目錄一般部分1礦井概述及井田地質特征 11.1礦區概述 頁9.3.5兩個時期的礦井總風阻和總等積孔礦井通風總風阻計算公式： （9-18）礦井通風等積孔計算公式： （9-19）式中：R——礦井風阻，N.S2/m8；hr——礦井總阻力，Pa；Qf——礦井總風量，m3/s；A——礦井等積孔，m2。結合以上公式，把已知值代入，可得：容易時期：總風阻為：=2046/94.142=0.23N·s2/m8總等積孔：=1.1917/=2.485m2困難時期:總風阻為：=2911/94.142=0.33N·s2/m8總等積孔：=1.1917/=2.079m2通風容易時期和通風困難時期的等積孔見表9.9表9.9礦井等積孔容易時期困難時期等積孔(m2)2.4852.079表9.10礦井通風難易程度與等積孔的關系表通風阻力等級通風難易程度等積孔大阻力礦中阻力礦小阻力礦困難中等容易＜1m1～2m＞2m由以上計算看出，本礦井通風容易時期和通風困難時期總等積孔均大于2m2，總風阻均小于0.35N·S2/m89.4選擇礦井通風設備9.4.1選擇主要通風機根據《煤炭工業設計規范》等技術文件的有關規定，進行通風機設備選型時，應符合下列通風機選型的原則：1)礦井必須裝設設兩套同等能力的主通風設備，其中一套備用；2)選擇通風機一般應滿足第一水平各個時期的阻力變化要求，并適當照顧下一水平的通風需要而且使通風設備長期高效率運行。當工況變化較大時，根據礦井分期時間及節能情況，應分期選擇電動機，但初裝電動機的使用年限不宜小于10年；3)通風機能力留有一定的余量，軸流式通風機在最大設計風量和風壓時，葉片安裝角度一般比最大允許使用值小5°，離心式通風機的轉數一般不大于允許值的90%；4)進、出風井井口的高差在150m以上，或進、出風井井口標高相同，但井深400m以上時，宜計算礦井的自然風壓；5)礦井主要通風機房應有兩回直接由變（配）電所輸出的供電線路，線路上不應分接任何負荷；6)所選電動機應滿足通風機在整個起動過程中及穩定運行中的力矩要求，如用同步電動機拖動軸流式通風機時，還應校驗其牽入轉矩；7)為簡化供電系統，避免中間變壓，當電動機功率較大可以選用高壓電動機時，應盡量優先選用高壓電動機；8)在通風機的服務年限內，其在礦井最大和最小阻力時期的工況點，均應在合理的工作范圍之內，使通風機穩定、經濟地運轉；9)一個井筒盡量采用單一通風機的工作制度；10)主要通風機必須裝有反風設備，必須能在10分鐘內改變巷道中的風流方向；11)裝有主要通風機的回風井口，應安裝保護通風機的防爆門。防爆門應設計成因事故打開后易于復原，并在通風機反風時不被風流頂開。9.4.2主要通風機的選擇 1）計算自然風壓由《煤礦設計規范》可知：礦井進、出風井井口的標高差在150m以下，井深均小于400m時可不計算自然風壓，且礦井通風總阻力較大，自然風壓相對要小的多；本礦井在開采東一帶區時進（副井）、回風井（主井）在同一工業場地中布置，標高相差不大。故設計中不計算自然風壓，即：=0。但對于西二采區礦井井筒深度超過400m，通風機的壓力與自然風壓有很大關系，通風機選型時計算風機壓力須計算出礦井自然風壓。礦井自然風壓的大小，最要取決于礦井風井的深度及內部的風流的密度。自然風壓的計算公式：式中hn——自然風壓，Pa；H——井筒深度，m；r1——進風井（副井）中風流的密度，kg/m3；r2——回風井中的風流密度，kg/m3；g——重力加速度，9.8m/s2。由于礦井進回風井的風流參數因季節的不同而不同，所以分夏季和冬季兩個差別較大的時期。表9.11井筒風流密度副井風井冬季（kg/m3）1.221.21夏季（kg/m3）1.191.20于是冬季的自然風壓hn1為：hn1=600×（1.22-1.21）×9.8=60Pa夏季的自然風壓hn2為：hn1=600×（1.19-1.20）×9.8=—60Pa2）主要通風機工作風壓（1）該礦井為抽出式通風，通風容易時期主要通風機靜風壓：（9-20）式中：——通風容易時期主要通風機靜風壓，Pa；——表示通風容易時期礦井通風總阻力，Pa；——表示容易時期幫助通風的自然風壓，因東一帶區取最大值=60Pa；——表示風峒的通風阻力，通常為20～50，取50Pa。