寺河矿地表移动参数测定与研究

魏青锋

摘要:本文论述了寺河矿村庄下采煤地表移动参数测定,提出了存在的问题,并对保安煤柱设计参数选择进行论证,在此基础上,根据地表移动对地面建筑的影响、破坏程度的不同,结合寺河矿地质条件,查阅有关资料,并进行现场实测,通过相应的应用软件对数据进行处理,对所有的地表移动参数进行确定。

关键词:地表移动观测站 移动参数 观测

中图分类号:TD163文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)03-0131-03

1矿井概况

寺河隶属于山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司,于2002年11月8日正式验收移交投产,2003年度矿井原煤产量达到设计能力,自2004年底矿井原煤产量达640万吨。

寺河矿井位于山西省晋城市西偏北,行政区划属山西省晋城市所辖,跨沁水、阳城、泽州三县。寺河矿井工业场地位于沁水县嘉峰镇嘉峰村与殷庄村之间,距沁水县城53km,距晋城市区70km。井田分为东区、西区及大巷煤柱区三部分,其中东区西部属长河详查区,东部为原寺河井田之大部分,北与成庄煤矿及潘庄一号井田相邻,东、南、西与地方开采的小煤矿相连,面积约53.382km2;西区为原潘庄二号井田南段部分,西与大宁二号井田为邻,南与地方开采小煤矿相连,东隔沁河与潘庄一号井田及地方开采小煤矿相邻,面积约21.781km2;大巷煤柱区西段是潘庄一号井田西南隅,东段属长河详查区,南、北界外属地方开采小煤矿,长约3.39km,宽0.30km,面积约1.306km2。地理位置优越、交通便利。井田面积为76.469Km2。

截止2003年底矿井3#煤地质储量为31509.7万吨,永久煤柱(包括三下压煤)7004.7万吨。2004年生产能力为800万吨。

2地质采矿概况

3302综采工作面采用大采高支架一次采全高,实际采厚约为5200mm。工作面走向长2506m,采面宽度223.5m,工作面标高500～649m,观测线附近地面标高变化+948～+1120m之间,开采深度198～362m之间,平均开采深度280m。

该工作面开采煤层为山西组3#煤层,煤层厚度变化在6.31～6.89之间,平均厚度6.55m,倾角2～8啊N低硫低灰发热量高的优质无烟煤，以镜煤、亮煤为主，硬度f=2～4。煤层节理、裂隙发育。

工作面老顶为2～5米的中砂岩,深灰色,钙质胶结,具斜波状层理,含少量泥岩包裹体。直接顶为4～11米的粉砂岩,深灰色,块状,质不均,夹薄层泥岩,可见植物化石碎片。伪顶为0～1米的泥岩,灰黑色,质软,随采掘脱落,含相物化石碎片,含炭质。直接底为1.2米的粉砂质泥岩,灰黑色,质软,均匀层理,局部炭化。老底为4.25米的细砂岩,深灰色,薄至中厚层状,水平层理发育,可见贝壳状断口。

3观测站形式及位置

观测站的布设形式分网状观测站和剖面线状观测站。根据该区的井上下的实际情况,经过现场踏勘和综合对比分析,决定本区采用剖面线状观测站,设置2条观测线,一条半走向观测线、一条全倾向观测线。

走向观测线布置在3302工作面开切眼一侧,倾斜线布置在靠近开切眼一侧。

3.1观测点

根据本区开采深度为200～360m之间,按《规程》取点间距为20m。设计观测站控制点7个,工作测点73个。由于本区地处山区,在实际布设时进行了部分调整,调整前后各测线观测点对比(见表3-1)。

观测站的控制点和工作测点,大部分采用预制的测点埋设。部分测点采用钢筋直接打入地下埋设。

3.2 观测站观测时间

3302观测站共观测10次,观测时间及工作面推进情况见表3-2。最后由于观测点丢失,观测无法进行,停止观测。

4地表移动变形动态规律

为确保观测成果的正确性,在进行内业整理计算之前,对野外观测成果进行了检查后再进行计算。观测数据经整理改正后,进行了变形观测线上各测点和各测点间的移动和变形计算。包括以下五种变形:各测点的下沉和水平移动,相邻两测点间的倾斜和水平变形,相邻两线段(或相邻三点)的曲率变形。

