摘 要：条带开采作为“三下”采煤的重要措施之一，在我国煤矿区被广泛应用，但近距离煤层群条带开采的应用刚刚起步，有许多问题值得研究。国内外大量学者针对近距离煤层群条带开采中的开采方案设计问题，对近距离煤层群条带开采的采宽和留宽设计、煤柱稳定性、覆岩岩层移动变形状况及地表变形特征进行了相应的研究，对覆岩层移动规律进行了研究，为建筑物下近距离煤层群条带开采技术的应用提供了参考。

关键词：建筑物下；近距离煤层群、条带开采、研究现状

作者简介：吴文敏（1998.06-22），男，侗族，贵州省黎平县人，在读本科学生，主要从事采矿工程专业方面的学习和研究。

基金项目：国家级大学生创新创业训练计划项目（项目编号：202210977034）

0引言

我国是“富煤、贫油、少气”的国家，这一特点决定了煤炭将在一次性能源生产和消费中占据主导地位且长期不会改变。同时，我国是当今世界上最大的煤炭生产国，也是最大的煤炭消费国。受煤炭进出口税率变化、国内煤炭需求旺盛和人民币升值影响，预计中国煤炭未来一定时期内出口量进一步减少，进口量进一步增加。近年来，我国沿海省份的煤炭需求量一直很大。但我国约90%的煤炭资源和生产能力分布在西部和北部地区。 煤炭消费结构日趋多元化并向关键行业集中。目前我国的煤炭消费结构呈现多元化的特点，长期以来电力、冶金、化工和建材4个行业是主要耗煤产业，四大行业煤炭消费量约占总消费量的70%左右，其中电力行业煤炭消费量（动力煤）占总消费量的50%以上。本项研究特点在于解决处在建筑物下的近距离煤层群的开采，研究中将分别设计各煤层的开采方案，最大程度安全有效的回收“三下”煤炭资源，保证地面建筑物的安全稳定。该研究成果将进一步拓宽“三下”开采的应用范围，使矿区实现进一步可持续发展成为可能，创造经济效益，积累丰富的实践经验。

我国国有煤矿“三下”（建筑物、铁路、水体下）压煤总量超过133亿t，其中建筑物下压煤超过其中建筑物下压煤约87.7亿吨，占“三下”压煤量的60％左右[1]。因此，成功对建筑物下压煤的开采，对我国煤矿工业的可持续发展具有重要意义。

1条带开采的理论基础研究现状

条带开采法是一种部分开采方法，就是将被开采的煤层划分成比较正规的条带形状，即在被采煤层中采一条、留一条，使留下的条带煤柱足以支撑上覆岩层的重量，而地表只产生较小变形的一种特殊开采方法，达到既回收一部分煤炭资源又控制覆岩与地表沉陷的目的。它能控制垮落带、裂隙带的发育，减少地表沉陷，有利于安全生产。目前条带开采已日益成为建筑物下采煤的一种有效的采矿方法。

早在19世纪末叶国外学者就开展了建（构）筑物采煤的研究工作，在地表移动变形观测与理论分析方面、控制地表下沉措施的相关理论和实践方面，以及对新建筑物设计和旧建筑物加固补强等方面都进行了深入的研究。其中波兰、德国、前苏联和英国等获得了丰富的实践经验以及理论成果。波兰是建筑物下采煤比较早的国家，主要的技术措施包括两个方面，一是回采措施，采用全部充填法，同时结合充填法与垮落法联合开采;通过合理布置工作面以及各个工作面协调开采等方法，控制岩层的移动，减小对地表建筑的影响。二是提高建筑物抗变形能力，主要是加固建筑物结构与基础以及留设变形缝。英国主要采用条带采煤法回采城镇、工厂和集中建筑物下压煤。英国回采的建筑物压煤时，最开始采用变形缓冲沟的技术措施，以控制地表水平变形，对于长度比较大或形状特殊的建筑物，通常设置变形缝减轻对建筑物的损坏。对回采区新建的建筑物采用双板基础，以减小地表水平变形的影响。苏联通过工作面优化布置、多工作面协调开采、条带开采等方法进行建筑物下开采，通常很少采用充填法开采，建筑物保护措施有抗变形筋、钢拉杆、钢筋混凝上阁梁等。苏联用废钢丝绳代替钢拉杆得到广泛的应用。德国主要通过各种方法增加建筑物抗变形能力的措施，另外还重视工作面的合理布置以及工作面的合理错距，以减小地表的移动变形，更好的保护建筑物。通过大量的地表观测，得出：煤层埋深较大时，采用推进距离不同的工作面开采对建筑物影响比较小，即布置一个短工作面，布置一个长工作面，使建筑物位于下沉盆地的中心部位，以避免地表变形超过建筑物抗变形能力，而遭到的损坏。日本应用房柱式采煤法回采了大量的建筑物及大型公路、厂、桥下的压煤[2～5]。