故：=2046+60+50=2156Pa（2）通風困難時期，考慮自然風壓反對主要通風機通風，主要通風機靜風壓： （9-21）式中：——通風困難時期主要通風機靜風壓，Pa；——表示通風困難時期礦井通風總阻力，0Pa；——表示困難時期反對通風的自然風壓，=0；——表示風峒的通風阻力，通常為20～50，取50Pa。故：=2911＋0＋50=2961Pa（3）主要通風機的實際通過風量因有外部漏風（防爆門和通風機風硐漏風）通過主要通風機的風量必大于礦井總風量，對于抽出式用下式計算：（9-22）式中：——實際風量，m3/s；1.05——抽出式礦井通風外部漏風系數；——風井總風量，m3/s。=1.05×6933/60=121.33m3/s（4）主要通風機工況點工況點為主要通風機工作風阻曲線與通風機特性曲線的交點。主要通風機工作風阻曲線由風機風壓與風量的關系方程h=R×Q2確定；通風機特性曲線由選擇的主要通風機確定。容易時期：（9-23）=2156/115.552=0.16N·S2/m8困難時期：（9-24）=2961/115.552=0.22N·S2/m8表9.12主要通風機工作參數一覽表項目容易時期困難時期單位風量/m3·s-1風壓/Pa風量/m3·s-1風壓/Pa礦井開采水平115.552156115.552961風機風壓與風量的關系：容易時期：hrsmin＝Rrsmin×Qr2＝0.16Qr2困難時期：hrsmax＝Rrsmax×Qr2＝0.22Qr2根據以上數據，在扇風機個體特性圖表上選定風機，該礦井東區前后期風機型號均為2K60-NO.28型的對旋式軸流風機。9.5通風機特性曲線根據2K60-NO.28的對旋式軸流風機的性能曲線，可以確定主要通風機實際工況點，見表9.13。表9.13主要通風機工況點型號時期葉片安裝角（°）轉速(r·min)風壓(Pa)風量(m3/s)效率/%輸入功率kW2K60-NO.28容易25600230012270320困難40°6004600148806809.4.2電動機選型根據礦井通風容易時期和困難時期主要通風機的輸入功率和計算電動機的輸出功率。由/=320/670=0.48﹤0.6，故通風容易時期和困難時期需要選用不同的電動機。電動機的輸出功率： （9-25）式中：——電動機的輸出功率，kW；——通風機的輸入功率，kW；——電動機容量備用系數，取1.15；——電動機效率，取0.90；容易時期：=320×1.15/0.90=408.89（kW）困難時期：=670×1.15/0.90=856.11（kW）根據電動機的輸出功率和輸入功率以及主要通風機要求的轉速，選擇型號為Y630-10/1180和Y1000-10/430的異步電動機，其詳細參數見表9.14。表9.14電動機參數時期型號功率（kw）電壓（V）電流（A）轉速（rpm）效率（%）容易Y630-10/118063060007660092/92.8困難Y1000-10/4301000600011860092/94.39.5安全災害的預防措施9.5.1預防瓦斯和煤塵爆炸的措施1）回采和掘進工作面以及回風巷中，必須按規定定期檢查瓦斯，如發現異常，必須按規定處理。2）盲巷、盲硐、片幫及冒頂處等容易積聚瓦斯的地點，必須及時處理。3）掘進應采用雙風機，雙電源和風電閉鎖裝置。4）掘進與回采工作面應安設瓦斯自動報警裝置。5）大巷及裝煤站應安設瓦斯自動報警斷電儀。瓦斯超限后應自動切斷供電及架線電源。6）所有易產生煤塵的地點。必須采取灑水滅塵等防塵設備及除塵設施。7）井下風速必須嚴格控制，防止煤塵飛揚。井下所有煤倉和溜煤眼均應保持一定存煤，不得放空，不得兼作通風眼。8）綜采工作面應采取煤塵注水。按照保安規程設計懸掛巖粉棚和防水棚。9）煤塵應定期清掃。巷道應定期沖刷，各個轉煤點應進行噴霧灑水。9.5.2預防井下火災的措施1）井下中央水泵房和中央變電所設置密閉門、防火門。并設設區域返風系統。2）井下機電設備選用防爆型為原則。應加強機電設備的安裝質量。并加強維修及管理。防止漏電及短路產生高溫和火花。3）對自然發火的煤層，應加強煤炭與坑木的加收；加強密閉，及時密閉采空區；對停采線進行黃泥灌漿或噴灑阻化劑；分層開采還應在采區隨采隨注。4）二阻化劑防火：根據化驗與實踐，本礦自然發火期長，但為確保安全，應預備部分黃泥用于危險時期灌漿。9.5.3防水措施1）井巷出水點的位置及其水量，前采空區積水范圍、標高和積水量，都必須繪出采掘工程圖上。2）主要水倉必須有主倉和副倉，當一個水倉清理時，另一個水倉能正常使用。3）采掘工作面遇到下列情況之一時，必須確定探水線，進行探水，確認無突水危險后，方可前進:（1）接近水淹或可能積水的井巷、老空或小煤礦時；（2）接近水文地質復雜的區域，并有出水征兆時；（3）接近含水層、導水斷層、溶洞和陷落柱時；（4）打開隔離煤柱放水時；（5）接近有出水可能的鉆孔時；（6）接近有水或稀泥的灌泥區時；（7）底板原始導水裂隙有透水危險時；（8）接近其它可能出水地區時。

