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        特厚煤層綜放開采地表移動規(guī)律實(shí)測研究

        2012-11-17 09:20:56李曉輝
        采礦技術(shù) 2012年3期
        關(guān)鍵詞:觀測線松散層角為

        任 耀,李曉輝,姜 敏

        (1.河南理工大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院, 河南焦作市 454003;2.河南煤炭建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司,河南鄭州 450000;3.山東科技大學(xué)測繪科學(xué)與工程學(xué)院, 山東青島市 266510)

        特厚煤層綜放開采地表移動規(guī)律實(shí)測研究

        任 耀1,李曉輝2,姜 敏3

        (1.河南理工大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院, 河南焦作市 454003;2.河南煤炭建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司,河南鄭州 450000;3.山東科技大學(xué)測繪科學(xué)與工程學(xué)院, 山東青島市 266510)

        為研究特厚煤層綜放開采條件下地表移動的變形規(guī)律,在F6201綜放工作面上方建立了地表移動觀測站,通過對實(shí)測資料的分析,獲得了該地質(zhì)采礦條件下地表移動的規(guī)律及有關(guān)參數(shù),為指導(dǎo)礦井生產(chǎn)及“三下”采煤提供了可靠依據(jù)。

        特厚煤層;綜放開采;地表移動;變形規(guī)律

        不連溝煤礦淺埋特厚放頂煤開采工藝在準(zhǔn)格爾煤田是首次嘗試。由于不連溝煤礦開采煤層埋藏較淺、頂板基巖較薄、開采厚度較大,導(dǎo)致地表移動變形幅度較大,下沉較為明顯,不僅破壞了環(huán)境,而且存在向井下漏風(fēng)與潰水的可能,易產(chǎn)生煤層自燃或突水事故。煤炭開采產(chǎn)生的地表移動問題亟需解決,所以,掌握該地質(zhì)條件下的地表移動規(guī)律就顯得尤為重要。

        1 礦山概況

        F6201工作面東連6煤回風(fēng)大巷,北靠總進(jìn)風(fēng)巷,西部、南部均是未采區(qū),工作面沿底板布置兩順槽,一進(jìn)一回。該工作面走向長度765.8m,傾斜長度249.6m,回采面積191610m2。工作面地面標(biāo)高為+1182.0~+1269.0m,井下標(biāo)高為+871.5~+926.1m,煤層埋深為336.0~387.5m,平均354.25m。F6201綜放工作面回采煤層為6#煤層,傾角0°~8°,平均為4°,煤層平均厚度15.24m,機(jī)采高度4.0m,放煤高度11.24m,采放比平均約為1∶3。

        2 觀測站的設(shè)置

        由于本次觀測站設(shè)計類型為剖面線狀普通地表移動觀測站,設(shè)計走向主觀測線1條,長度約為1192.8m。為獲得詳盡的觀測數(shù)據(jù),取34個測點(diǎn),其長度為1200m;傾斜主觀測線3條,長度為716.8 m,且2條傾斜觀測線間隔大于50m,取41個測點(diǎn),其長度為750m(布點(diǎn)情況可根據(jù)地表實(shí)際情況可以進(jìn)行調(diào)整)。為更詳盡地觀測地表移動情況,在運(yùn)輸順槽對應(yīng)的地表加設(shè)1條走向觀測線,布置圖及各測點(diǎn)編號詳見圖1。測量工作均按照《煤礦測量規(guī)程》的有關(guān)精度要求進(jìn)行。

        3 觀測成果分析

        3.1 地表移動變形值分析

        圖1 F6201工作面測點(diǎn)布置示意

        在工作面回采過程中,分別對走向與傾向觀測線進(jìn)行了12次高程和平面位置測量,經(jīng)過對實(shí)測數(shù)據(jù)分析整理,得出反應(yīng)地表移動變形的特征(以傾向觀測線為例)如圖2~圖6所示。

        圖2 F6201工作面傾向觀測線下沉曲線

        圖3 F6201工作面傾向觀測線傾斜曲線

        圖4 F6201工作面傾向觀測線曲率曲線

        圖5 F6201工作面傾向觀測線水平移動曲線

        圖6 F6201工作面傾向觀測線水平變形曲線

        根據(jù)以上曲線圖得出地表移動和變形的各種指標(biāo)見表1。根據(jù)實(shí)測的數(shù)據(jù)計算出了各角量參數(shù),同時計算出了考慮松散層移動角(按45°計算)的基巖移動角和邊界角,即:走向移動角為73°;上山移動角為74°;下山移動角為72°;松散層為45°;最大下沉角為87.2°。

