寺河礦地表移動(dòng)參數(shù)測定與研究

魏青鋒

摘要:本文論述了寺河礦村莊下采煤地表移動(dòng)參數(shù)測定,提出了存在的問題,并對保安煤柱設(shè)計(jì)參數(shù)選擇進(jìn)行論證,在此基礎(chǔ)上,根據(jù)地表移動(dòng)對地面建筑的影響、破壞程度的不同,結(jié)合寺河礦地質(zhì)條件,查閱有關(guān)資料,并進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)測,通過相應(yīng)的應(yīng)用軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,對所有的地表移動(dòng)參數(shù)進(jìn)行確定。

關(guān)鍵詞:地表移動(dòng)觀測站 移動(dòng)參數(shù) 觀測

中圖分類號(hào):TD163文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-8937(2009)03-0131-03

1礦井概況

寺河隸屬于山西晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司,于2002年11月8日正式驗(yàn)收移交投產(chǎn),2003年度礦井原煤產(chǎn)量達(dá)到設(shè)計(jì)能力,自2004年底礦井原煤產(chǎn)量達(dá)640萬噸。

寺河礦井位于山西省晉城市西偏北,行政區(qū)劃屬山西省晉城市所轄,跨沁水、陽城、澤州三縣。寺河礦井工業(yè)場地位于沁水縣嘉峰鎮(zhèn)嘉峰村與殷莊村之間,距沁水縣城53km,距晉城市區(qū)70km。井田分為東區(qū)、西區(qū)及大巷煤柱區(qū)三部分,其中東區(qū)西部屬長河詳查區(qū),東部為原寺河井田之大部分,北與成莊煤礦及潘莊一號(hào)井田相鄰,東、南、西與地方開采的小煤礦相連,面積約53.382km2;西區(qū)為原潘莊二號(hào)井田南段部分,西與大寧二號(hào)井田為鄰,南與地方開采小煤礦相連,東隔沁河與潘莊一號(hào)井田及地方開采小煤礦相鄰,面積約21.781km2;大巷煤柱區(qū)西段是潘莊一號(hào)井田西南隅,東段屬長河詳查區(qū),南、北界外屬地方開采小煤礦,長約3.39km,寬0.30km,面積約1.306km2。地理位置優(yōu)越、交通便利。井田面積為76.469Km2。

截止2003年底礦井3#煤地質(zhì)儲(chǔ)量為31509.7萬噸,永久煤柱(包括三下壓煤)7004.7萬噸。2004年生產(chǎn)能力為800萬噸。

2地質(zhì)采礦概況

3302綜采工作面采用大采高支架一次采全高,實(shí)際采厚約為5200mm。工作面走向長2506m,采面寬度223.5m,工作面標(biāo)高500～649m,觀測線附近地面標(biāo)高變化+948～+1120m之間,開采深度198～362m之間,平均開采深度280m。

該工作面開采煤層為山西組3#煤層,煤層厚度變化在6.31～6.89之間,平均厚度6.55m,傾角2～8啊N低硫低灰發(fā)熱量高的優(yōu)質(zhì)無煙煤，以鏡煤、亮煤為主，硬度f=2～4。煤層節(jié)理、裂隙發(fā)育。

工作面老頂為2～5米的中砂巖,深灰色,鈣質(zhì)膠結(jié),具斜波狀層理,含少量泥巖包裹體。直接頂為4～11米的粉砂巖,深灰色,塊狀,質(zhì)不均,夾薄層泥巖,可見植物化石碎片。偽頂為0～1米的泥巖,灰黑色,質(zhì)軟,隨采掘脫落,含相物化石碎片,含炭質(zhì)。直接底為1.2米的粉砂質(zhì)泥巖,灰黑色,質(zhì)軟,均勻?qū)永?局部炭化。老底為4.25米的細(xì)砂巖,深灰色,薄至中厚層狀,水平層理發(fā)育,可見貝殼狀斷口。

3觀測站形式及位置

觀測站的布設(shè)形式分網(wǎng)狀觀測站和剖面線狀觀測站。根據(jù)該區(qū)的井上下的實(shí)際情況,經(jīng)過現(xiàn)場踏勘和綜合對比分析,決定本區(qū)采用剖面線狀觀測站,設(shè)置2條觀測線,一條半走向觀測線、一條全傾向觀測線。