近距离煤层的概念最早是由前苏联学者葛尔巴节夫于20世纪50年提出，并同时给出了顶板破坏带高度计算公式，通过煤层开采时顶板破坏带高度的大小来判定是否是“近距离煤层”。现阶段关于近距离煤层的概念在学术界尚仍没有明确统一的定义，我国《煤矿安全规程》（2011版）中定义近距离煤层为“煤层群层间距较小，开采时相互有较大影响的煤层”，可以看出此概念是一个模糊的概念，但也能较为清晰的定义近距离煤层。而近距离煤层又可分为下行式开采和上行式开采两种，其中先采下部煤层后采上部煤层的开采方式称为上行式开采，而先采上部煤层后采下部煤层的开采方式称为下行式开采。

针对近距离煤层上行式开采，李杨通过理论研究与实地考察的方法对开滦矿区上行开采方式的受干扰因素进行分析，并在采动影响系数与间深比判别法的基础上，结合煤层群开采层间扰动影响、煤系地层分布、岩层物理力学性质、覆岩破断特征等多因素，提出上行开采综合性判别指标;2021年袁光明[6]在调研目前近距离煤层上行开采可行性判别的常用方法基础上，指出了现有评价方法的适用性与局限性，并且基于丰富的近距离煤层上行开采案例统计、通过理论分析提出了以上部煤层台阶错动量为核心指标的方法来判别近距离煤层上行开采的可行性[7～9]。

2国内外群条带开采应用现状

国外学者对村庄建筑物下采用条带开采方法是从1950年以后开始研究的，在实践开采过程中，通过对开采进行分析总结，得出在特定条件下的开采经验。欧洲的一些主要采煤国家如波兰、前苏联、英国等，于上世纪50年代开始应用这种方法主要是回采建筑物下尤其是村镇、城市下压煤，已取得了较丰富的实践经验。他们应用条带开采法采深一般小于500m，个别采深近千米;煤层采厚大多数为2m左右，少数为4m以上，个别达到16m;回采率一般为40%～60%;条采下沉系数一般小于0.10，仅个别深部条采的下沉系数达到0.16，顶板管理方法一般为全部垮落法，仅波兰在回采厚5.9m以上的煤层时采用了水砂充填;因采深及煤层厚度不同，全部垮落法管理顶板时条带煤柱的宽高比为2.5-83.7不等，而采用水砂充填法管理顶板时，条带煤柱宽高比为1.2～5.1。西方国家（如美国）在进行建筑物下采煤时多采用房柱式采煤法，并对开采后煤柱的稳定性、房宽和柱宽的留设进行了大量的研究，提出了一些设计方法和计算方法。在众多进行建筑物下采煤的国家中，波兰的技术水平处于领先地位。波兰国内的大部分煤矿都涉及到建筑物下压煤，主要采用水砂充填采煤法对建筑物下压煤进行开采，成功的对卡托维茨和贝托姆等城市下压煤进行回采，相关资料记载，波兰国内建筑物下采煤的费用在吨煤成本中所占的比例小于4%，经济效益显著。

德国在开采建筑物下压煤时，重视合理的布置工作面，尽可能的使建筑物处于下沉盆地的平底位置，使建筑物呈现出整体移动，并大量采用抗变形建筑物，降低工作面回采对地表建筑物的损坏，取得了良好的效果。

英国采用条带采煤法对建筑物下压煤进行开采，用条带煤柱对上覆岩层进行支撑，并对煤柱留设尺寸进行大量的实验研究，提出并发展了条带开采的煤柱设计理论，既降低了地下煤炭资源开采对建筑物的损坏程度，保护了地表建筑物，又采出了煤炭资源，取得了良好的经济效益。

俄罗斯在进行建筑物下采煤时，针对不同的保护对象，采用协调开采的方法对工作面之间的相互位置和回采顺序进行设置，尽可能的抵消工作面之间的相互影响，以达到减小采动影响的目的，起到了一定的效果。

