牛興麗 李靜靜 梁國(guó)華

(河北省地礦局第二地質(zhì)大隊(duì) 唐山 063000)

合理開采和利用煤炭資源，提高煤炭資源回收率，保護(hù)受開采影響區(qū)域內(nèi)的建筑物、水體、鐵路、主要井巷和保證礦井開采免受水體的威脅，是我國(guó)煤炭工業(yè)的重要技術(shù)研究方向。如何在既保護(hù)地表對(duì)象的同時(shí)，又可以最大限度的采出煤炭資源，也是目前研究的一項(xiàng)難題。

一般建筑物煤柱留設(shè)方法主要有垂直剖面法、垂線法、數(shù)字標(biāo)高投影法等。本文利用垂直剖面法來確定不規(guī)則建筑群壓覆范圍，對(duì)建筑物煤柱留設(shè)方法進(jìn)行了研究，并由一般的建筑物煤柱留設(shè)擴(kuò)展到不規(guī)則建筑群煤柱留設(shè)。

1 垂直剖面法保護(hù)煤柱留設(shè)

1.1 垂直剖面法保護(hù)煤柱留設(shè)的基本原理

留設(shè)保護(hù)煤柱的實(shí)質(zhì)就是根據(jù)已掌握的地表移動(dòng)變形規(guī)律，在煤層層面上圈定一個(gè)保護(hù)煤柱的邊界，回采僅在該邊界之外進(jìn)行，使開采造成的影響不波及到需要保護(hù)的范圍。

在平面圖上通過受護(hù)對(duì)象角點(diǎn)作矩形，使矩形各邊分別平行于煤層傾斜方向和走向方向，在矩形四周做圍護(hù)帶，該圍護(hù)帶外邊界即為受護(hù)面積邊界(圖1)。首先在煤層傾斜方向上根據(jù)松散層移動(dòng)角和基巖移動(dòng)角確定傾斜方向上壓覆范圍m2n2，然后分別根據(jù)m2、n2高程點(diǎn)在煤層走向上確定其對(duì)應(yīng)標(biāo)高的壓覆范圍q3k3、q2k2，在平面圖上以Ⅰ-Ⅰ為基準(zhǔn)線將q3k3、q2k2投影到平面圖上得到壓覆范圍。

1.2 垂直剖面法保護(hù)煤柱留設(shè)舉例

本文以唐山市空港城規(guī)劃區(qū)稍作修整作為不規(guī)則建筑群的邊界，以開平煤田東歡坨礦區(qū)部分剖面稍作修整作為本文的示例剖面。根據(jù)垂直剖面法，對(duì)不規(guī)則建筑群1～10點(diǎn)在平面圖上通過受護(hù)對(duì)象角點(diǎn)做分別平行于煤層傾斜方向和走向方向的矩形，在矩形四周做圍護(hù)帶，得到圖2中虛線范圍內(nèi)的受護(hù)面積。

煤層傾斜方向上得到受護(hù)邊界與各剖面線的交點(diǎn)a0、b0、c0、80，在剖面圖上分別根據(jù)松散層移動(dòng)角、基巖移動(dòng)角得出平面圖上的a0′、b0′、c0′、80′。

煤層走向方向上的8、10點(diǎn)，在走向剖面圖上根據(jù)松散層移動(dòng)角、走向基巖移動(dòng)角得出平面圖上80″、100″(由于本文截取部分圖件，故100″無法顯示)。

2 不規(guī)則建筑群保護(hù)煤柱留設(shè)

2.1 不規(guī)則建筑群分割方法

隨著城市的不斷擴(kuò)建，大范圍不規(guī)則建筑物如果利用此法會(huì)出現(xiàn)圈定范圍過大，造成礦產(chǎn)資源無法最大限度的開采。鑒于上述問題本文對(duì)不規(guī)則建筑群進(jìn)行了分割處理，垂直剖面法對(duì)于小面積建筑物實(shí)用性較好，目的是在保護(hù)地表建筑物的同時(shí)可以最大限度的減少地下資源浪費(fèi)。

