罗克公路下采煤工艺设计方案与优化

王文慧，王高尚，李跃龙

（大地工程开发（集团）有限公司，北京 100000）

0 引 言

煤层开采形成大范围的采空区，引起上覆岩层运动，沉降延续到地表，形成下沉盆地和裂缝，对地面建（构）筑物造成破坏性影响，威胁人民财产和生命安全。目前国内“三下”（建筑物下、水体下和铁路下）采煤问题越来越严重，为保护地面建筑物不因采煤受损，使其变形在允许范围内，常用的“三下”采煤方法有：条带开采、限厚开采、充填开采等[1-4]。恒晋煤业E9103工作面上方地表有罗克公路，建设充填站严重影响产能，条带开采采出率低，为保证罗克公路变形在允许值内，将限厚开采灵活运用，提出部分区域“只采不放”的采煤优化方案。

1 概 况

恒晋煤业采用走向长壁综放采煤法，全部垮落法管理顶板。E9101工作面割煤高度2.6 m，放煤高度2.54 m，累计开采厚度5.12 m。E9103工作面为接续工作面，计划割煤高度2.6 m，放煤高度2.54 m，累计开采厚度约5.12 m，该工作面开采标高+1 090—+1 035 m，煤层倾角14°，罗克公路从E9103工作面开切眼处通过，对应开采深度235～290 m。

罗克公路全长40 km，为二级公路，涉及E9103工作面的长度约2.0 km，道路双向两车道，宽度约10 m，沥青混凝土路面。采空区公路地基稳定性评价标准应根据公路工程地基容许变形值确定，罗克公路为二级公路，允许倾斜变形为4.0～6.0 mm/m，水平变形值为3.0～4.0 mm/m，曲率值为0.3～0.4 mm/m2，确定罗克公路允许变形值为水平变形值为6.0 mm/m。

2 地表沉陷预计

恒晋煤矿东一采区9+10煤层倾角14°左右，属于缓倾斜煤层。概率积分法是我国在山区和平原地区被广泛推广应用的地表移动变形计算方法，因此采用概率积分法进行预计，选取预计参数：q=0.75，主要影响角正切（上山2.0，下山1.8），影响传播系数0.65，水平移动系数0.3，拐点偏移距0.05H，同时沿公路路线的中心线布置45个预计点进行离散元计算。

2.1 综放开采罗克公路变形情况

由于篇幅原因，仅放地表下沉和水平拉伸变形等值线图，分别如图1、图2所示。

图1 地表下沉等值线Fig.1 Contour line of surface subsidence

图2 地表水平拉伸变形等值线Fig.2 Contour line of surface horizontal tensile deformation

E9103工作面正常开采结束后，影响罗克公路长约607 m（下沉量大于10 mm的范围），对应离散点5号点～35号点，罗克公路所处地表最大下沉值为865 mm（对应22号离散点）；最大倾斜变形值纵向5.97 mm/m（对应28号离散点），横向17.84 mm/m（对应21号离散点）；最大水平拉伸变形值为9.44 mm/m（对应27号离散点），最大水平压缩变形值为7.61 mm/m（对应21号、22号离散点）。

罗克公路离散点13号点至离散点31号点之间公路水平变形已超出了罗克公路允许变形值，公路可能产生台阶裂缝，因此E9103工作面正常开采不能保证罗克公路安全运行。

2.2 “只采不放”罗克公路变形情况

“只采不放”根据开采条件选择性的、有目的的限厚开采，不改变采煤方法和工艺、控制地表沉陷、减少煤炭资源浪费。

根据“只采不放”优化设计原则，进行了多种方案的地表移动变形计算，按工作面推进方向每2 m、机巷向风巷方向每2 m进行多方案组合计算，直至罗克公路所处地表水平变形值小于等于其规定的允许变形值6 mm/m为止，确定E9103工作面只采不放的区域和综放开采的区域。

通过对各种可能的组合方案进行计算，最终确定优化设计方案为：从切眼推至120 m范围内只采不放，采高2.8 m；从120～200 m，采取对4～66号支架实施放顶，共余支架只采不放，然后200 m起实施综放正常开采，“只采不放”范围如图3所示，地表沉陷预计下沉和水平拉伸变形等值线如图4、图5所示。

图3 “只采不放”范围Fig.3 Range of“mining not caving”

图4 “只采不放”地表下沉等值线Fig.4 Contour line of ground depression with mining not caving

图5 地表水平拉伸变形等值线Fig.5 Contour line of surface horizontal tensile deformation

恒晋煤矿E9103工作面按优化设计方案开采结束后，影响罗克公路长约607 m，对应离散点5号点～35号点，罗克公路所处地表最大下沉值为640 mm（对应23号离散点）；最大倾斜变形值纵向4.52 mm/m（对应28号离散点），横向11.97 mm/m（对应23号离散点）；最大水平拉伸变形值为5.96 mm/m（对应28号离散点），最大水平压缩变形值为5.52 mm/m（对应22号离散点）。

因此按照该方案开采，罗克公路可通过开采过程中采取维修和维护措施后，保证安全运行。

3 路线安全措施

3.1 建立公路观测站

在采动影响范围内，在公路土质路肩一侧埋设观测点，主要测量观测点点距和高程。测点距的目的是随时掌握纵向拉伸变形情况，分析判断路面是否产生横向裂缝，测高程的目的是为了及时掌握纵、横坡度的变化。

3.2 建立公路巡检制度

采动期间，为防止公路出现异常情况，危及安全，应对路面等设施全面定期巡检。选派有一定专业知识、责任心强的人担任该项工作，事先进行培训，建立必要的规章制度，如填写巡检日志，详细记录公路各方面情况与变化和巡检人员的交接班制度等；同时应配备必要的用具、通讯工具和报警设施。要全面巡检与重点巡检相结合；巡检人员应注意安全。

3.3 设立减速行车警示牌

在公路上、下行的适当位置设立“采煤沉降区，减速慢行”警示牌，以保障行车安全。

3.4 建立应急抢修机制

针对可能出现的主要灾害，制定必要的技术措施和抢修方案，储备一定物资、材料，明确承担抢修的工程队伍，一旦出现特殊情况，能在最短时间内修复。

4 结 语

根据恒晋煤矿E9103工作面的条件和与地表罗克公路的相对位置关系，针对性的提出部分范围内“只采不放”的开采方法，同时依靠概率积分法进行离散点预计，优化“只采不放”方案，控制公路变形在允许值范围内的同时，提高采出率，减少煤炭资源的浪费，为类似条件下的煤炭资源开采提供一定的借鉴意义。