走向觀測線布置在3302工作面開切眼一側(cè),傾斜線布置在靠近開切眼一側(cè)。

3.1觀測點(diǎn)

根據(jù)本區(qū)開采深度為200～360m之間,按《規(guī)程》取點(diǎn)間距為20m。設(shè)計(jì)觀測站控制點(diǎn)7個(gè),工作測點(diǎn)73個(gè)。由于本區(qū)地處山區(qū),在實(shí)際布設(shè)時(shí)進(jìn)行了部分調(diào)整,調(diào)整前后各測線觀測點(diǎn)對比(見表3-1)。

觀測站的控制點(diǎn)和工作測點(diǎn),大部分采用預(yù)制的測點(diǎn)埋設(shè)。部分測點(diǎn)采用鋼筋直接打入地下埋設(shè)。

3.2 觀測站觀測時(shí)間

3302觀測站共觀測10次,觀測時(shí)間及工作面推進(jìn)情況見表3-2。最后由于觀測點(diǎn)丟失,觀測無法進(jìn)行,停止觀測。

4地表移動(dòng)變形動(dòng)態(tài)規(guī)律

為確保觀測成果的正確性,在進(jìn)行內(nèi)業(yè)整理計(jì)算之前,對野外觀測成果進(jìn)行了檢查后再進(jìn)行計(jì)算。觀測數(shù)據(jù)經(jīng)整理改正后,進(jìn)行了變形觀測線上各測點(diǎn)和各測點(diǎn)間的移動(dòng)和變形計(jì)算。包括以下五種變形:各測點(diǎn)的下沉和水平移動(dòng),相鄰兩測點(diǎn)間的傾斜和水平變形,相鄰兩線段(或相鄰三點(diǎn))的曲率變形。

4.1 走向線地表移動(dòng)變形動(dòng)態(tài)規(guī)律

4.1.1 走向線下沉動(dòng)態(tài)變化規(guī)律

圖4-1給出了走向方向不同時(shí)間下沉分布圖。從圖中可見,隨著工作面的推進(jìn),地表下沉逐漸增大,靠近工作面一側(cè)下沉曲線陡,推進(jìn)前方下沉相對平緩,當(dāng)工作面推進(jìn)到(2004年5月15日觀測)距離開切眼469m時(shí),地表移動(dòng)盆地近于充分采動(dòng),移動(dòng)盆地出現(xiàn)平底,由于受地形的影響,隨著工作面的推進(jìn),地表移動(dòng)平底部分下沉不完全相等,存在一定的差異。地表最大下沉達(dá)到3453mm。

4.1.2 走向線傾斜動(dòng)態(tài)變化規(guī)律

圖4-2給出了走向方向不同時(shí)間傾斜分布圖。從圖中可見,隨著工作面的推進(jìn),傾斜逐漸增大,由于受地形的影響,傾斜曲線與平地不同,呈現(xiàn)了多峰值曲線,特別在采空區(qū)上方,由于地形變化劇烈,從而導(dǎo)致傾斜曲線發(fā)生較大變化。

4.1.3 走向線曲率動(dòng)態(tài)變化規(guī)律

圖4-3給出了走向方向不同時(shí)間曲率分布圖。從圖中可見,隨著工作面推進(jìn),曲率變形值逐漸增大,由于受地形的影響,曲率曲線不對稱,負(fù)曲率曲線最大值大于正曲率最大值。整個(gè)曲率曲線由于受地形影響,分布規(guī)律與平地存在差異,比平地更復(fù)雜。

4.1.4 走向線水平移動(dòng)動(dòng)態(tài)變化規(guī)律

圖4-4給出了走向方向不同時(shí)間水平移動(dòng)分布圖。從圖中可見,隨著工作面推進(jìn),水平移動(dòng)逐漸增大,當(dāng)工作面推進(jìn)到一定后,采空區(qū)上方出現(xiàn)較大的指向下坡方向的水平移動(dòng)值,再隨工作面推進(jìn),采空區(qū)上方指向下坡方向的水平移動(dòng)值再增加,顯然是受地形的影響,山坡產(chǎn)生滑移,增大了指向下坡方向的水平移動(dòng),從而使采空區(qū)上方出現(xiàn)較大的水平移動(dòng),使采空區(qū)移動(dòng)盆地平底部位,水平移動(dòng)不為零,與平地開采引起的地表移動(dòng)存在較大的差異。

