綜采放頂煤地表下沉速度觀測研究 精靈論文

1、綜采放頂煤地表下沉速度觀測研究范建民，黃成飛，楊歲寒（河南理工大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院，河南焦作 454000） 摘要：通過現(xiàn)場建立地表移動觀測站，對綜放開采地表沉陷情況進(jìn)行了現(xiàn)場實(shí)測研究。根據(jù) 觀測站沉陷資料分析了地表下沉特征。在此基礎(chǔ)上，分析得出了地表最大下沉速度及最大下 沉速度滯后角等參數(shù)。研究結(jié)果表明：該區(qū)域厚煤層綜放開采條件下地表移動劇烈、地表下 沉速度大、起動距偏小等特點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：厚煤層；綜放開采；地表沉陷；地表下沉速度；地表移動觀測站中圖分類號：td 823.83；tp183 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 astudy on surface subsidence velocity of fully

2、 mechanized caving mining methodplacefan jianmin1, huangchengfei2, yang suihan3(school of energy science and engineering, henan polytechnic university, jiaozuo, henan454000)abstract: by setting up the surface movement surveying station, the surface subsidence of fully mechanized caving mining in thi

3、ck seam was observed. based on the data of the surveying station, the surface subsidence characteristics were analyzed. and then the maximum surface subsidence velocity and the lagging angle of the maximum subsidence velocity were figured out in this paper. the resultsindicate that the surface movem

4、ent is intensive, the surface subsidence velocity is rapid, the groundsurface is badly destroyed, the start subsidence distance from set-up room is smaller under the condition of fully mechanized caving mining in thick coal seam.key words: thick coal seam; fully mechanized caving mining; surface sub

5、sidence; surface subsidence velocity; surveying station of surface subsidence0 引言煤炭資源開采所引起的地表沉陷及采動損害問題日益突出1-3。為最大限度地解放村莊 下壓煤，提高資源回收率，控制地表沉陷，同時(shí)最大限度地保護(hù)地表村莊建筑物，需要開展 巖層與地表移動規(guī)律的研究4-6。趙家寨煤礦位于河南省鄭州礦區(qū)，行政區(qū)劃屬河南省新鄭 市管轄。井田東距新鄭市約 8km，距離鄭州市 53km。井田范圍內(nèi)自然村莊較多，隨著采礦 生產(chǎn)的進(jìn)行，對地面的影響范圍也會日趨擴(kuò)大，村莊建筑物下壓煤開采問題突出，需要研究 開采引起的地表移動規(guī)

6、律。由于礦井為新建礦井，首采工作面有條件建立地表移動觀測站進(jìn) 行實(shí)測研究。該礦第四系黃土層厚，為了研究在厚煤層綜放開采條件下，厚表土層地表沉陷 以及下沉速度的特點(diǎn)，本文以觀測站實(shí)測資料為基礎(chǔ)，重點(diǎn)分析厚煤層綜放開采引起的地表 地表下沉特征及下沉速度。趙家寨井田內(nèi)地層均被新生界地層覆蓋，由老到新依次為寒武系上統(tǒng)、奧陶系中統(tǒng)、石 炭系中上統(tǒng)、二疊系及第三、四系。其中，二疊系山西組和石炭系太原組為井田主要含煤地 層。井田第三系為湖濱相沉積，可分為底部半固結(jié)砂礫石組和上部粘土、砂質(zhì)粘土組。砂礫 石組巖石浸水后易崩解，粘土、砂質(zhì)粘土組中間夾有數(shù)層薄粉細(xì)砂，粘土具中等壓縮性、水 穩(wěn)性極差的特點(diǎn)，砂層易坍塌

7、。第四系上部主要為次生黃土，且厚度較大，平均在 120m 左作者簡介：范建民（1969-） 男 河南省三門峽市人，河南理工大學(xué)在讀工程碩士研究生，研究方向：礦山 壓力及其巖層控制. e-mail: fanjianmin8400右。1地質(zhì)采礦條件及觀測站情況1.1工作面地質(zhì)采礦條件趙家寨煤礦首采工作面為 11206 綜采工作面，位于 11 采區(qū)西翼中下部，東臨 11 采區(qū)回 風(fēng)上山，西部為 11 采區(qū)邊界。工作面為走向長壁布置，開采煤層為二 1 煤，工作面正式開 始回采時(shí)間為 2009 年 3 月。工作面設(shè)計(jì)走向長 2165m，傾斜長 170m，該面二 1 煤層厚度變 化較大，煤厚至東向西由薄變

