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摘要：针对高等级公路下采煤在国内外的应用现状及目前存在的问题，根据地表移动对地面建筑物的破坏程度不同，构建公路下开采方案沉陷预计模型，利用费用——效益分析法对方案进行经济评价，选出最优方案，使其在保证开采对地面建筑物影响程度较小的前提下，达到煤炭采出率最大，经济合理，效益最优
关键词：三下采煤 预测研究 效益最优
1 概述
1.1 矿井概况 兖州煤业股份有限公司南屯矿位于山东省邹城市境内，井田含煤地层主要有二叠系下山西组和石炭系上统太原组、中统本溪组组成。共含有可采与局部可采煤层7层，平均煤层总厚为12.53m；其中主采煤层3上、3下、16上、17层煤共厚10.62m。目前3上、3下煤层是南屯煤矿的主采煤层，厚度大且稳定，适合于综放开采、综采。
1.2 邹、挤公路概况 邹济公路，起点为济宁太白东路与济宁东环平交口处，终点为邹城西环与矿建路平交口处，路线全长24.7km。该公路按一级公路标准设计，路面宽20.25×2m，路基宽44m，双向八车道，设计速度100公里/小时。目前邹济公路南屯矿区段已经开始竣工，按规划设计，矿区内公路路线长约8.4km，横跨南屯煤矿七、九、十采区，93上08工作面为九采区中开采3上煤层的最后三个工作面，建设中的邹济公路正好穿过这三个工作面地表正上方。93上08工作面已初步设计完成，后作为接替工作面进行开采。因此本课题主要研究93上08工作面开采分别对邹济公路造成的影响破坏，为公路建设部门及时对沉陷损坏路段进行维护提供必要的可靠依据。
2 开采沉陷预计模型和计算方案
2.1 93上08工作面采矿地质条件 93上08工作面位于南屯煤矿九采区。该区域内第四系平均厚111m，其下侏罗系砂岩层平均厚460m；其下为石炭二叠系含煤地层。目前主采3上煤层，平均煤厚5.5米，设计切眼面长150m，推进长度1700m，开采3上煤，煤层厚度4.39m～5.52m，平均5m，平均采深627m，煤層倾角平均为6°，采用综采放顶煤开采工艺一次采全高。
2.2 开采沉陷预计模型和预计参数选取 目前南屯矿采用概率积分法进行地表移动变形预计，并且应用效果较好，因此本次地表移动变形预计仍采用概率积分法。根据概率积分法的基本原理，概率积分法预计所需要的几个预计参数为：下沉系数q、主要影响角正切tgβ、水平移动角b、最大下沉角θ和拐点偏距s等。根据以往研究成果，结合南屯矿九采区地质采矿条件，确定南屯矿九采区综放开采沉陷预计的概率积分法参数如下：下沉系数0.83；水平移动系数0.28；主要影响角正切2.2；主要影响传播角90°-0.56α；拐点偏距0.057H。
2.3 93上08面开采对邹济公路影响预测分析 根据选定的预计参数，采用概率积分法预测了93上08工作面开采对邹济公路造成的影响情况。开采引起邹济公路预测点变形极值情况见下表。分析以上预计结果知，3上煤层93上08工作面综放开采后，邹济公路区域将受其采动影响范围为k20+540至k22+450路段，影响总长度约1910m。受93上08工作面开采影响，邹济公路最大下沉约1783mm，位于第37号点处；公路最大倾斜和最大水平移动分别为5.2mm/m和521mm，都位于28号点处；地表最大正曲率0.02mm/m2，最大负曲率0.04mm/m2，分别位于52号和37号点位置；地表最大拉伸变形为1.8mm/m，最大压缩变形为4.1mm/m，分别位于52号和37号预测点位置。预计将造成公路局部路段下沉变形，可能会出现局部微弱挤压型裂缝、局部路段雨季积水问题；对公路的正常运行有一定影响。为了确保运行安全，应及时通知公路管理部门，在采动塌陷影响路段两端设立警示和限速标志，确保交通运行安全。
3 结论
①93上08工作面开采将引起邹济公路最大下沉将达到1783mm，位于37号点（K21+500）处；最大拉伸变形为1.8mm/m，最大压缩变形为4.1mm/m，分别位于52号（K22+100）和37号（K21+500）预测点附近；受采动影响线路总长约为1.91km。②预计结果表明，地下开采将对在建的邹济公路带来明显的采动损害影响，主要表现为造成公路局部路段下沉变形，可能会出现局部裂缝、局部路段雨季积水问题；对公路的正常运行有一定影响。③为了减轻开采沉陷对公路的影响程度，建议目前在建的公路路基应适当抬高、预留出足够的沉陷量，确保在采动沉陷影响下的邹济公路不出现雨季积水问题；并在采动影响期间加强对公路的巡视，发现路面裂缝现象及时采取维护措施，延长路面使用寿命。④为了确保运行安全，建议应及时设立邹济公路地表移动观测站，及时对邹济公路受采动影响情况进行监测，定期反馈公路管理部门，为公路建设部门及时对沉陷损坏路段进行维护提供必要的参考依据。应及时通知公路管理部门在采动塌陷影响路段两端设立警示和限速标志，确保交通运行安全。
参考文献：
[1]何国清，杨伦等.编矿山开采沉陷学[M].徐州：中国矿业大学出版社.
[2]梁希峰.铁路桥下工业煤柱安全开采技术研究 辽宁工程技术大学出版.