日本应用房柱式采煤方式成功的对建筑物下压煤进行回采，而且对房宽、柱宽和煤柱的稳定性进行深入研究，提出了一些设计方法，并在一些矿区进行实践[10～11]。

关于条带开采，这些国家虽然从实践上做了不少工作，但有关条带开采地表移动机理、条带开采优化设计、条带开采地表移动变形预计等方面的研究尚不充分。

我国自1967 年开始应用条带开采法回采建筑物下、铁路下、水体下压煤，迄今已在全国十几个省的几十个矿区近百个条带开采试验区进行了研究，其中主要用垮落条带法回采工业广场、村庄及工厂建筑物下所压煤柱，初步掌握了条带开采的地表沉陷规律及其对建（构）筑物等被保护对象的影响。

采用垮落条带法开采，回采率一般在40%～78.6%之间，除个别实例由于重复采动、煤体强度低、回采率偏大等特殊原因影响，使得下沉系数较大之外，条带开采地表下沉系数一般小于0.2;抚顺胜利矿采用水砂充填条带法，开采城市、工厂下 深部500m、厚10m以上特厚煤层，采宽60m，留宽70m，成功地控制了地表沉陷，其下沉系数小于0.0401。

由于常规条带开采的采出率较低，效率不高，宽条带开采理论81在突破了已有理论的同时被及时提出，并已经应用到开采实践中，取得了不错的效果。

从我国开始使用条带开采方法解决“三下”压煤以来，我国前后有十几个省开始了对条带开采方法进行研究。其中主要的研究内容有煤柱的稳定性、工作面开采参数优化、地表移动规律及地表变形预计等方面。

2006年张文学等为了解决村庄下压煤问题，对峰峰矿务局已经开采工作面地表布置观测线，由观测数据知工作面在极不充分开采时，开采引起的地表下沉值非常小，对已采工作面地表移动规律进行总结。当工作面开采属于极不充分开采时，地表移动变形预计虽然仍可以利用概率积分法，但是必须对公式系数进行修正，给出了修正后的计算公式。

2002年郭增长等发现随着开采深度的增加，传统的概率积分法已经不能合理预计极不充分条件下的地表移动变形，采用概率积分法对条带开采地表移动和变形进行预计，不能反映同一采出率不同采宽留宽对地表移动和变形的影响。条带开采每一开采条带的宽度不超过开采深度的1/4～1/3，每一个开采条带均可视为极不充分开采。为了能够预计在这种开采条件下的地表移动变形，文中提出了正态分布函数，该方法利用下沉率为预计开采参数，预计极不充分条件下地表移动变形，提高了预计精度。

2013年郭俊廷等采用离散元数值计算方法，模拟不同采厚、松散层厚度和采动程度等开采条件下地表裂缝的形成及分布规律.结果表明，煤层采深与采厚之比是地表裂缝产生与否的主要因素;松散层越厚地表产生裂缝可能性越小;开采充分性主要影响地表裂缝的分布位置;采动裂缝往往以裂缝带的形式存在，具有分级特性.研究结论对于地表建筑物保护和土地整治具有一定的参考价值。

4结论

条带开采技术普遍出现在我国煤矿开采中，尤其在建筑物下更为显著。但是建筑物下近距离煤层群条带开采刚刚起步，有更多的空间需要完善修改，最终能在三下压中开采出更多的支源。

参考文献

[1]李星亮，雷武林.浅析建筑物下压煤开采控制地表沉陷技术措施[J].内蒙古煤炭经济，2018（22）：27-28.

[2]杜蜀宾. 济宁太平煤矿建筑物下条带开采与充填开采比较研究[D].西安建筑科技大学，2007.

[3]张东昕. 亭南煤矿一盘区建筑物下开采技术研究[D].西安科技大学，2018.

[4]周国铨，崔继宪，刘广容.建筑物下采煤[M]．北京：煤炭工业出版社，1983

[5]施能为王金庄李成智.波兰建筑物下采煤[J].煤炭科学技术，1991，（6）; 48-50.

[6]袁光明，何团.基于统计分析的近距离煤层上行开采可行性判别方法[J].采矿与岩层控制工

[7]煤矿安全规程[M].煤炭工业出版社，国家安全生产监督管理总局，2011.[6]杜计平，孟宪锐.采矿学：第2版[M].徐州：中国矿业大学出版社，2014.

[8]李杨，雷明星，郑庆学，等.近距离“薄-中-厚”交错分布煤层群上行协调开采定量判别研究

[9]煤炭学报，2019，44（S2）

[10]何国清，杨伦，凌赓娣.矿山开采沉陷学[M].北京：中国矿业大学出版社， 1991.

[11] 余学义，张恩强.开采损害学[M]. 北京：煤炭工业出版社， 2004.