10設計礦井基本技術經濟指標表10.1設計礦井基本技術經濟指標序號技術經濟指標項目單位數量或內容1煤的牌號優質無煙煤2可采煤層數目層23可采煤層總厚度m5.934煤層傾角°4～30（平均7）5（1）礦井工業儲量萬t65546.8（2）礦井可采儲量萬t48804.96（1）礦井年工作日數d330（2）日采煤班數班37（1）礦井年生產能力萬t/a400（2）礦井日生產能力t/d131268礦井服務年限a87.159礦井第一水平服務年限a47.5410井田走向長度m10200井田傾斜長度m805011瓦斯等級低瓦斯相對涌出量m3/t/d0.000512通風方式混合式13（1）礦井正常涌水量m3/h220（2）礦井最大涌水量m3/h50014開拓方式立井兩水平15第一水平標高m-600最終水平標高M-85016（1）生產的工作面數目個2（2）備用的工作面數目個017采煤工作面年推進度m237618（1）移交時井巷工程量m12000（2）達產時井巷工程量m2130019開拓掘進隊數個220大巷運輸方式膠帶輸送機21礦車類型自制平板車和1.5t礦車22電機車類型臺數2臺8t蓄電池電機車23設計煤層采煤方法綜采一次采全高24（1）工作面長度m235（2）工作面推進度m/月198（3）工作面坑木消耗量m3/千t0.6（4）工作面效率t/工53.96（5）工作面成本元/t26.7參考文獻[1]杜計平.《采礦學》.徐州：中國礦業大學出版社，2008[2]劉吉昌，孫寶錚.礦井開采設計［M］.徐州：中國礦業大學出版社，1996[3]林在康、左秀峰.《礦業信息及計算機應用》.徐州：中國礦業大學出版社，2002[4]林在康、李希海.《采礦工程專業畢業設計手冊》.徐州：中國礦業大學出版社，2008[5]鄭西貴、李學華.《采礦AutoCAD2010入門與提高》.徐州：中國礦業大學出版社，2009[6]錢鳴高、石平五.《礦山壓力及巖層控制》.徐州：中國礦業大學出版社，2003[7]王德明.《礦井通風與安全》.徐州：中國礦業大學出版社，2007[8]楊夢達.《煤礦地質學》.北京：煤炭工業出版社，2000[9].中國煤炭建設協會《煤炭工業礦井設計規范》.北京：中國計劃出版社，2005[10]岑傳鴻、竇林名.《采場頂板控制與監測技術》.徐州：中國礦業大學出版社，2004[11]蔣國安、呂家立.《采礦工程英語》.徐州：中國礦業大學出版社，1998[12]李位民.《特大型現代化礦井建設與工程實踐》.北京：煤炭工業出版社，2001[13]綜采設備管理手冊編委會.《綜采設備管理手冊》.北京：煤炭工業出版社，1994[14]中國煤礦安全監察局.《煤礦安全規程》.北京：煤炭工業出版社，2006[15]朱真才、韓振鐸.《采掘機械與液壓傳動》.徐州：中國礦業大學出版社，2005[16]洪曉華.《礦井運輸提升》.徐州：中國礦業大學出版社，2005[17]中國統配煤礦總公司物資供應局.《煤炭工業設備手冊》.徐州：中國礦業大學出版社，1992[18]章玉華.《技術經濟學》.徐州：中國礦業大學出版社，1995[19]張寶明、陳炎光.《中國煤炭高產高效技術》.徐州：中國礦業大學出版社，2001[20]于海勇.《綜采開采的基礎理論》.北京：煤炭工業出版社，1995[21]王省身.《礦井災害防治理論與技術》.徐州：中國礦業大學出版社，1989[22]劉剛.《井巷工程》.徐州：中國礦業大學出版社，2005[23]中國煤炭建設協會.《煤炭建設井巷工程概算定額》（2007基價）.北京：煤炭工業出版社，2008[24]鄒喜正、劉長友.《安全高效礦井開采技術》.徐州：中國礦業大學出版社，2007[25]徐永圻.《煤礦開采學》.徐州：中國礦業大學出版社，1999