[3]余学义.采动区地表剩余变形对高速公路影响预计分析 西安公路交通大学学报.
作者简介：贾忠国（1961-），男，山东邹城人，高级技师，从事井下测量工作。
关键词：三下采煤 预测研究 效益最优
1 概述
1.1 矿井概况 兖州煤业股份有限公司南屯矿位于山东省邹城市境内，井田含煤地层主要有二叠系下山西组和石炭系上统太原组、中统本溪组组成。共含有可采与局部可采煤层7层，平均煤层总厚为12.53m；其中主采煤层3上、3下、16上、17层煤共厚10.62m。目前3上、3下煤层是南屯煤矿的主采煤层，厚度大且稳定，适合于综放开采、综采。
1.2 邹、挤公路概况 邹济公路，起点为济宁太白东路与济宁东环平交口处，终点为邹城西环与矿建路平交口处，路线全长24.7km。该公路按一级公路标准设计，路面宽20.25×2m，路基宽44m，双向八车道，设计速度100公里/小时。目前邹济公路南屯矿区段已经开始竣工，按规划设计，矿区内公路路线长约8.4km，横跨南屯煤矿七、九、十采区，93上08工作面为九采区中开采3上煤层的最后三个工作面，建设中的邹济公路正好穿过这三个工作面地表正上方。93上08工作面已初步设计完成，后作为接替工作面进行开采。因此本课题主要研究93上08工作面开采分别对邹济公路造成的影响破坏，为公路建设部门及时对沉陷损坏路段进行维护提供必要的可靠依据。
2 开采沉陷预计模型和计算方案
2.1 93上08工作面采矿地质条件 93上08工作面位于南屯煤矿九采区。该区域内第四系平均厚111m，其下侏罗系砂岩层平均厚460m；其下为石炭二叠系含煤地层。目前主采3上煤层，平均煤厚5.5米，设计切眼面长150m，推进长度1700m，开采3上煤，煤层厚度4.39m～5.52m，平均5m，平均采深627m，煤層倾角平均为6°，采用综采放顶煤开采工艺一次采全高。
2.2 开采沉陷预计模型和预计参数选取 目前南屯矿采用概率积分法进行地表移动变形预计，并且应用效果较好，因此本次地表移动变形预计仍采用概率积分法。根据概率积分法的基本原理，概率积分法预计所需要的几个预计参数为：下沉系数q、主要影响角正切tgβ、水平移动角b、最大下沉角θ和拐点偏距s等。根据以往研究成果，结合南屯矿九采区地质采矿条件，确定南屯矿九采区综放开采沉陷预计的概率积分法参数如下：下沉系数0.83；水平移动系数0.28；主要影响角正切2.2；主要影响传播角90°-0.56α；拐点偏距0.057H。
2.3 93上08面开采对邹济公路影响预测分析 根据选定的预计参数，采用概率积分法预测了93上08工作面开采对邹济公路造成的影响情况。开采引起邹济公路预测点变形极值情况见下表。分析以上预计结果知，3上煤层93上08工作面综放开采后，邹济公路区域将受其采动影响范围为k20+540至k22+450路段，影响总长度约1910m。受93上08工作面开采影响，邹济公路最大下沉约1783mm，位于第37号点处；公路最大倾斜和最大水平移动分别为5.2mm/m和521mm，都位于28号点处；地表最大正曲率0.02mm/m2，最大负曲率0.04mm/m2，分别位于52号和37号点位置；地表最大拉伸变形为1.8mm/m，最大压缩变形为4.1mm/m，分别位于52号和37号预测点位置。预计将造成公路局部路段下沉变形，可能会出现局部微弱挤压型裂缝、局部路段雨季积水问题；对公路的正常运行有一定影响。为了确保运行安全，应及时通知公路管理部门，在采动塌陷影响路段两端设立警示和限速标志，确保交通运行安全。
3 结论
①93上08工作面开采将引起邹济公路最大下沉将达到1783mm，位于37号点（K21+500）处；最大拉伸变形为1.8mm/m，最大压缩变形为4.1mm/m，分别位于52号（K22+100）和37号（K21+500）预测点附近；受采动影响线路总长约为1.91km。②预计结果表明，地下开采将对在建的邹济公路带来明显的采动损害影响，主要表现为造成公路局部路段下沉变形，可能会出现局部裂缝、局部路段雨季积水问题；对公路的正常运行有一定影响。③为了减轻开采沉陷对公路的影响程度，建议目前在建的公路路基应适当抬高、预留出足够的沉陷量，确保在采动沉陷影响下的邹济公路不出现雨季积水问题；并在采动影响期间加强对公路的巡视，发现路面裂缝现象及时采取维护措施，延长路面使用寿命。④为了确保运行安全，建议应及时设立邹济公路地表移动观测站，及时对邹济公路受采动影响情况进行监测，定期反馈公路管理部门，为公路建设部门及时对沉陷损坏路段进行维护提供必要的参考依据。应及时通知公路管理部门在采动塌陷影响路段两端设立警示和限速标志，确保交通运行安全。
参考文献：
[1]何国清，杨伦等.编矿山开采沉陷学[M].徐州：中国矿业大学出版社.
[2]梁希峰.铁路桥下工业煤柱安全开采技术研究 辽宁工程技术大学出版.
[3]余学义.采动区地表剩余变形对高速公路影响预计分析 西安公路交通大学学报.
作者简介：贾忠国（1961-），男，山东邹城人，高级技师，从事井下测量工作。