8、厚，平均厚度為 6.54m，煤層傾角在 4.0° 9.0°之間，平均傾 角為 6.5°。工作面標(biāo)高-245.0-163.0m，地面標(biāo)高在+131m +138m 之間，平均采深為 313m。 地面為農(nóng)田，地勢平坦，視野開闊。工作面采用綜合機(jī)械化放頂煤一次采全高回采。1.2工作面地質(zhì)采礦條件 地表移動觀測站采用剖面線狀形式布設(shè)，設(shè)計(jì)走向觀測線一條，傾斜觀測線兩條，走向觀測線與兩條傾斜觀測線互相垂直，分別布置在地表移動盆地走向、傾斜主斷面上，觀測線布設(shè)成“干”字型，本觀測站布置共需埋設(shè) 83 個(gè)工作測點(diǎn)。2地表沉陷特征為了全面揭示動態(tài)地表沉陷變形的全過程，自 2009

9、年 3 月 20 日建立觀測站，已進(jìn)行了 七次水準(zhǔn)測量，二次導(dǎo)線測量。每次觀測時(shí)工作面開采情況及地表沉陷情況見表 1 所示。目 前 21081 工作面已推進(jìn) 600 多米，走向觀測線點(diǎn)的移動已基本穩(wěn)定，走向觀測線下沉曲線見 圖 1 所示。每次現(xiàn)場觀測的同時(shí)對地表裂縫的位置、方向進(jìn)行了測量。根據(jù)觀測數(shù)據(jù)及現(xiàn)場 調(diào)查的情況，對地表移動起動距、超前影響距及影響角、地表最大下沉速度等動態(tài)地表移動 特征進(jìn)行分析。表 1 工作面推進(jìn)過程中對應(yīng)的地表下沉觀測結(jié)果table 1 surface subsidence observed results during coalface advance觀測日期 工作

10、面推進(jìn) 距離/m采厚/m 推進(jìn)速度m/月采出率/% 最大下沉值/mm最大下沉速 度 mm/d2009.06.06 100 4.0 50 85 1356 19.92009.07.05 155 4.0 55 85 2611 50.62009.10.04 330 4.3 58 85 4514 42.32009.11.07 390 5.6 60 97 4589 51.02009.12.08 468 5.5 75 90 4611 12.22010.01.09 544 6.0 76 85 4660 8.1500a1a50a10a15a20ab ac-500-1000-1500下沉值/mm-2000-250

11、0-3000-3500 09.06.06-4000-4500-500009.07.0509.10.0409.11.0709.12.0810.01.09-350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 300 350 400距切眼的距離/m圖 1 地表下沉曲線fig. 1 surface subsidence curves3地表下沉速度3.1地表下沉速度的計(jì)算 根據(jù)觀測數(shù)據(jù)及現(xiàn)場調(diào)查的情況，對各個(gè)時(shí)間區(qū)間的地表下沉速度特征進(jìn)行計(jì)算分析。下沉速度計(jì)算表見表 2 所示。測點(diǎn)編號表 2 各次觀測地表下沉速度計(jì)算表（mm/d）table2 ca

12、lculation of surface subsidence velocity（mm/d）時(shí)間區(qū)間09.3.30-6.6 09.6.6-7.5 09.7.5-10.4 09.10.4-11.7 09.11.7-12.8 09.12.8-10.1.9a01 0.022 0.379 0.068 0.388 0.181 0.256a02 0.003 0.483 0.054 0.438 0.148 0.227a03 0.018 0.286 0.065 0.729 1.600 0.055a04 0.028 0.376 0.605 0.382 0.084 0.227a05 0.072 0.507 0.1

13、41 0.044 0.116 0.244a06 0.084 0.610 0.352 0.206 0.126 0.195a07 0.165 0.283 0.130 0.288 0.132 0.235a08 0.304 0.310 0.016 0.197 0.106 0.235a09 0.506 0.528 0.057 0.391 0.100 0.287a10 0.822 1.310 0.481 0.000 0.052 0.352a11 3.307 6.786 1.640 0.694 0.226 0.500a12 5.624 5.114 1.469 0.232 0.171 0.447a13 11.

