火成岩区合部冒落法管理顶板的岩观测.pdf

山 东 煤 炭 科 技 ， 1 一 z I／ 火 成 岩区 全 部 冒 落 法 管 理 顶 板的 岩 移 观 测 。临 沂 局 五 寺 庄 煤 矿竺 J 3 7 2 摘要五寺庄煤矿矿井地质构造复杂， 由于火成岩的侵入 ， 对煤层破坏相 当严 重 ， 残 留煤 大部分 以鸡窝状 、 薄粱、 夹 沟、 煤瓮状赋存 。 通过多年 的开采 经验 ， 摸 索 出了 一 整套不规律煤层的采煤方法。 在 2 3 1 O l 工作面上方建立岩移观察站， 获得 了可靠的 岩移参 数， 并对岩层 的秽动规律进行 了系统 的分析研 究。 其成果可作为 火成 岩侵入 区 1 矿 井概况 五 寺 庄 煤 矿 位 于 临沂 市册 山 乡南 头村 东 ， 井 田 南 北 走 向 长 4 ． 6 k in， 东 西 倾 斜 宽 1 ． 2 k in， 井 田面积 5 、 5 2 k in 。 1 9 7 2年 在井 田中 部 册 山煤 矿进 行水砂 充填 试采 ， 同年 开 始建 设 五寺庄煤矿 ， 1 9 7 7年 5月矿井投 产与 册 山 煤 矿合 并 ， 改为 五寺庄煤 矿 ， 采 用一对竖 井 ， 一 对 暗斜 井多水平 开拓 ， 第 一生产水 平 为 一 1 4 0 m 水 平 ， 回采上 限 为O m 0以上 为 防 顶扳管理 水 煤柱 ， 倾斜分层上行式水砂 充填 管理 顶 板 ， 一水平共分六个 采区 ， 自南 向北 分别 为六 采 区、 四采 区 、 一采 区 、 二采 区 、 三采 区、 五采 区。 五 采区和六 采区 由于火成岩 的强烈侵蚀 ， 储 量不 可靠 而放 弃 开采 。二 水 平 为 一3 5 O m 水平 ， 设计开采 2 3 1 、 2 3 2 、 2 3 3三个采 区 ， 下 山 开 采 2 3 4采 区 ， 图 1为五 寺庄 煤 矿采 区布置 平 面图。 矿井设计生产 能力 为 3 0万 t l a ， 1 9 8 0 年 核定生产 能力 2 1万 t l a ， 以开采二迭 系 山 西组第三层煤为 主 ， 二层煤仅零 星地段可采 。 3 当采煤工 作面发生 自然发火 时 ， 如采 用调 整通 风 系统 的方 法进行 灭火 ， 从瓦 斯方 面来 讲 ， 应考虑 采 用在 回采工作 面主干 风路 风流 短路 的方法 进行 灭火 ， 不宜采 用 全矿 井 反风 的方法 。 4 矿 井反风 期间 影响瓦斯 涌 出量 的 因 素是 很多的 。 如反风时负压急剧的变化 ； 开拓 开采 系统 的改变 ； 采空区面积的大小 ； 停风时 间的长短等 。如要逐 个考察 每伸因素 的精确 影响 ． 是 很不容 易的 ， 从现场 赛际管理 的要求 精 度_柬看 也是不 需要的 ． 所以 我 们只就 毖中 主爰 困索 停 吼时 间给 丁考虑。泞风时问 越 短越好 ， 因此要求 主扇 风机 的反风设 施必 须灵敏可靠 ， 操作方 便 ， 司机 操作 熟练 ， 以尽 量减少操 作时 间 ， 保 证在 1 O mi n内改变巷道 中风流的方 向。 5 由于我局 各矿 目前 瓦斯状况 ， 生 产情 况差别较 大 ， 反 风时对 气体检 测的地 点设 置 少 ， 时 间间隔大 ， 加之仪 器 的误差 等 因素 ， 所 以很难对矿井反风演 习期间瓦 斯涌出情 况作 出情确的 鞋的结 i 。