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摘要：随着社会的快速发展，交通越来越便利，公路网络越来越密集，这就造成大量资源被公路所压覆，公路压煤资源已成为“三下开采”中重要的一部分。针对公路保护煤柱的压煤资源，结合公路的特点及相关规范中关于公路路基、路面容许变形值的要求，分析评价了条带开采、充填开采及限厚开采保护煤柱的可行性，并就具体工程实例预计了其地表变形值，为公路下压煤开采提供了有益借鉴。
关键词：三下采煤；保护煤柱留设；压煤开采方法
1公路保安煤柱留设分析
1.1矿井概况
华盖山煤矿设计生产能力0.15Mt/a，为生产矿井，该矿井位于华宁县城北部，距县城约5km。矿井井田范围可采煤层1层，为Ⅱ号煤层，平均煤厚8.5m，平均煤层倾角22°。Ⅱ号煤层埋深为120～260m，矿区地表为新生代第四系（Qh）由冲积、坡积、残积之粘土、砾石、砂质物组成（厚度4.5—20m），下部砂砾岩(N2c)孔隙、裂隙含水层为松散岩体。
1.2公路煤柱留设分析
公路保护煤柱的留设，关键是岩层移动角度和维护带宽度等参数的确定。《采空区公路设计与施工技术细则》规定公路维护带和地基容许变形值如下（见表1和表2）。
表1公路维护带宽度
表2采空区地基容许变形值
澄华公路为二级公路，路面宽5～8m（按8m计算），沥青路面。根据规定，该公路路基两侧各留设5m公路保护带，加上路面宽度，共计为18m。矿区内公路与对应煤层埋深约270m，根据地表实际观测，充分采动角为60~65°，参照国内类似经验淮北矿区情况，充分采动角取值ψ=65°，保护边界s按下式计算：
s=h?cotψ
式中，s为保护煤柱宽度，m；h为埋深，m；ψ为充分采动角，（°）。
经计算保护煤柱宽度为122m。
煤柱资源量计算公式如下：
Q=S?secα?h?ρ
式中，S为煤柱面积，取167365m2（其中可采区域151634m2）；α为煤柱倾角，取22°；h为煤层厚度，取8.5m；ρ为视密度，取1.24t/m3。
经计算，公路煤柱压煤量合计为1.9Mt，可采区域地质储量1.7Mt。
2公路煤柱采煤方法的选择
公路煤柱的开采可提高矿井生产服务年限，在确保公路安全使用的条件下，可以在井下采取一定措施，采出一定量的煤炭资源，提高其回收率。常用的方法有限厚开采、条带开采和充填开采等。根据矿井地质条件，结合地面公路变形要求，选择合适的开采方法。该矿井为厚煤层，可选择该三种开采方法进行煤柱回收开采。限厚开采可以控制地表变形量，条带煤柱采出后，留下的条带煤柱能够承受住上浮岩层的全部荷载，使地表只发生轻微、均匀地移动和变形。限厚开采与条带开采方法与正常开采方法相比采出率较低，但能大幅度降低地表下沉和变形值，其采出率一般为40%~60%。充填开采是通过对采空区进行充填，由效加强采空区围岩的力学强度，降低顶板及上覆岩层的下沉量的开采方法。该方法即可减少覆岩的破坏高度，又可以显著地减少地表的移动变形量，从而有效地达到保护地表构筑物的目的。
3所选方案地表变形预计
采用概率积分法对公路保护煤柱开采进行地表沉陷预计。采用限厚开采、条带开采和充填开采时，顶板及覆岩下沉值大幅减小，其下沉系数采用折减法求取。根据华盖山煤矿的地质采矿特点和第四系表土较厚的特点，采用长壁全部陷落法开采时，下沉系数在0.8以上；条带开采时下沉系数很小，充填条带为0.02～0.05，冒落条采为0.05～0.15。参照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》淮北矿区类似情况，对地表变形预计参数进行计算冒落限厚条采与充填条采公路保护煤柱，通过控制充填率和采留煤柱，能够有效控制地表的变形值，满足公路的安全运行。
4压煤开采参数选择原则
本文主要对条带开采的参数选择，合理确定采出条带宽度（采宽）和保留煤柱宽度（留度），是条带开采法的关键问题。留宽过大，采出率低，留宽过小，煤柱易遭破坏；采宽过大，地表可能出现不均匀下沉，对保护公路不利，采宽过小，则采出率低。
根据国内外经验，采宽在H/4~H/10（H为采深）范围内选取。
煤柱两侧被采空后，其边缘部分受压而开裂，形成屈服区。屈服区的宽度D与采厚M及采深H有关，按2D=0.01MH计算。煤柱的核区受到屈服区包围和约束，处于三向应力状态，承载能力很大。只有煤柱宽度а＞2D时，其承载能力和稳定性才有保证。
煤柱的稳定性还与煤柱的宽高比有关，宽高比越大，煤柱越稳定。根据国内外经验，充填条采时，宽高比应大于2，冒落条采时，应大于5。
5结论与建议
（1）结合相关公路技术规范要求，采用限厚开采、条带开采或充填开采完全能够满足在公路安全运行的情况下，采出部分压煤资源，提高煤炭的开采回收利用率。
（2）实际开采保护煤柱前，除了对技术可行性进行分析外，还应该对路面目前的状态、保护煤柱开采成本进行分析，确保经济合理、技术可行、安全可靠。
参考文献
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[2]靳晓光，王建华，康勇.高速公路压煤区安全煤柱留设及其对路基稳定性的影响[J].中国地质灾害与防治学报,2005,16（1):93-98.