4.2 傾向線地表移動(dòng)變形動(dòng)態(tài)規(guī)律

4.2.1 傾向線下沉動(dòng)態(tài)變化規(guī)律

圖4-5給出了傾斜方向不同時(shí)間下沉分布圖。從圖中可見,隨著工作面推進(jìn),下沉值和下沉范圍逐漸增大,但最大下沉點(diǎn)的位置不變,下沉分布規(guī)律不變,與一般平地的下沉分布規(guī)律相同。值得注意的是,由于最后一次觀測受到鄰近工作面開采的影響,出現(xiàn)了兩個(gè)地表移動(dòng)變形最大值。

4.2.2 傾向線傾斜動(dòng)態(tài)變化規(guī)律

圖4-6給出了傾斜方向不同時(shí)間傾斜分布圖。從圖中可見,隨著工作面推進(jìn),傾斜最大值和范圍逐漸增大,但最大傾斜點(diǎn)的位置不變,分布規(guī)律不變,與一般平地的分布規(guī)律相同。

4.2.3 傾向線曲率動(dòng)態(tài)變化規(guī)律

圖4-7給出了傾斜方向不同時(shí)間曲率分布圖。從圖中可見,隨著工作面推進(jìn),曲率最大值和范圍逐漸增大,但最大曲率點(diǎn)的位置不變,分布規(guī)律不變,與一般平地的分布規(guī)律相同,但曲率曲線出現(xiàn)多峰值,可能是受地形的影響。

5 分析結(jié)論

通過對寺河礦3302綜放工作面地表移動(dòng)觀測站大量實(shí)測資料的整理、計(jì)算和分析,獲得以下主要結(jié)論:

①總的來看,3302地表移動(dòng)觀測站設(shè)計(jì)和觀測是基本成功的,獲得了大量的觀測數(shù)據(jù),這些觀測數(shù)據(jù)為分析地表移動(dòng)規(guī)律和參數(shù)提供了基礎(chǔ)。但由于測點(diǎn)的破壞,未觀測到地表移動(dòng)穩(wěn)定數(shù)據(jù),因此求得的參數(shù)僅供參考使用。

②觀測資料表明,在山區(qū)地表?xiàng)l件下,地表移動(dòng)具有如下變形規(guī)律:其一,在溝底,地表移動(dòng)盆地?cái)U(kuò)展的范圍較小,在上坡方向,地表移動(dòng)盆地?cái)U(kuò)展的范圍較大,從而減小了上坡方向的移動(dòng)角和邊界角;其二,采動(dòng)影響下,坡體滑移對水平移動(dòng)影響較大,對其余移動(dòng)變形影響較小;其三,在觀測的坡體條件下,傾斜和水平移動(dòng)已不存在相似性,曲率和水平變形存在相似性;其四,移動(dòng)盆地平底存在移動(dòng)變形,與平地移動(dòng)規(guī)律存在較大的差異。

③初步獲得了本區(qū)地表移動(dòng)盆地的綜合邊界角、綜合移動(dòng)角、充分采動(dòng)角等參數(shù),這些參數(shù)具有如下變化規(guī)律:其一,上坡方向綜合邊界角為57.00,下坡方向綜合邊界角為64.520,走向綜合邊界角為66.80。上坡方向綜合移動(dòng)角為77.880,下坡方向綜合移動(dòng)角為84.180,走向綜合移動(dòng)角為82.040。上坡方向綜合邊界角、移動(dòng)角減小7度左右;其二,走向充分采動(dòng)角為50.940;

④獲得了礦區(qū)動(dòng)態(tài)移動(dòng)參數(shù):

第一,超前影響角為51.850;第二,最大下沉速度為95.2mm/d,平均最大下沉速度滯后角為83.10;第三,幾乎沒有開始階段,活躍期為83～94天。由于觀測不完整,不能得出衰退期。

⑤3302工作面開采后,地表移動(dòng)變形最大值為:下沉3382mm,傾斜40.2mm/m,曲率為-1.30～+0.90mm/m2,水平移動(dòng)2032mm,水平變形-23.10～31.8mm/m。