城郊礦村莊下壓煤開采技術研究摘要：村莊壓煤直接影響礦井當前生產，因村莊壓煤不能開采，往往丟失資源，浪費已有的開拓工程，造成生產接替緊張，產量下降，服務年限短。地面村莊民房建筑質量往往參差不齊，同一村內從土坯房、磚石房或磚混平房同時存在，這些差別增加了采動保護保護技術的難度。關鍵詞：地表移動與變形村莊下壓煤條帶開采1概述永夏礦區位于黃淮沖積平原東部，地勢平坦開闊，土地肥沃。城郊礦井設計生產能力為4Mt/a．永城市舊城區位于城郊井田中部，共有9911戶，36970人，舊城區連同其周圍規劃的l9個搬遷安置區(以下簡稱城區)共占地619km．有1166戶，44000人。建筑物多為磚結構和少量磚混結構及鋼筋混凝土結構。永夏礦區是我國煤炭工業新興的優質無煙煤基地，本文從設計角度論證分析了該礦區城郊礦井城下壓煤開采的可行性，提出了適合城郊井田地質條件和煤層賦存特點的條帶采煤方案，并采用巖移計算軟件包對條帶開采后地表各種移動和變形值進行了預測驗證。結論證明，對城郊礦井城下壓煤進行條帶開采是可行的，有助于提高社會效益和煤炭企業自身的經濟效益。城郊煤礦是一個設計年產400多萬t的現代化礦井。開拓方式為立井兩水平上下山開拓。開采水平為-500，-800m。目前該礦實際生產能力已接近400萬t/a，可采煤層為二疊系二、三。、三：：、三、三煤層，共5層。主采二2煤層,平均厚2.98m，煤層傾角平均為7°。，上方地表東部為董橋、趙莊居民區，西部為沱河運管處，南部為城關鎮種雞場、烈士陵園和老城區，北面為沱河。城郊礦地質儲量7.50億t，可采儲量4.0億t，但僅西城區(老城區)下就壓煤約0．22億t，占整個城郊礦可采儲量的5％。所以，如何開采西城區下壓煤是一個非常值得研究的問題。2.采煤方法的選擇2.1地表移動與變形對建筑物的影響地下開采是引起礦區內地表移動與變形，并導致地面建筑物破壞的主要原因，但不是唯一的原因。地震、地下水位下降等自然原因也可能引起地表移動，建筑物本身結構設計有缺陷，或施工和材料質量差等人為因素也可能引起建筑物破壞。對具體的建筑物的破壞，應認真分析，區分開采影響與非開采影響引起的變形破壞，地下開采對地表建筑物的損害主要是由采動引起的地表在垂直方向的移動與變形（下沉、傾斜、曲率、扭曲），水平方向的移動與變形（水平移動、水平拉伸與壓縮變形）以及地表平面內的剪切變形造成的。不同性質的地表移動與變形對建筑物的影響是不同的。采動引起地表產生的移動與變形，破壞了建筑物與基礎之間的初始平衡狀態。伴隨著力系的重新建立，使建筑物結構中產生附加應力，從而導致建筑物變形，當這些變形超過了建筑物的抗變形能力時，建筑物就被破壞。一般來講，建筑物在地表沉陷過程中要經受地表動態移動與變形的影響，如圖1：圖1地表建筑物承受的移動與變形過程Ⅰ—初始狀態Ⅱ—最大拉伸變形位置Ⅲ—最大傾斜位置Ⅳ—最大壓縮位置Ⅴ地表穩態下沉盆地平底r—主要影響半徑2.2村莊下開采的可行性分析2.2.1建筑物下采煤理論依據和可行性理論研究和生產實踐表明，建筑物下采煤的理論依據有以下幾個方面。1）建筑物允許變形值大于地表靜態變形值，即固定開采邊界上方的地表變形值對建筑物不產生有害影響。2）采取開采措施以減小地表變形值，使其達到上述要求。3）采取建筑加固措施以提高其抗變形能力，使其允許變形值大于地表動態和靜態變形值。4）建筑物允許變形值接近于地表靜態變形值，采后有可能對建筑物進行維修。符合上述條件之一者，建筑物下才可能進行安全開采，上述條件也是確定開采措施及建筑物加固措施的根本出發點。值得注意的是，建筑物所在地的地下潛水位是影響建筑物下能否開采的關鍵，當地下潛水位高時，如果無法降低地下水位，則必須減少地表的下沉值。2.2.2城郊礦采煤條件1）地表建筑物。城郊礦地表建筑物特點：密度大，多數為磚混結構；建筑物及其設施在抗變形能力上具有明顯的方向性和差異性；街道兩側樓房多相互連接，整體尺寸較大，在地表變形影響下易遭到破壞。2）地質采礦條件。根據城郊煤礦綜合柱狀圖，該地區表土層平均厚352.12m。上覆巖層由泥巖、砂質泥巖、砂巖、鋁質泥巖等組成。基巖總厚度187.10m。在城郊礦T2202工作面軌道和膠帶巷進行巖石和煤采樣，并按照《煤和巖石物理力學性質測定方法》進行煤巖力學性質測定。