由于是大范圍的建筑群，故煤層的走向存在不唯一性，剖面線的方向及煤層走向會(huì)發(fā)生變化，本文以兩條剖面線的角平分線(輔助線)為基準(zhǔn)，將其進(jìn)行分割，得到不同的分割塊段。在平面圖上根據(jù)各分塊的受護(hù)對(duì)象交點(diǎn)做分別平行于煤層傾斜方向與走向方向的矩形，并在矩形四周做圍護(hù)帶，得到各分塊的受護(hù)面積，并根據(jù)松散層移動(dòng)角、基巖移動(dòng)角在各自傾斜及走向方向上確定其壓覆范圍。

2.2 不規(guī)則建筑群分割方法舉例

將不規(guī)則建筑群根據(jù)兩條剖面線的角平分線(輔1、輔2)分割為塊1、塊2、塊3。過點(diǎn)1、3、5分別做平行于煤層走向的直線，與剖面線及輔助線得到交點(diǎn)；在塊1、塊3中過走向方向上的最遠(yuǎn)點(diǎn)分別做平行于1-1′線、3-3′線的直線。依次連接三個(gè)塊段圈定的外部邊界線，以外部邊界線在周圍做圍護(hù)帶得到總的受護(hù)面積(圖3)。

Ⅰ-Ⅰ：煤層傾向方向；Ⅱ-Ⅱ：煤層走向方向；mn：傾斜方向上受護(hù)邊界；qk：走向方向上受護(hù)邊界；δ、β、γ：基巖移動(dòng)角；φ：松散層移動(dòng)角圖1 垂直剖面法圈定壓覆范圍示意圖

圖2 不分割圈定壓覆范圍過程圖(垂直剖面法)

在煤層傾斜方向上得到受護(hù)邊界與各剖面線的交點(diǎn)a、b、c、8，在剖面圖上分別根據(jù)松散層移動(dòng)角、基巖移動(dòng)角得出平面圖上的a′、b′、c′、8′。

在煤層走向方向上的8、10點(diǎn)，及在走向剖面圖上根據(jù)松散層移動(dòng)角、走向基巖移動(dòng)角得出平面圖上8″、10″(由于本文截取部分圖件，故10″無法顯示)。

如圖3所示，依次連接a′、b′、c′、8′、d′、8″得到壓覆范圍。(d′為c′8′的延長(zhǎng)線與8″10″延長(zhǎng)線的交點(diǎn))

圖3 分割法圈定壓覆范圍過程圖(垂直剖面法)

3 圈定壓覆范圍結(jié)果對(duì)比

本文利用垂直剖面法對(duì)分割和不分割兩種方法進(jìn)行了圈定壓覆范圍面積的對(duì)比，通過表1可以得出，利用分割法可以減少其受護(hù)面積及壓覆范圍面積，其中受護(hù)面積減少11.96%，壓覆范圍面積減少10.52%。圖4為兩種方法圈定壓覆范圍對(duì)比圖。

表1 不同方法圈定壓覆范圍對(duì)比表

圖4 不同方法圈定壓覆范圍面積對(duì)比圖

4 結(jié)論

如何對(duì)不規(guī)則建筑群合理圈定壓覆范圍，是目前研究的一個(gè)熱點(diǎn)。首先對(duì)不規(guī)則建筑群進(jìn)行分割，然后利用垂直剖面法對(duì)各分割塊段圈定受護(hù)面積及壓覆范圍，可以在充分保護(hù)地表建筑不受危害的同時(shí)，大幅度的減少壓覆面積。

[1]徐平,王小明,宋戰(zhàn)旺.壓覆礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量的計(jì)算要點(diǎn)與程序設(shè)計(jì)[J].礦業(yè)研究與開發(fā).2013(01).

[2]張玉法,王大剛,王昌念.高速公路壓覆煤炭資源節(jié)約與綜合利用探討[J].中國(guó)礦業(yè). 2012(04).

[3]劉東華,邢永強(qiáng),翟丹丹.建設(shè)項(xiàng)目壓覆礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量技術(shù)方法研究—以南水北調(diào)中線一期工程總干渠為例[J].河南科學(xué).2010(09).

[4]李大軍,雷俊嶺.新河礦井工業(yè)場(chǎng)地壓覆二-1煤的儲(chǔ)量估算[J].煤礦開采. 2007(06)

[5]國(guó)家煤炭工業(yè)局.建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程[M].北京:煤炭工業(yè)出版社.2000.