文/魏启明强明
宁东矿区属于典型的浅埋多煤层开采条件,开采沉陷损害特别是在浅部开采以塌陷坑损害、地表开裂裂隙迫害的非连续性移动为主要特征。矿区采煤损害程度极为严重,各矿变形值均超过《规程》规定。羊场湾煤矿地处宁东矿区,是神华宁煤重要的煤炭生产基地,属于新建矿井,一直未开展地表与岩层工作,缺乏地表移动参数。为确保羊场湾煤矿“三下”采煤工作顺利开展,推进宁东基地资源综合利用、改善区域生态环境,实现可持续发展,是当前迫切需要解决的问题。
神华宁煤集团羊场湾煤矿为西北首座千万吨级现代化矿井,井田南北长9.9km、东西宽12.8km,面积58.52km2。探明可采储量5.30亿吨,设计年产原煤1500万吨。由一号和二号井组成,两井生产系统独立,采用斜井开拓。观测区130201工作面为羊场湾13采区首采面,走向长度1550m,倾向长度300m,平均垂深515.3m,开采煤层为二煤层,平均煤厚8.3m,煤层倾角5°,可采指数1。距煤层直接底板0.6m处含一层夹矸 (泥岩),结构较简单,厚度变化在0.2~0.5m之间,平均厚0.3m,夹矸由工作面南部向北逐渐变薄。硬度系数f=1~2,韧性指标 9~10。
130201工作面设计形状规整,受外界影响因素相对较少,地表也较为平坦,是建立地表移动观测站的良好场所。受工作面北侧F201正断层、Y212工作面采空区及切眼处工作面 (高差约20m)高地的影响,综合考虑设置成剖面线观测站,观测线位于停采线一侧。
由于130201工作面上方地表多为沙地,测点的埋设和保存较为困难,为了更好地反映开采时地表沿走向和倾向两个方向的移动变化规律,综合考虑观测站设置一条倾向观测线和半条走向观测线,位置均在停采线一侧,如图1所示。
羊场湾煤矿地表移动观测工作分连接测量、全面测量、日常观测三个部分。本次共埋设控制点标石7个(走向3个,倾向 4个),观测点74个(走向31个,倾向43个),走向和倾向相邻点间距30米。
在观测初期,分别对两条观测线共81个观测点进行了两次全面观测,通过对81个点的两次观测较值,根据中误差计算公式,可以求得本次观测站测量每个高程点的测量中误差为:
考虑到气候、温度、点的稳定性,以及采动松软等条件的影响,边界下沉值误差确定为10mm。
图1 观测站设计方案
本次共进行了19次全面观测,19次日常观测,均按照设计要求进行了观测和计算,基本获得了本地质采矿条件下的岩层与地表移动变形规律,走向观测线下沉情况如图2、图3、图4、图5所示。
图2130201 工作面地表岩移观测走向线沉降过程线组合图
图3130201 工作面地表岩移观测倾向线沉降过程线组合图
图4130201 工作面地表岩移观测倾向线累计沉降量曲线图
图5130201 工作面地表岩移观测倾向线累计沉降量曲线图
结论:从走向和倾向方向的移动变形曲线来看,最大下沉位于工作面中部,最大下沉点A22,下沉值达到3034mm,最大倾斜位于工作面边界上方,最大曲率位于工作面边界上方左右一定范围之内,最大水平移动位于工作面边界处,最大水平变形位于工作面边界上方左右一定范围之内。
1.主要移动参数
在对实测资料分析的基础上,求取了岩层与地表移动参数,见表1所示。
表1 岩层与地表移动参数
2.其他移动变形特征
根据对实测资料和具体条件进行综合分析,开采为走向方向充分采动,倾向方向为非充分采动条件下的规律,在此基础上得到以下特征规律:
(1)本次开采下沉系数(率)0.73,在工作面边界上方伴有裂缝现象的发生;最大下沉点偏向下山方向明显 (最大下沉角达到 82.1°,系数约为 1.05);走向、上山和下山方向的移动角值基本相同。
(2)呈现危险移动范围集中和下沉活跃期的集中性,活跃期为三个月。
(3)移动角正切值偏大,根据计算为3,从这一值来看,又几乎达到了充分采动条件。
3.不足
在建立观测站的基础上取得了一些结论,但仍存在一些不足之处,结论仍需得到进一步的验证,主要存在如下问题:
(1)建立的130201工作面地表移动观测站,是对单一煤层(二煤)引起的地表移动进行观测,尚未对多煤层开采的地表移动变形规律进行研究。
(2)通过实地观测法研究了矿区地表与岩移规律,但所取得的结论可能由于观测站布设方式、地质因素、观测方法的差异而缺乏代表性,还需要进一步对羊场湾地表和岩层移动规律进一步研究。
(3)由于仅采用实地观测法进行地表沉陷研究,研究方法单一,缺少比对对象,要掌握更为确切的规律性数据与规律,还需要开展进一步的验证、试验、观测、分析和总结。