今后反风 演习过 程中， 各矿应集 中力量做好对重点采 煤工作面和峒 室 的 瓦斯 连续 监删 工怍 ， 进 一步摸 清矿 井反 风演 习期 吲矿井 瓦斯 涌出 规律 。 舣 年 m 维普资讯 l 8 山东 煤 炭科 技 1 9 9 4 年摹2 期 ＼ L．‘ 1 【 I i 十L [ ～ t ～＼ ． ．． 1 l H ～ 一 l l ～ 产～ fu L t ’‘’ ～ 丧 f_ ～ 十 『 -r一 l l L k／ f J 一。 『 f l ‘ f 匕； 半 一 1 1 【 I I ＼ 2回采工艺 瞳 1 五 寺 庄煤 矿 丰区 布置 平面 瞳 该 矿井地质构造复杂 ， 断层纵横 交错 ， 火 面 岩 以岩 床状 注 入式 侵 入到 煤层 之 中 ， 对 煤 层破坏 相当严重 ， 三层煤多变质为天然焦 ， 局 部 被火成 岩 吞蚀 ， 残 留煤沿煤 层顶 底板 以鸡 窝、 薄粱、 夹沟、 煤瓮等形状赋存。 鉴 于火 成 岩 区煤层 赋 存 极 不稳 定 的状 况 ， 根据 矿井设计要求和以往 的回采经验 ， 在 开 采二水平时 ， 采用 冒落法管理顶板 。 工作 面 的布置上 ， 尽量 选择合理的 区段斜长 ， 工作 面 的回采采 用残采方 法 ， 具体做法是 在开 出工 作面 运输平 巷和 回风巷 道后 上 阶段 的运输 巷可 作沿 空 留巷 为下 阶段 的回风道 根 据煤 层 赋 存 情 况 ， 每 隔 3 0 ～ 5 0 m 开 一 条 探 煤 上 山， 利用探煤上 山圈 出煤层可采范 围 ， 以放 炮 落煤 ， 人工扒装和运输的方法 回采 ， 煤 层连 续 性差 时可加 密探 煤上 山 ， 采 用放 瓮 、 挑顶 、 卧 底等 方法 回采 出探 明煤 炭 ， 局 部 比较 稳定 块 段可 以采 用走 向长壁采煤 法 。 5 岩移 观测站的布设和观测 1 9 8 6年 ， 第 一 生 产 水 平 的 一 采 区 、 二 采 区、 四采 区均 已接近 尾声 、 产量 大 幅度下 降 ， 兰采 区储量 可靠性差 ， 矿研 究并报局、 省局同 意 局进行 二水平 的开 拓延深 工作 ， 为缓和 采 掘 接续 紧张 的局面 ， 先 以剃头 下 山开 采 2 3 1 采 区上部 。 为了探 讨火成岩侵入 区残采工作 面的地 表 变形与 岩层移 动 的规律 ， 为火成 岩 侵 入 区 矿井设计 ， 采 区设计 时 各类 煤柱 的 留设与 回 收 ， 开采 区地表变形预 计等取得可靠的参数 ， 我矿于 1 9 8 7年 4月 在 2 3 1采 区剃 头下 山 的 2 3 1 0 1 工作 面上方建 立岩移观 测站 。该工 作 面走 向长 2 2 0 m， 倾斜宽 9 0 m， 煤厚 0 ～7 ． 2 m， 平均 煤 厚 3 ． 1 m， 平 均 惯角 2 2 。 ， 工 作 面最 大 埋深 2 4 0 m， 最小埋深 1 9 0 m， 表土层和 流砂 层 累厚 1 5 ． 0 m， 3下层煤和 3上层煤联 合开采 ， 煤层 直 接顶 板 为砂页 岩 ， 老顶 为砂 岩 ， 累厚 1 5 ． 0 m， 3下层煤顶 板为火成 岩 。地表岩移观 测站 设精 顷 向主断 面 的 A 线和 沿 走 向主 断 面的 B线 ， 两条观测线互相垂 直 。 