經測定二，煤層煤樣平均抗壓強度9.2MPa；直接頂砂質泥巖平均抗壓強度為46.6MPa；直接底泥質砂巖平均抗壓強度為34.8MPa。3）村莊下采煤的特殊性村莊下采煤是建筑物下采煤的實例，村莊建筑物除供居住外，還有一些其它用途，、如儲藏、畜用等，這些建筑物建造時間較長，建筑質量較差，以磚石結構土筑平房為主，抗變形能力差。村莊建筑物分布密集，排列沒有規律。村莊建筑物的歷史重要性程度較低，必要時可以搬遷村莊，當采用搬遷重建措施時，需大量征地，按《土地管理法》有關規定，需要安置農村剩余勞動力，辦理農轉非。在具體條件下研究采煤方法時要綜合考慮這些特點。2.3村莊下的采煤方法2.3.1村莊下采煤方法設計準則在選擇建筑物下開采方法時，首先應考慮下列技術原則。1）采動影響的特征與程度。根據采動影響理論的研究成果，采動影響的主要特征是地表移動與變形，設計建筑物下采煤方法時，應考慮地表移動與變形的特征與程度，在采深較小及急傾斜煤層時，還應考慮“上三帶”的特征與程度。2）保護標準與要求。在設計和選擇建筑物下采煤方法時，需要考慮另一個原則是保護標準與要求。例如:在建筑物下采煤時，是否允許采前拆舊房建抗變形房，或采后對建筑物進行維修加固等。3）資源回收率。為了減少采動有害影響，實現建筑物下采煤，有時需要采取降低回采率的開采措施。因此，如何處理資源回收率問題，是選擇采煤方法的主要原則。根據近年來的采煤經驗，在某些情況下，為了從總體上提高煤炭資源回收率，應積極采用各類充填采煤方法，必要時一可采用條帶開采，適當降低回收率。2.3.2村莊下設計采煤方法的基本要求我國劃分建筑物破壞（保護）等級的標準在我國礦區中，大多為磚混結構和磚木結構的房屋，還有大量的農村村莊的房屋，少量的木（竹）排架結構房屋和土筑平房。這些建筑以平房占多數。由于結構不同，建筑物抵抗變形能力不同，因此在劃分建筑物破壞（保護）等級的標準時，應區別對待。原煤炭工業部制定的建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與亞美開采規程總結了我國建筑物下開采的經驗，對于長度或變形縫區段內長度小雨20m的裝混結構建筑物，按地表不同變形值，劃分了損壞等級和標準，如表1所列：表1磚石結構建筑物的破壞（保護）等級破壞（保護）等級建筑物可能達到的破壞程度地表變形值處理方式傾斜imm/m曲率K10-3/m水平變形εmm/mⅠ墻壁上不出現或僅出現少量寬度小于4mm的細微裂縫≤3.0≤0.2≤2.0不修Ⅱ墻壁上出現4～15mm寬的裂縫，門窗略有歪斜，墻皮局部脫落，梁支承處稍有異樣≤6.0≤0.4≤4.0小修Ⅲ墻壁上出現16～30mm寬的裂縫，門窗嚴重變形，墻身傾斜，梁頭有抽動現象，室內地坪開裂或鼓起≤10.0≤0.6≤6.0中修Ⅳ墻身嚴重傾斜、錯動、外鼓或內凹，梁頭抽動較大，屋頂、墻身擠壞，嚴重者有倒塌危險>10.0>0.6>6.0大修或拆除2.3.3城區下開采地質影響因素分析1)采深。城區下煤層埋深大，二煤層采深采厚比約170，四層煤綜合采深采厚70以上。大采深在采煤方法設計合理時，地表下沉平穩，下沉盆地寬緩，地面建筑物受不均勻沉降破壞程度減輕。另外，煤層埋深大，建筑物留設保護煤柱量隨之增大，為減少資源損失，實行城區下采煤更有必要。2)地理環境。井田內地勢低平，潛水位較淺，在降雨量大的年份，容易引起內澇積水。地表下沉量應控制在一定范圍。但是，城區由于采用條帶開采，而城區周圍的采區開采后，其地面將比周圍地面高，有利于排澇。3)厚表士沖積層。井田內新生界表土層很厚，均達300m以上。厚表土層可以緩和基巖受開采破壞的劇烈程度。如果基巖的斷層在開采影響后被拉開或錯動時，由于厚表土層的緩沖。一般不會使地表產生不連續的裂縫和臺階。中國礦業大學對華東巨厚沖積層地表移動規律的研究表明，在表土層厚的地區下沉系數增大，主要影響角正切變小。使地表沉陷范圍增大，地表坡度小，不均勻沉降小，有利于建筑的保護。但是目前本礦區巨厚表土層建筑物下開采的實例較少，有待積累經驗和實踐的檢驗。4)煤層厚度和傾角。二：煤層基本穩定，厚度變化不大，有利于地表均勻下沉和建筑物保護。煤層傾角平緩，大部分為近水平煤層，為條帶法開采的條帶布置提供了靈活性。有利于條帶法采煤的穩定性。5)水文地質。