑物下采煤最为广泛的一种绿色开采方法。针对不同地理区域条件进行合理的建筑物下及村庄下压煤开采,可以实现矿井煤炭资源的合理高效回收,改善大部分矿井资源逐渐枯竭和接续紧张的局面。以小屯矿佛店村下压煤的实际条件为基础,根据条带式开采现有的相关理论,运用现场实测数据分析和经验公式预算的方法,粗选不同采留宽度的开采方案,借鉴条带开采数值模拟和实例,建立并运行各个开采方案的媒柱稳定性数值模型,对条带开采留设煤柱稳定性进行数值模拟分析并选出最优方案。
关键词：条带开采,采留比,数值模拟,煤柱稳定性
参考文献
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留设方法 篇9
武陟至云台山高速公路 (以下简称武云高速) 位于焦作市的修武、武陟县境内, 项目所处地貌单元为黄河冲洪积平原和山前倾斜平原, 地势平缓, 起伏较小。线路K30+950~K32+950总计约2公里为采空区, 2014年3月前后正在开展施工图阶段采空区方案技术论证工作。该采空区段落四标施工单位已进场, 段落内的通道构筑物已陆续开工建设, 部分构筑物已完成基础施工路基段暂未开工, 目前已完成大部分清表工作。
2 留设保安煤柱的必要性
《公路路基设计规范》 (JTGD30-2004) 第7.15.1条规定:在尚未开采的煤层分布区, 高速公路应留设保护煤柱。《采空区公路设计与施工技术细则》 (JTG/T D31-03-2011) 第5.6条规定:当公路下伏或临近矿产资源将被开采时, 应按《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》的要求留设公路保护煤柱《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》第15条规定:在矿井、水平、采区设计时应划定保护煤柱的建 (构筑物有高速公路、机场跑道等。《采空区公路设计指南》 (送审稿 (主编单位:山西省交通规划勘察设计院;参编单位:中交二院中国地大 (北京) 、中交通力公司) 指出:当公路建设不可避免的要压覆矿产资源时, 应预留保护矿柱。
路线K31+545~K31+700段落路区155m长, 保护煤柱平均埋深420m, 煤层平均厚度5m, 东西向压覆500m, 南北向110m资源压覆估算参数回采率取90%, 煤1.4吨每立方米, 煤净利润300元每吨, 路线压覆煤量346 500吨, 约10 395万元。古汉山矿对K31+545~K31+700矿界保护煤柱有开采计划 (图1) , 古汉山矿正在走报批开采手续, 预计2015年开采。从公路安全角度考虑, 开采将进行地下水大范围抽排, 煤层回采对趋稳地层二次采动, 引起地表变形指标超限, 建议项目业主予以重视, 从协调层面杜绝高速公路建设期与建成后线下保护煤柱范围内任何采矿活动。
K29+340~K30+950为古汉山矿储煤区, 煤厚5.0~5.6米, 埋深556~884米, 路线在古汉山矿工业广场和李固村保护煤柱上通过, 依据规范原则上不允许公路建成后出现影响线路安全的采掘活动。
K29+340~K32+950段落二1煤采空区和储煤区下伏100米左右有2米厚一2煤赋存, 目前不具有开采的技术经济条件, 古汉山矿总工也明确这一点, 依据相关规范在高速公路建成后原则上不允许公路建成后出现影响线路安全的矿层采掘活动。
3 回采对线路的危害性评价
3.1影响路基承载力, 破坏路面。路线K31+545~K31+700段落路区155m长, 矿界防水煤柱平均埋深420m, 煤层平均厚度5m, 开采后建设场地将有非常显著 (1~3米) 的地表沉降, 在公路建成后也没有可靠的工程措施能绝对预防这种巨量地表变形。煤柱的开采将造成拟建公路路基大范围下沉, 在竖直方向上产生拉伸变形, 将引起路基本身松驰, 还有可能在不同土质界面上产生脱层, 影响路基的承载力, 加大地表的倾斜和拉伸变形, 对路基的稳定性产生影响, 同时反映到路面上将出现路面开裂等病害[1]。