14、734 10.207 1.689 0.262 0.203 0.532a14 17.540 20.662 3.365 0.818 1.397 1.140a15 19.944 33.897 5.460 0.700 0.284 0.689a16 18.646 46.297 10.586 0.868 0.390 0.753a17 13.903 50.590 19.082 1.362 0.535 0.939a18 6.987 44.341 29.104 1.068 2.213 1.769a19 2.913 28.917 38.212 2.209 0.719 1.135a20 0.771 12.907 4

15、2.275 3.482 0.977 1.256a21 0.488 5.517 42.077 5.085 1.203 1.442ab 0.199 1.552 33.151 18.879 3.203 2.732ac 0.000 1.403 21.031 51.000 12.194 8.0403.2下沉速度曲線通過對實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，得出走向觀測線上各點(diǎn)不同時(shí)間區(qū)間的下沉速度。在地 表非充分采動時(shí)，隨著工作面的推進(jìn)，地表各點(diǎn)下沉速度逐漸增大，最大下沉速度也增大。 選取下沉速度最大的三個(gè)特征點(diǎn) a17、a20、ac 繪制成下沉速度曲線，見圖 2 所示。隨著 工作面的推進(jìn)，地表下沉速度曲線形狀基本不

16、變。地表點(diǎn)的下沉速度經(jīng)歷一個(gè)由小到大再到 小的動態(tài)變化過程。60下沉速度（ m m/ d）50a17測點(diǎn)40a20測點(diǎn)30ac測點(diǎn)20100工作面推進(jìn)方向圖 2 下沉速度曲線fig. 2 surface subsidence velocity curves3.3地表最大下沉速度實(shí)測得出了該地質(zhì)采礦條件下的地表最大下沉速度最大值為 51mm/d，最大下沉速度點(diǎn) 有規(guī)律地向前移動。根據(jù)綜采開采地表最大下沉速度的計(jì)算公式7,8：vmax = k cwfm / h 0式中：vmax 為最大下沉速度 mm/d； c 為工作面推進(jìn)速度，m/d；wfm 為工作面的地表最 大下沉值，mm；h0 為平均開采深度

17、，m；k 為決定于覆巖性質(zhì)的下沉速度系數(shù)。通過對實(shí) 測數(shù)據(jù)計(jì)算分析得：vmax 為 51mm/d；工作面推進(jìn)速度 c 平均約為 2m/d；wfm 約為 4660mm； h0 平均采深取 313m，因此，得出該工作面的下沉速度系數(shù) k 為 2.4。3.4最大下沉速度滯后距 最大下沉速度點(diǎn)的位置滯后工作面一段距離，根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)得出地表最大下沉速度點(diǎn)與相應(yīng)的工作面位置，得出最大下沉速度滯后距，按照下列公式計(jì)算最大下沉速度滯后角：f = arc cot l h 0式中：l滯后距，m； h0平均采深。對數(shù)據(jù)計(jì)算分析可知：不同的工作面推進(jìn)速度， 滯后距不同，實(shí)測得到最大下沉速度滯后距約為 6576.5m，

18、計(jì)算得最大下沉速度滯后角為76.378.3°。4結(jié)論（1）通過在首采工作面建立地表移動觀測站，對厚煤層綜采放頂煤開采地表沉陷進(jìn)行 了現(xiàn)場實(shí)測，分析了地表下沉特征。研究了該地質(zhì)采礦條件下的地表下沉速度。研究表明： 該區(qū)域具有地表移動劇烈、地表下沉速度大、起動距偏小等特點(diǎn)。（2）分析了地表點(diǎn)在工作面推進(jìn)過程中的下沉速度及該地質(zhì)采礦條件下的地表最大下 沉速度，得出工作面下沉速度系數(shù) k 為 2.4；最大下沉速度滯后距在 6576.5m 之間，最大 下沉速度滯后角為 76.378.3°。參考文獻(xiàn)1 郭文兵, 柴華彬. 煤礦開采損害與保護(hù)m. 北京: 煤炭工業(yè)出版社, 20082 國家煤炭工業(yè)局編制. 建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程m. 北京: 煤炭工業(yè) 出版社, 20003 李白英. 開采損害與環(huán)境保護(hù)m. 北京: 煤炭工業(yè)出版社, 20044 趙海軍，馬鳳山，李國慶等.充填法開采引起地表移動、變形和破壞的過程分析與機(jī)理研究j. 巖土 工程學(xué)報(bào)，2008，30（5）：670-676劉義新,戴華陽, 郭文兵. 巨厚松散層下深部寬條帶開采地表移動規(guī)律j. 采礦