4個含水組在正常情況下相互問有良好的隔水層，沒有水力聯系。第三、四系孔隙含水組對井下開采基本無影響，石炭系淺部和奧陶系灰巖承壓水一般不會造成水患，但在有斷層等特殊構造時，應注意因受開采影響而突水的可能性。因此，設計在必要處留設了斷層防水煤柱。二疊系裂隙含水層靜儲量不大，補給途徑不暢，一般只對礦井涌水量有影響，不會引起水患。地表水一般對井下開采無影響。但對井下開采引起各處地表下沉不均使沱河河道等地面水系發生變化、水流不暢等問題應予以注意。2.4采煤方法的選擇由于本地區村莊較多，且地下水屬于高潛水位型，若采用常規的采煤方法，不僅地表變形較大，沉陷區內亦出現大面積積水，將無法保證居民的生命財產安全。但由于本驚天煤層埋深較大，表土層較厚，主要可采煤層及傾角變化不大，當采用合理的采煤方法對村莊壓煤進行開采是，將會使地表下沉平穩，下沉盆地寬緩，地表將不會出現臺階和裂縫現象，對保護地面建筑物較為有利。2.4.1村莊下采煤方案比較為了確定城區下采煤技術上可行、經濟上合理的最優方案。設計提了5個方案進行選擇。1)方案Ⅰ：搬遷。該方案采出率較大但存在以下缺點：（1）搬遷選址困難；（2）大規模搬遷擾亂居民的正常生產和生活，引起工廠遷建期停工；（3）搬遷資金難以落實；（4）新址需占大量土地，影響農業生產。因此，方案I是不可行的。2)方案Ⅱ：就地加固維修或村莊就地建抗變形房。本方案特點是井下用冒落長壁采煤法實行全采，地面采取采前加固、采后維修或村莊就地建抗變形房的措施。該方案即使僅采二，煤層時。地表下沉后即接近或在潛水位以下，將使建筑物區積水。各類建筑物均將達到IV級以上破壞，需要大修或重建。對地面生產和生活干擾很大，嚴重時甚至可能造成事故，安全難以保障。故該方法也被淘汰。3)方案Ⅲ：條帶法開采。條帶法開采方法是采一條、留一條，在開采條帶內用冒落法控制頂板。從前面分析可知城郊井田具有冒落條帶法開采的許多有利因素。（1）與常規采煤法基本相同，不必增加機械裝備，不增大材料消耗，適應性較強；（2）地面建筑物保護效果好，不會造成地面積水，絕大部分建筑物不需維修，僅極少量劣質建筑物需小修，能確保居民安全；（3）經濟效益好，可采出煤炭40％左右；（4）不影響地面居民的生產和生活。由此可見方案Ⅲ技術上合理可行，經濟效益最好。4)方案IV：城區下留設煤柱不采。該方案顯然是不合理的：①城區下煤層為井底車場附近的高級儲量塊段，開采條件較好，如不開采，將影響礦井開拓部署的合理性和生產能力，增大工程量和投資②城區處于井田中部，有現成的開拓巷道可利用，開拓工程量小；③留設大量煤柱將造成資源損失，縮短礦井的服務年限，降低投資效益。5)方案V：水力充填采煤方案。水力充填就是應用水力將充填材料(一般為砂和碎石等)輸入采空區，以減少地表下沉，保護建筑物。水力充填開采的缺點：（1）充填費用高，本地區無砂和碎石，購買價格較高，經濟效益較差；（2）井上下需增加一套充填系統，占用大量設備設施，工藝復雜，生產組織管理困難；（3）井下潮濕，勞動條件不好；（4）煤層傾角小，褶皺發育，充填較困難。因此該方案不宜采用。根據以上分析，最后確定按方案Ⅲ進行開采。2.5采煤方法選擇的評價條帶開采法是一種局部開采方法，不需要額外的設備投資，管理較為簡單，是一種較為理想的建筑物下采煤方法。從理論上講離層注漿法也是減少地表移動和變形的好方法，曾經在很多礦區試用，對地表建筑物的保護效果也是很理想的，特別適用平原地區的農田保護，應用靈活，不需要改變現有的開拓系統。但是還有一些難點問題，比如離層帶的確定，注漿時間和地點的控制，注漿體的配比，以及漿體與巖層的膠結效果等，這些問題還需要繼續探討。3.條帶開采設計條帶開采是把要開采的煤層劃分成比較正規的條帶進行開采,采一條,留一條,利用保留的煤柱支撐上覆巖層,從而減少覆巖沉陷,控制地表的移動和變形,達到地面保護目的的部分開采方法。條帶開采法是保護地面建筑物的一種有效開采措施。條帶開采法與一般長壁式采煤法相比，雖有回采率低、掘進率高、采煤工作面搬家次數多等缺陷，但條采卻有引起圍巖移動量小、地面沉陷小等突出特點。條帶法適合于下述情況下的采煤：1.村鎮密集建筑物群，結構復雜建筑物和紀念性建筑物下采煤；2.道路橋梁、隧道或鐵路干線下采煤；3.水體下采煤以及受巖溶承壓水威脅的煤層上方的煤層的開采；4.地面排水困難；5.