3.2影响公路线形及路面坡度, 降低公路技术指标, 易引发交通事故。采空区冒落塌陷的不连续与沉降, 引起路基随之产生下沉, 使得路面的原有坡度出现变化。路基在下沉的同时, 必然伴有水平方向的位移。垂直于路线方向的横向移动将改变路基原有的方向, 沿路基纵向的水平变形, 会使路基受到拉伸和压缩, 上述两种移动的不均匀性, 会使高速公路坡度发生变化及竖曲线形态的变化和线路方向的改变等, 严重时造成行车事故[2,3,4]。
K31+545~K31+700段落煤层采深采厚比大于40, 地表出现不连续沉陷可能性不大, 但是局部沉陷盆边容易出现拉张裂缝, 引起路面损害, 从而降低道路行车技术指标, 路基路面面临随开采活动影响下反复整修的长期运营压力。
3.3开采对通道构筑物结构造成危害。根据路线设计明确:K31+734.000 (4X3.5m) 钢筋混凝土盖板通道, 地下520米深5米以上厚度的矿界煤柱开采, 依据《采空区公路设计与施工技术细则》 (JTG/T D31-03-2011) 图D.0.3 (图2) 推断在开采后6~7个月内会引起地表1~3米的整体下沉, 并伴有长期的残余变形发生, 过程将持续3~5年。地表下沉将显著降低涵洞构筑物高程, 沉降过程中结构物次生应力的不断转化调整, 容易引起结构物开裂破坏, 情况严重可能引起公路断通, 造成不良社会影响。
3.4 K31+545~K31+700段落路区155长, 保护煤柱平均埋深420m, 煤层平均厚度5m, 其开采过程首先需要防治水, 一般会抽排大量的老空水, 吴村煤矿本已是沉降稳定的采空区, 可能因大范围地下水的抽排, 活化地层结构, 引起大范围吴村老采空区地表不稳定变形与地层固结沉降, 扩大采动影响范围, 造成大段落不合格路基出现, 技术风险难以控制。
4 回采后路线方案对策研究
4.1 2014年1月22日电话调查古汉山矿区主管领导确认焦煤集团正在研究保护煤柱的开采技术方案, 并已上报国土资源厅待审批中, 预期2015年开始回采矿界煤柱, 建议项目业主尽快介入此事, 确保跟矿区协调落实K31+545~K31+700段落矿界煤柱禁采事宜, 保证高速公路项目建设安全。
4.2在协调过程中, 建议与矿企建立长效技术合作机制, 协助项目设计与建设单位能够获得矿企详细有关保护煤柱的地质与采矿资料, 以便开展保护煤柱开采相关课题的研究工作。
4.3 K31+545~K31+700段落矿界煤柱的开采, 对大采深采空区也难有可靠技术措施完全杜绝对线路的不良影响, 能开展的工作是执行严密的地表变形监测方案, 结合矿区地下开采进程及采动程度, 对线路采取定期维护对策。在新修高速公路的定期维护过程中, 需提前从政治、经济和技术等多方面做好对策预案, 以免新建高速刚通车因地下回采引起路基沉降等病害在社会上产生不良影响。
5 结语
高速公路穿越储煤区的建设问题, 涉及到采煤、采空沉陷、路基路面、桥涵加固、结构纠偏、变形监测、运营维护等多学科知识体系, 综合性强, 技术难度大、风险高, 决策困难。目前的国内规范规程都用简单的保护煤柱留设应对, 但是该方法又大范围压覆煤炭资源, 切割煤田开采工作面, 严重影响煤田正常生产与企业效益。该问题可行的技术研究方向是对采矿与公路建设开展联合设计工作, 目前国内在这方面还没有开展相应的工作, 设计规范的限制与行业利益的交织及行业体制原因制约了该技术方向的发展, 这也是目前该领域最有价值的发展方向, 建议行业同仁积累经验, 共同推动行业进步, 最大化地提高国土资源利用效益。
摘要：高速公路穿越储煤区的保安煤柱留设与赔付问题, 经常成困扰新建高速项目的技术难题, 论文针对河南省武云高速保安煤柱留设技术难题, 给出了保安煤柱留设的技术必要性和压覆面积, 并提供了针对保安煤柱的项目工作建议, 以供在建的武云高速项目业主参考。
关键词：武云高速,采空区,保安煤柱
参考文献
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