各控制 点和工作 测点埋设 好后 ， 在 l 9 8 7 年 5月 l 3日至 l 6日进 行 了第 一 次全面 观 测 ， 方法是 用 J 2经 纬 仪接 5 级 导 线 】删控 制 点和 各工 作测点的坐 际， 目s 3水准仪 在返 测 维普资讯 9 9 4 年蓦2 期 山 东 煤 炭 科 技 量各控制点与工作测 点的高程 。在 I 9 8 7年 5 月 至 1 9 9 1 年 的 5月 间， 进 行 了 4 6次水 准观 测 ， 工 作面移动结束后 ， 再 次对所有工作 测点 进行 了全面观测 ， 方法与初 次观测相 同。 4 岩 移参数的求取 经过 4 6次 水准观 测和 再次 经纬 仪导 线 观 测 ， 最 后 确 定 地 表 最 大 下 沉 值 为 w 4 0 5 mm， 最大水平移动值为 U一3 2 l mr n。 1 下 沉系数 根据塌 陷盆地 的观测情况 及工作面参数 ， 地表 已达 到充分采动 ， 地表最 大下 沉值 为 W 4 0 5 mm， 煤层 法 线 厚度 M 平均 3 1 0 0 ram， 北部顶板煤 厚 M 一 1 ． 7 m， 下 沉系数 ； Q 一 一0 ． 1 3 2 水 平 移 动 系 数 地 表 最 大 下 沉 值 为 w 一4 0 5 mm， 最大 水平 移动值 U3 2 1 mm 水平移 动系数 B一 U 一而3 2 1 0 ．8 0 3 边 界 角 6 0 、 B 0 、 Y 0 在 走 向主断面和 倾 向 主断面 图上 ， 先从 边 界 点 以 4 2 。 作冲 积 层 移动 角 与 基岩 相交 。 相交点 与采空区边界连线分别得走 向边界 角 6 o 一7 3 。 、 下 山边 界角 B 。 一7 1 。 、 上 山边界角 Y o 一 72 。 。 4 移动角 6 ， B 、 Y 在 走 向观 测线和 倾 斜观测 线断 面 图上 ， 作 出倾斜变形 曲线和 曲率 曲线 ， 得 出移动 盆 地 处边 界 一3 r a m 的 点 ， 以 该点作 4 2 。 冲积 层 移动角 与基岩相 交 ， 相 交点与采 空 区边界连 线分 别 得 出走 向移动 角 6 8 4 。 、 下 山移动 角 B 一8 2 。 J 山移动 角 Y 一8 3 。 5 充分 采 动 角 在 走 向 观 测线 和 倾 向观 测 线 的剖 面 图 上 ， 以下 沉盆 地平底边 缘 与采空 区边 界 的连 线 分别碍 出 F山 充分采 动 角 ， 8 0 。 ， 上山 充 分 采 动 角 - 一 7 2 。 、 走 向 宽 分 采 动 角 1 1, 一 76 。 6 凡 、 一 ． 以地 表下沉 曲线最大下沉点与采空 中点 连线 得最大下沉角 日 一8 5 。 。 7 地表最大下 沉速度 v 在地 表最大下沉点下沉速度 曲线 图上得 出 V一 1 ． 6 ram／ d。 5 岩层规律的初步分析 1 下 沉 系数 根 据上述 计算 ， 本工作 面 下 沉系 数 Q一0 ． 1 3 ， 数 值 偏小 ， 主要 原 因如 下 ① 由于火成岩 的侵 入使煤层 的赋存不规 律 ， 在火成岩侵蚀强烈的地段 ， 煤 层变薄不 可 采 ， 类似 于条带开采法 ② 3下层煤顶板为火成岩 ， 3上层煤 老顶 为砂岩， 硬度大、 碎胀系数大， 而且破碎充填 采 空区后 ， 压实系数小 。 ③ 3层 煤 分 3上 和 3下 两 层 ， 中 间有 2 ． 0 m 以上 火成岩 层 ， 由于瓮状 回采 ， 局部 火 成岩顶扳不 跨落 。 