煤層埋藏深度在400～500m以內，深度太大，采出率過低；6.煤層層數少，厚度比較穩定，斷層少；7.鄰近采區的開采不至于破壞煤柱的穩定性。條帶開采方法如圖2：圖2條帶采煤法條帶布置（a）保留條帶寬度；（b）采出條帶寬度3.1條帶開采的地表移動與變形特點條帶開采法是一種保護地面建筑物的有效開采措施，能減少圍巖移動，降低地面沉陷。條帶開采如果開采尺寸適當，地表不會出現波浪形下沉盆地，而是出現單一平緩的下沉盆地，其它的變形分布規律與正規工作面回采類似。實測表明，在一定深度的界限以上下沉盆地是平緩的，在此界面以下則呈波浪形。通過力學分析證明，當采寬小于1/3倍采深時，地表不會出現波浪下沉盆地（如圖3）。正規條帶開采引起的地面移動與變形值是很小的，其地表移動和變形預測參數也相應減小。具體特點如下：1)條帶工作面礦壓顯現特點條帶開采時由于上覆巖層由保留條帶支撐，破壞和移動減弱，斷裂帶高度降低，工作面基本頂來壓現象減弱或消失，對底板的破壞也隨之減弱，巷道礦壓顯現不明顯。2)地表移動和變形特點(1)地表下沉系數小(2)主要影響角正切小(3)水平移動系數隨采深增加變小圖3地表波浪形下沉盆地3.2條帶開采設計步驟3.2.1條帶開采設計原則開采后條帶煤柱應有足夠的強度和穩定性，能長期、有效地支撐上覆巖層，從而達到減少地表移動和變形的目的。條帶的開采寬度，其尺寸應限制在不使地表出現明顯的波浪狀下沉盆地，而是僅出現單一平緩的下沉盆地范圍內。結合城郊礦的生產能力和技術水平，城郊礦西城區下煤層的開采只能采用變條帶協調開采方法應用變條帶協調開采方案的設計原則為：①在確保采動引起的地表移動與變形不影響地面建筑物安全使用的前提下，最大限度地回收煤炭資源；②合理確定留設煤柱的寬度，保證留設煤柱有足夠的強度支承上覆巖層的荷載，且保持長期穩定；③確定合理的開采順序和工作面推進速度，以減小采動引起的地表動態移動變形對建筑物的損害。3.2.2條帶類型選擇走向條帶與傾斜條帶。走向條帶是條帶長軸沿煤層走向布置，適用于煤層傾角小的緩傾斜煤層。當煤層傾角較大時，走向條帶穩定性差。走向條帶的優點是工作面搬家次數少。傾斜條帶是條帶長軸沿煤層傾向布置，其適應性較強，應用廣，其缺點是工作面搬家次數較多。冒落條帶與充填條帶。煤層的采出部分用全部陷落法管理頂板時稱為冒落條帶，此法目前應用較多。采出部分用充填法管理頂板時稱為充填條帶。從最大限度地減小地表移動和變形角度看，充填條帶效果較好。定采留比條帶和變采留比條帶。在一個采區內采留比固定不變是定采留比條帶開采。該方法適用于采區地質條件比較簡單的地段。在多煤層、厚煤層、分層開采時以及煤層傾角、采深差別不大時必須采用定采留比，否則，保證不了穩定性。在一個采區內采留比不固定，根據需要而變化的是變采留比條帶開采。在采區地質條件變化較大的地段，變采留比有一定的優越性。該方法的條帶布置比較靈活，適用于單一煤層。3.2.3采留比的確定方法具體步驟見3.3.23.2.4條帶開采地表移動和變形預測根據實測資料可得，條帶開采的地表移動和變形規律與正規工作面回采相似，條帶開采的地表移動和變形可用概率積分法求解，但它的下沉系數、主要影響角正切、水平移動系數比正規工作面回采的小。3.3采區條帶開采設計本設計以本礦井四采區為例確定條帶開采采留煤柱的寬度。3.3.1計算原則 本采區礦井條帶開采設計遵循以下原則：1)開采后條帶煤柱應有足夠的強度和穩定性，能長期、有效地支撐上覆巖層，從而達到減小地表移動和變形的目的；2)條采的每一采出寬度，其尺寸應限制在不使地表出現明顯的波浪狀下沉盆地，而僅出現單一平緩的下沉盆地。在合理地確定留寬和采寬的前提下盡量提高回采率。根據地面地形條件，可以采用變采留比條帶開采，在建筑物密集地區和淺部，采寬適當小一些，遠離村莊建筑物地區和深部，采寬大一些，盡可能提高回采效率；3)應弄清煤和上覆巖層的物理力學性質及其組成。如有無堅硬巖層存在，能否起積極的作用等；4)為減少工作面搬家次數，推進長度盡可能遠一些；5)選定的保留條帶煤柱的寬度不得過小，以免煤柱因喪失穩定性而失去承載能力。同時，煤柱的寬高比根據國內外條采的經驗，應控制留寬大于采厚的5倍，采寬小于1/4采深。3.3.2確定條帶尺寸綜合考慮個中條帶開采的優劣性以及結合礦井實際條件，決定選用冒落條帶開采。