        3.2 地表移動預(yù)計參數(shù)分析

        通過對不同地質(zhì)采礦條件下地表移動下沉系數(shù)的分析可以得出,下沉系數(shù)與上覆巖層的性質(zhì)密切相關(guān)。由于不連溝煤礦上覆巖層為厚松散層薄基巖,所以將上覆松散層視為一自由荷載分布于基巖表面,從而縮小了巖層的離層及碎脹系數(shù),加大了地表的下沉。分析不連溝煤礦巨厚松散層薄基巖特厚煤層下開采的下沉系數(shù)q的函數(shù)表達(dá)式為:

        表1 沿傾向線地表移動和變形特征參數(shù)

        式中:s為常數(shù);f、Y為系數(shù);h為松散層厚度;H0為平均采深。

        經(jīng)分析,該地質(zhì)采礦條件下地表移動下沉系數(shù)為:q=0.92 [1.1+0.12·h/H0]。

        所以,不連溝煤礦F6201綜放開采工作面的下沉系數(shù)為1.06。

        3.3 地表移動變形預(yù)計分析

        通過上述所計算的可靠預(yù)計參數(shù),對地表移動盆地內(nèi)任意點(diǎn)進(jìn)行預(yù)計,以便對目前所開采工作面和將要開采的工作面內(nèi)地表移動變形有一個科學(xué)的宏觀把握。經(jīng)過計算并將預(yù)計結(jié)果采用MSDFVS預(yù)計系統(tǒng)可視化,分別給出地表下沉等值線圖、地表水平移動等值線圖、地表傾斜等值線圖、地表水平變形等值線圖等。不連溝煤礦F6201工作面地表所布置的觀測線所測數(shù)據(jù)經(jīng)過分析整理后所反映的地表移動預(yù)計變形特征如圖7~圖11所示。

        圖7 F6201工作面下沉曲線預(yù)計

        圖8 F6201工作面水平移動曲線預(yù)計

        圖9 F6201工作面傾斜曲線預(yù)計

        圖10 F6201工作面曲率曲線預(yù)計

        圖11 F6201工作面水平變形曲線預(yù)計

        4 結(jié) 論

        (1)研究分析了在厚松散層特厚煤層下進(jìn)行綜放開采的地表移動變形特征,并通過曲線擬合及插值原理分析求出了綜合移動角、邊界角、基巖移動角及邊界角,最大下沉角、充分采動角等角量參數(shù)。其中,走向移動角為73°;上山移動角為74°;下山移動角為72°;而最大下沉角達(dá)到87.2°;主要影響角正切為1.84。

        (2)該礦的下沉系數(shù)q=1.06,最大下沉量達(dá)到2870mm,主要是因?yàn)樵谶@種特殊地質(zhì)開采條件下的綜放開采,工作面推進(jìn)速度較快,導(dǎo)致覆巖斷裂塊度增大,碎脹系數(shù)減小,從而使地表下沉值增大,下沉系數(shù)增大。

        (3)該礦的水平移動系數(shù)為b=0.336,最大水平移動值為950mm,最大水平變形值為40mm/m。主要是因?yàn)橐环矫嫠缮与S著基巖的移動而移動;另一方面是由于松散層本身具有的流變與蠕變特性。研究表明,在這種地質(zhì)條件下進(jìn)行綜放開采水平移動系數(shù)偏大。

        [1]何國清,楊 倫,凌賡娣,等.礦山開采沉陷學(xué)[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,1994.

        [2]滕永海,王金莊.綜采放頂煤地表沉陷規(guī)律及機(jī)理[J].煤炭學(xué)報,2008,33(3):264-267.

        [3]李 強(qiáng),段克信,王獻(xiàn)輝,等.康平煤田綜放開采覆巖破壞規(guī)律初探[J].礦山測量,2006(1):76-78.

        [4]徐泮林,成 樞,戴素娟,等.綜采放頂煤條件下的地表移動變形規(guī)律[J].礦山測量,1997(3):11-13.

        [5]李德海,蘇美德,宋常勝.巨厚松散層下開采地表移動特征研究[J].煤礦開采,2002,7(3):50-52.

        [6]黃成飛.厚濕陷性黃土層下綜放開采地表移動規(guī)律研究[D].焦作:河南理工大學(xué),2011.

        2011-12-19)

        任 耀(1986-),男,河南南陽人,在讀碩士研究生,主要從事采礦理論與技術(shù)方面的研究,Email:renyao0216@163.com。

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