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摘要：根據山區開采沉陷結合山區地表移動觀測資料，對目前億欣煤業地面建筑物保護煤柱留設中不完善的部分提出建議，以期促進相關工作的發展。

關鍵詞：保護煤柱；山區地面建筑物；移動角

0引言

隨著煤礦事業的發展，煤炭開采與周邊建筑物的保護問題越來越明顯。長期以來有關地面建筑物保護的問題，主要的研究對象多數為平地，但是在中國大約有1/3的煤礦位于山區。山西省作為中國的煤炭生產基地，幾乎所有煤礦都位于山區，在山區有很多鐵路、公路、隧道、橋梁、高壓線塔等重要的建構筑物。為了保護山區地面建筑物及其他保護對象免受煤炭開采的影響，充分合理地開采煤炭資源，必須針對山區煤礦地形特點合理確定保護煤柱留設參數。如果照搬平地保護煤柱設計方法和參數，必然會使山區一些需要保護的對象得不到應有的保護，更有可能因為留設范圍過大而造成煤炭資源的巨大浪費。

1研究目的與意義

1.1山區保護煤柱留設規定

山區移動范圍及移動角與平地有明顯區別，《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》[1]規定：“在設計山區煤柱時，建筑物上坡方向移動角應減小15°~25°，建筑物下坡方向移動角應減小5°~10°。”2000年版《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》[2]在原規程的基礎上作了修正：“當保護煤柱受護邊界至煤柱邊界范圍內地表傾角大于15°時，應采用本礦區求得的山區移動角留設保護煤柱。如無本礦區實測資料而采用平地移動角留設保護煤柱時，建筑物上坡方向移動角應減小5°~10°，下坡方向移動角應減小2°~3°。”然而這個只是理論和原則性的規定，實際上當地表傾角大于5°~10°時，井下采動有可能造成地表滑移。由于山區采動滑移的影響，山區基巖移動角不僅與上、下坡方向采動有關，還與煤炭開采深度有一定關系，為了更加合理地留設保護煤柱，需要有一套合理的方法和理論[3]。

1.2億欣煤業保護煤柱現狀

2010年12月份由北京圓之翰煤炭工程設計有限公司億欣煤業做了礦井初步設計說明書，初步設計中將工業場地、風井場地、鐵路、公路等重要建筑物按照一級建筑物進行保護，維護帶取值為20m，并且按照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》的有關規定，安全煤柱的巖層移動角：表土段45°、基巖段72°，結合巖層厚度進行計算留設。2017年2月，億欣煤業委托河南理工大學校辦產業總公司給億欣煤業XV1309綜采工作面設計地表巖移觀測站，預計2018年6月份提交成果報告。本文根據億欣煤業地面的地形特點，并根據以往煤礦保護煤柱設計經驗，為億欣煤業地面建筑物保護煤柱設計提出一些建議，并結合XV1309綜采工作面得出的成果參數合理設計保護煤柱。

2礦井概況

山西晉煤集團晉圣億欣煤業有限公司井田位于沁水縣城以西方向約10km，沁水縣龍港鎮杏峪、堯都及中村鎮宋莊一帶。該礦井田位于太行山脈南段西麓，沁水煤田的南部邊緣，中條隆起的北東部延伸端，地貌劃屬為剝蝕中山區、溝谷縱橫發育。井田內地勢變化大，地形總體呈西高東低、南北高中部低，海拔最高點在井田西南部山頭，標高1524.52m，最低點在井田東部杏峪河谷中，標高1010m，相對高差514.52m左右，地形條件非常復雜。

3山區保護煤柱設計參數分析

3.1表土層移動角和維護帶取值表土層（松散層）移動角均為45°，維護帶為20m。表1為建筑物和構筑物的保護等級和維護帶寬度。建筑物和構筑物的保護等級和維護帶寬度3.2移動角的選擇陽泉礦區在1962年以前使用類比法對地面建筑物進行保護煤柱留設，采用的角度分別為δ=γ=75°，β=75°～0.6α（δ、γ、β分別為煤層走向、上山移動角和下山移動角，α為煤層傾角）。采用這種方法設計的保護煤柱往往對建筑物不能起到應有的保護作用，陽煤四礦的風井與風井機房曾按照一級保護對象設計，由于下坡方向保護煤柱外的工作面開采，引起風機房和井筒地面滑移，導致風機房和井筒報廢。之后該礦區在分析地表移動觀測站的基礎數據后，求得本礦區的移動角為：當α<10°時，δ=γ=β=72°；當α≥10°時，δ=γ=72°，β=75°～0.8α。上述移動角雖然比之前采用的移動角減小了3°，但是從建筑物實際的保護效果來看，大部分保護對象仍遭到不同程度的損壞，破壞較為嚴重的有二礦的大、小南溝村，基本上都受到了來自遠離保護煤柱邊界外的上坡方向工作面開采的影響。隨后，該礦區重新對地表移動觀測站的數據進行分析。當α<5°時，δ=γ=β=72°；當α≥5°時，δ=γ=72°，β=72°～0.5α。求得了采動滑移角的平均值，上坡方向滑移角65°、下坡方向滑移角52°。但是如果使用上述滑移角留設保護煤柱，雖然保護范圍足夠大，但是礦井煤炭資源損失過大，使用基巖移動角為72°設計保護煤柱只是山區規則沉陷區取得的平均角。實踐證明，由于山區采動地表存在附加滑移變形，使山區規則下沉盆地邊緣出現不規則的移動變形，從而增大了山區移動范圍。

4保護煤柱對經濟效益的影響

現以移動角72°為基礎，參考范圍為5°，并以億欣煤業鉆孔ZK5-1為例進行保護煤柱設計，通過角度的變化來分析合理的移動角選取對礦井經濟效益的影響。鉆孔ZK5-1，表土層9.5m，地表距離十五號煤地板273m，維護帶20m；當移動角為72°時，受護建筑物至受護邊界的距離為115.1m；當移動角減小5°（68°）后，受護建筑物至受護邊界的距離為136m。5°的差距帶來的是20.9m的煤柱，以XV1309綜采工作面為例來計算，20.9×195.4×2.7×1.51=16649t，以1t煤400元為例來計算，16649×400=6659600元，則20.9m的煤柱創造的經濟效益約為6.659×106元。

5結語

合理留設保護煤柱不僅能夠有效保護地面重要建筑物免受損害，還能帶來巨大的經濟效益。煤炭資源是不可再生能源，雖然不能以開采煤炭資源為借口去破壞地面的各種建筑，但是更不能因為煤柱留設過大而浪費煤炭資源。針對地面的主要鐵路、高速公路及隧道提出針對性的保護煤柱參數，希望河南理工大學校辦產業總公司的報告中能夠針對億欣煤業地面山區地形復雜的情況提出本礦區山區保護煤柱的留設參數范圍。

參考文獻：

［1］中華人民共和國煤炭工業部.建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程［M］.北京：煤炭工業出版社，1986.

［2］國家煤炭工業局.建筑物、水體建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程［M］.北京：煤炭工業出版社，2000.

［3］煤炭科學院唐山分院，陽泉礦務局.陽泉村莊下采煤的試驗研究報告［R］.蘇州：中國測繪學會，1986.

作者：王繼強 單位：山西晉城無煙煤礦業集團有限責任公司晉圣億欣煤業