1）確定采寬b采出條帶寬度b與采深H有關。條帶采煤法的基本要求之一是當采出條帶開采后，地表不出現波浪形下沉盆地。一般情況下采寬等于或大于三分之一埋深時，地表就要出現波浪形的下沉盆地。為了保證條帶開采后地表出現單一平緩的下沉盆地，避免地面出現波浪形起伏，采出條帶寬度b一般為采深的1/10～1/4。受采深條件限制，我國已有的采出條帶寬度多在10～50m的范圍內。目前，隨著采深的加大，采出條帶的寬度有加大的趨勢。b≤H/4~H/9=53～130m（采深-520—-480m）本著保護地表建筑物的要求，又為了提高采出率，暫取采寬為中間值b=90m。2）確定留寬a目前，國內外有關煤柱強度計算理論有很多種。這次計算使用我國在條帶開采煤柱荷載計算中普遍采用的威爾遜理論，先計算煤柱的極限承載能力和實際分擔荷載，然后再計算出煤柱的穩定性安全系數，以評價煤柱的穩定性。長煤柱承載能力按式(1)計算：(1)式中：Pc——煤柱承載能力，kN／m；r——覆巖平均容重，kN/m；H——覆巖厚度，m；a——煤柱寬度，m；m——煤柱高度，m。煤柱分擔荷載按式(2)計算：(2)式中，P——煤柱實際承受的裁荷，kN／m；H，a同上；B——開采煤柱寬度，m。保留條帶寬度應滿足：a≥2x0+B=0.01Hh+B式中：B——核區寬度，一般取（1～2h）。當B取2h時，在采深H取500m，h取2.98m時則a≥7h=21m煤柱安全系數K=P安全系數可取1.3～2，此處取K=2，則由Pc/PD≥2即可確定采出條帶寬度和保留條帶寬度。經過計算，得： 綜合可得，a取60m采留情況如表2：表2四采區采留情況開采條帶寬度保留條帶寬度采出率90m60m60％3)工作面布置情況圖根據四采區煤層賦存情況，將四采區按以上方案的尺寸，沿煤層傾向劃分為若干個回采工作面。回采工作面布置情況，見圖4

圖4條帶開采設計圖3.3.3條帶開采地表沉陷預計在綜合考慮上述經驗公式計算結果及東歡坨礦地表移動觀測站觀測成果的基礎上，確定本區長壁垮采時的預計參數如下：主要影響角正切為2.56；初次采動下沉系數為0.86；水平移動系數為0.30；1）拐點偏移距的確定：在進行地表移動和變形預計時，拐點偏移距是一個重要的參數，它不僅直接影響到各種移動和變形值的計算精度，而且決定了地表移動盆地的形狀和范圍。全采時影響拐點偏移距的因素包括上覆巖層巖性、巖層層位、采深、松散層厚度、工作面尺寸、煤層傾角、采厚、采動程度、重復采動、采煤方法和頂板管理方法等。覆巖巖性和采深是影響拐點偏移距的主要因素，隨上覆巖層強度的增加而增加，隨采深的增加而增加。我國一般的礦區s值約在(0.05～0.43)H之間。（3（3）=17.2m2）地表下沉系數垮落開采條件下，當2a≥b和b＜1/3H時，條帶開采的地表下沉系數可由下式計算：（4（4）式中：η條——條帶開采的地表下沉系數；a——保留條帶寬度；b——采出條帶寬度；H——采深；η全——垮落法處理采空區全部開采的地表下沉系數代入各數值，得η條=0.54η全3）主要影響角正切垮落開采條件下條帶開采的主要影響角正切可由下式計算。tanβ條=tanβ全-0.574lnH+2.34式中：tanβ條——垮落法處理采空區條帶開采的主要影響角正切；tanβ全——垮落法處理采空區全部開采的主要影響角正切。由上式可以得出，相同采深條件下，主要影響角正切較小，意味著主要影響半徑較大，地表移動和變形指標中的曲率和水平變形值較小，對建筑物的不利影響較小。tanβ條=tanβ全-1.234）水平移動系數（5）條帶開采水平移動系數由式（5）式中：b條——垮落法處理采空區條帶開采的水平移動系數；b全——垮落法處理采空區全部開采的水平移動系數。由上式可知，與長壁開采相比，采深越大，采用條帶法開采的水平移動系數就越小。帶入數據得：b條=0.687b全采區條帶開采涉及移動與變形的主要參數如表3表3條采與全采參數對比參數回采率下沉系數水平移動系數主要影響正切角拐點偏移距全采100%0.730.32.5664.73條帶開采60%0.390.211.3317.25）地表沉陷預計參數四采區最大值移動和變形值預計地表沉陷預計主要包括最大下沉值、最大水平移動值、最大傾斜值、最大曲率值和最大水平變形值。針對四采區的實際情況，對以上開采方案可能對地表造成的破壞進行預計，計算其最大