2 水平移 动系数 、 边界角 、 移 动角 、 最大 下沉角都 比较大 ， 除 以上 原因外 ， 还有 以下几 个方 面原 因 ① 由于 煤层 顶板完 整性 强 、 瓮 状采空 区 顶板一般是 以瓮 中心缓 慢下 沉 ， 破 碎充填 采 空区 ， 而 没有 出现初 次来压与 周期来 压的 现 象 。 ② 工 作 面 残 留煤 柱 使地 表塌 陷呈 波 浪 状 。 3 地表移动 延续 时间 由于 工 作面 的采 残工 艺 ． 使工 作面在 回 采 过程 中 ， 往 往不能 从开采线 到止 采线匀速 推行 ， 往往是从某点为 中心 向四周进行开采 ， 即逐个 煤瓮 进行 回采 ， 某个煤 瓮 回采后顶板 冒落 ， 形 成 自然拱 ， 等相 邻瓮区回采完毕形成 统 一的塌 陷 区以下 逐个选 加， 因此地 表 侈动 的延续时 间与工 作面的推进 位置 对应 关系不 明显 。 由于以上原围 ， 超 前影响角 耶最 大 F沉 速 度滞后用无法求 出 维普资讯 2 0 山 东 煤 炭 科 技 1 9 9 4 年摹2 期 4 最大下沉点的移动时 间与下 沉速度 最 大下 沉点位 于中 间巷 以下 ， 在 回采 中 间巷 以 上 区段 时 ， 随着 各 煤 瓮先 后 回采 、 冒 落 、 下沉速度相 应出现起 伏状 态 ， 当工作面推 6 存在 问题 过该点约 3个月的时间后 ， 下沉速度加大 ， 最 大 下沉 速度 达到 1 ． 6 mm／ d， 由此 可 见 ， 最大 下沉 点的下沉值是多次迭加形成 的。图 2为 最大下沉 点下沉量 、 下沉速度 曲线 图 图 2 i 大 下沉 点 下 沉量 、 下 沉速度 由 线圈 1 该观测站 有 的工作测 点在观 测 期 间 遭 受 破坏 ， 资料 分析 时 ， 根 据 相 邻 点情 况 推 出， 降低 了岩移观测成果的准确性 。 2 由于条件 限制 采区下山 以南地表有 建筑物 只能作半盆地观测 3 第 四系冲积层移动 角是 参考 枣庄 、 新 汶 等地岩 移成果 的假 定数 ， 但 由于 冲积 层厚 4 该观测 站 观 测时 问长 ， 参加人 数 多 ， 在测量上很难保持前 后一致 。 7 结论 该项岩移观测成 果属火成 岩侵入 区残采 后地表 变形 与岩层 移 动的观 测成 果、 观 测 时 间长 、 密度大 、 观测 资料 齐全 、 分析资料可靠 ， 在省 内尚属首次 ， 可 作 为火成岩 侵入 区残采 面各种煤柱 留设及地表 变形预计 的依据 。 五寺庄煤矿副立井穿过第 四系地 表流 砂 含水层 厚 1 2 m， 涌水量 8 0 0 m ／ h以上 。由于 井壁在安 装罐道 梁和 压风 、 排水管 路支 承 期 间损坏了井筒的整体性 ， 梁 窝密封不严 ， 涌 水 量在 1 0 ～2 5 m ／ h ， 曾采取 堵 水措 施 ， 但效 果 不明显 ． 危 及井 筒安全生产 。 曾多次与有 关单位注浆堵水专家商谈 堵 水事宜 ， 由于工 程量 大 、 井壁 强度 骶 工 程 费 用要价高 ， 未达成协议 。该 矿经过反复试验 ， 采 取 了双液 注浆 方案 。并试 制 了“ Y” 型混 合 器 ， 丰富 了注浆工艺流 程及方 式顺序 ， 在 不影 响副井正常提升 任务 的条 件下 ， 历时 1 5天完 成动水双液注浆堵水任务， 使井筒涌水量降 低到 2 m ／ h以下 ， 堵 水 率达 到 9 2 ， 堵 水 获 得成 功 r 常乃 勤 ⋯ _ _ ～ ⋯” ， ． 州 m 维普资讯