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摘要：利用下沉预计等值线来验证建（构）筑物来验证煤柱的正确性，抛却了以前分别用两种算法计算留设煤柱的办法，用一种算法来计算留设煤柱，用另一种简单的方法来检校所留设煤柱，大大减少了计算量。
关键词：等值线；煤柱；下沉
1、概述
由于煤矿地下开采范围大、层数多且深度有限，开采的影响一般都能发展到地表，引起地表可能产生的抽冒和切冒等形式的漏斗坑和突然下沉，致使地基损毁，建（构）筑物、地理环境遭到破坏，工农业生产不能正常进行，居民的居住安全不能得到保证。为了减少或完全避免地下开采的影响，我们需要采取一些必要的防护措施以减少这种损坏，其中留设保护煤柱就是我们比较常用的保护方法。通常我们用的煤柱留设方法是垂直剖面法和垂线法。但是，这种设计煤柱留设的方法计算量比较大，特别是对于不规则维护带，我们需要取大量的点位进行计算，无形之中增加了我们很多的工作量。
利用下沉预计等值线来验证建（构）筑物来验证煤柱的正确性，就是利用相关软件根据假定要采的工作面和实际开采总结出来的参数进行下沉预计等值线的生成。将生成的下沉预计等值线与留设煤柱线进行叠加分析。这种方法虽然不是严格意义上用两种算法对留设煤柱进行计算、校核，但是却用了另一种简单的方法来检校所算出来的煤柱的正确性，大大减少了计算量。下面我们就探讨一下利用下沉预计等值线来验证建（构）物留设煤柱的可行性。
2、煤柱留设计算
通常保护煤柱计算方法比较常用的也就是垂直剖面法和垂线法，它们各有优缺点。垂直剖面法形象直观，但是需要画出不少的剖面图形来得到，计算量不是太大，只是绘图太过频繁。垂线法适用任何形状的受护范围，它是在受护范围的特征拐点，利用相关数据参数和公式计算得到。这种方法适用范围较广，但计算量较大，不够形象。
下面我们以垂线法对工广煤柱留设方法进行讨论。
首先要根据工广范围确定受护面积边界。根据场地征地图，场地自然地面标高一般为 ＋25.00m，维护带宽度取15m，工广的维护范围取值如图1。
图1 图2
根据工广维护带拐点处基岩标高h1、煤层标高H1、松散层厚度h、煤层倾角a、煤层走向与与维护边的加角θ，根据下面的计算公式计算出煤层的留设煤柱范围。
松散层保护带为：S＝hctgφ；
基岩保护带为：
（1）ctgβ1=√（ctg βcos θ+ctg δsin θ）；
（2）ctgγ1=√（ctg γcos θ+ctg δsin θ）；
（3）q==（H-h）ctgβ1/（1+ctgβ1cosθtanα）；
（4）l=（H-h）ctgγ1/（1-ctgγ1cosθtanα）；
其中β、γ、δ为煤层上山、下山、走向移动角，β1、γ1为维护边界与煤层走向相交的斜交移动角，q、l分别为上山、下山的垂线长度。
根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中当地地表移动实测参数资料，选取松散层与岩层移动角分别为φ=41°，δ=66°，γ=70°，因α=7°，故β=66°-22°sinα＝63.3°。
场地受护范围各拐点的基岩标高h以及对应的松散层保护带各拐点的基岩标高h1和松散层保护带各拐点的煤层标高H1见下表：
按照上述参数，场地保护煤柱在煤层上、下山方向的垂线长度q、l的计算结果如下表：
保护煤柱留设平面图如图：图2
3、下沉预计等值线的生成
在煤矿开采过程中要进行下沉等值线的绘制，方便直观的了解分析和反映矿山开采范围内各区域的地表塌陷程度。原来绘制等值线是要经过大量的计算，手工绘出，现在随着计算机的高速发展，越来越多软件就能方便的完成这样的工作。
下面我们可以假想在煤层中存在一个工作面，此工作面的一顺槽与我们上面所计算的留设煤柱的一边E3A2相邻，假如工作面长731.8m，宽659.9m。根据工作面的底板等高线图及相应的煤厚和采深情况，利用我们本矿区内通过回采工作面沉降观测和曲线拟合总结出来的下沉预计参数，就可以对工作面进行下沉预计数据文件的编辑。工作面布置如下：
图3 图4
因为矿区处在深厚松散层采动条件下，采动后的松散层有太多的不确定性，我们从地表移动观测站求得的移动角都是综合移动角。求得沿煤层下山方向、上山方向和走向方向的综合移动角分别为β=64.3°，γ=68.6°，δ=67.6°。下面我们就以综合移动角作为数据参数，编辑数据文件，利用下沉等值线预计软件对我们假定存在的工作面进行预计。
编制好数据文件后，首先利用下沉预计软件对工作面下沉预计，生成沉降数据文件。如图4与图5。
利用用下沉等值线图绘图软件对上面生成的沉降文件进行处理，生成下沉预计等值线如图6。
图5 图6
4、下沉预计等值线与留设煤柱叠加分析
对上面计算得到设计煤柱线与假定工作面的下沉预计等值线叠加到同一张图上，看下沉预计等值线的边界线（即下沉10mm的范围线）和留设煤柱线之间的距离，是否在允许的范围内，如果在可容许的范围内，那说明利用下沉预计等值线来检验留设煤柱线正确性是可行的，反之，不可行。
将两图叠加后可以量出，工广守护边界与工作面顺槽（即留设煤柱线）的距离是538m，工广守护边界与下沉预计边界线之间的距离为35m，两则之间的比例关系为15：1。考虑到煤柱线设计时利用的理论值，即岩层和松散层的理论移动角参数，而检验是用的是通过沉降点观测和下沉预计线拟合得到参数，两则存在差别，且我们处在厚松散层地区，个别地方厚度能达到420m，给下沉预计带来很大的不确定性。考虑这些方面因素，这个结果是可以接受的，即利用下沉预计等值线来验证留设煤柱的正确性是可行的。
设计煤柱线与假定工作面的下沉预计等值线叠加后如下图：
图7
5、结论
通过以上煤柱留设计算与下沉预计等值线的比较可知，利用下沉预计等值线来验证计算留设煤柱的正确性是一种行之有效的方法。这样就不用像往常利用两种方法分别对建（构）筑物的受护范围线进行计算比较，我们只用一种方法来计算留设煤柱线，然后利用煤柱线一边的假定工作面作下沉预计等值线，查看下沉预计边界线与守护范围边界的距离情况来判断留设煤柱的正确性。这样能够大大减少我们计算煤柱的工作量，同时也能减少在计算中出错的几率。所以，利用下沉预计等值线来验证留设煤柱的正确性是可行的。
参考文献：
[1]何国清 矿山开采沉陷学 徐州 中国矿业大学出版社出版 1991
[2]建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范 煤炭工业出版社 2017.07
[3]刘庆吉 于加强煤矿开采沉陷的控制与预防 中小企业管理与科技（下旬刊）2011.02
作者简介：时宁宁（1981-），男，2006年毕业于中国矿业大学测绘工程专业，湖北科能电力电子有限公司工程师。
论文作者:时宁宁
论文发表刊物:《基层建设》2019年第22期
论文发表时间:2019/10/24
标签：等值线论文; 工作面论文; 煤层论文; 松散论文; 垂线论文; 标高论文; 正确性论文; 《基层建设》2019年第22期论文;