4.1 走向线地表移动变形动态规律

4.1.1 走向线下沉动态变化规律

图4-1给出了走向方向不同时间下沉分布图。从图中可见,随着工作面的推进,地表下沉逐渐增大,靠近工作面一侧下沉曲线陡,推进前方下沉相对平缓,当工作面推进到(2004年5月15日观测)距离开切眼469m时,地表移动盆地近于充分采动,移动盆地出现平底,由于受地形的影响,随着工作面的推进,地表移动平底部分下沉不完全相等,存在一定的差异。地表最大下沉达到3453mm。

4.1.2 走向线倾斜动态变化规律

图4-2给出了走向方向不同时间倾斜分布图。从图中可见,随着工作面的推进,倾斜逐渐增大,由于受地形的影响,倾斜曲线与平地不同,呈现了多峰值曲线,特别在采空区上方,由于地形变化剧烈,从而导致倾斜曲线发生较大变化。

4.1.3 走向线曲率动态变化规律

图4-3给出了走向方向不同时间曲率分布图。从图中可见,随着工作面推进,曲率变形值逐渐增大,由于受地形的影响,曲率曲线不对称,负曲率曲线最大值大于正曲率最大值。整个曲率曲线由于受地形影响,分布规律与平地存在差异,比平地更复杂。

4.1.4 走向线水平移动动态变化规律

图4-4给出了走向方向不同时间水平移动分布图。从图中可见,随着工作面推进,水平移动逐渐增大,当工作面推进到一定后,采空区上方出现较大的指向下坡方向的水平移动值,再随工作面推进,采空区上方指向下坡方向的水平移动值再增加,显然是受地形的影响,山坡产生滑移,增大了指向下坡方向的水平移动,从而使采空区上方出现较大的水平移动,使采空区移动盆地平底部位,水平移动不为零,与平地开采引起的地表移动存在较大的差异。

4.2 倾向线地表移动变形动态规律

4.2.1 倾向线下沉动态变化规律

图4-5给出了倾斜方向不同时间下沉分布图。从图中可见,随着工作面推进,下沉值和下沉范围逐渐增大,但最大下沉点的位置不变,下沉分布规律不变,与一般平地的下沉分布规律相同。值得注意的是,由于最后一次观测受到邻近工作面开采的影响,出现了两个地表移动变形最大值。

4.2.2 倾向线倾斜动态变化规律

图4-6给出了倾斜方向不同时间倾斜分布图。从图中可见,随着工作面推进,倾斜最大值和范围逐渐增大,但最大倾斜点的位置不变,分布规律不变,与一般平地的分布规律相同。

4.2.3 倾向线曲率动态变化规律

图4-7给出了倾斜方向不同时间曲率分布图。从图中可见,随着工作面推进,曲率最大值和范围逐渐增大,但最大曲率点的位置不变,分布规律不变,与一般平地的分布规律相同,但曲率曲线出现多峰值,可能是受地形的影响。

5 分析结论

通过对寺河矿3302综放工作面地表移动观测站大量实测资料的整理、计算和分析,获得以下主要结论:

①总的来看,3302地表移动观测站设计和观测是基本成功的,获得了大量的观测数据,这些观测数据为分析地表移动规律和参数提供了基础。但由于测点的破坏,未观测到地表移动稳定数据,因此求得的参数仅供参考使用。

②观测资料表明,在山区地表条件下,地表移动具有如下变形规律:其一,在沟底,地表移动盆地扩展的范围较小,在上坡方向,地表移动盆地扩展的范围较大,从而减小了上坡方向的移动角和边界角;其二,采动影响下,坡体滑移对水平移动影响较大,对其余移动变形影响较小;其三,在观测的坡体条件下,倾斜和水平移动已不存在相似性,曲率和水平变形存在相似性;其四,移动盆地平底存在移动变形,与平地移动规律存在较大的差异。

③初步获得了本区地表移动盆地的综合边界角、综合移动角、充分采动角等参数,这些参数具有如下变化规律:其一,上坡方向综合边界角为57.00,下坡方向综合边界角为64.520,走向综合边界角为66.80。上坡方向综合移动角为77.880,下坡方向综合移动角为84.180,走向综合移动角为82.040。上坡方向综合边界角、移动角减小7度左右;其二,走向充分采动角为50.940;

④获得了矿区动态移动参数:

第一,超前影响角为51.850;第二,最大下沉速度为95.2mm/d,平均最大下沉速度滞后角为83.10;第三,几乎没有开始阶段,活跃期为83～94天。由于观测不完整,不能得出衰退期。

⑤3302工作面开采后,地表移动变形最大值为:下沉3382mm,倾斜40.2mm/m,曲率为-1.30～+0.90mm/m2,水平移动2032mm,水平变形-23.10～31.8mm/m。