实测地表岩移参数在实际生产中的应用.pdf

2 0 0 6 年 第4 期 东 拽晨 甜技 3 实 测 地 表 岩 移 参 数 在 实 际 生 产 中 的 应 用 龙矿集团梁家煤矿宋吉宁 摘要通过建岩移观测站对观测资料进行计算、 分析、 研究， 初步总结了适合梁家煤矿的岩层移动参数， 将实测地表岩移参数 在生产中应用， 解放了大量可采储量， 保证了 矿井的可持续发展。 关键词岩移观测站参数煤柱可采储量 梁家井田 位于黄县煤田西北， 地势平坦， 地面标高为 2 2 “／ m 。井田内地质构造复杂， 水文地质条件简单， 地层为 典型的“ 三软” 地层， 矿井采煤方法为走向长壁一次采全高综 合机械化开采， 全部垮落法管理顶板。 粱家煤矿设计生产能力 1 ． 8 M t ／ a 。 2 0 0 5年实际产量达到 3 ． O 1 M t 。由于建筑物和村庄压煤占可采储量的 6 6 ％， 制约了 矿井的发展。该矿投产初期， 就对地表岩移工作十分重视， 建 立了大量的岩移观测站， 取得了宝贵的第一手资料。通过对 以往各观测站资料的计算、 分析、 研究。 初步获得了适合梁家 矿地质采矿技术条件下的岩层移动参数， 有效地指导了矿井 的安全生产。 1 岩移观测站情况简介 1 2 2 0 1 工作面是粱家煤矿投产的首采工作面， 位于二采 区西翼的北部， 该地表岩移观测站为简易观测站。地表上方 为农田， 地势平坦。观测站仅进行了下沉量及裂缝位置的观 测， 观测质量较高， 观测密度较大， 观测时间从 1 9 9 1 年 1 O 月 一 1 9 9 3年5 月， 工作面回采时间为 1 9 9 1 年 l 1 月 1 9 9 3年 6月。 工作面走向长 9 8 0 m， 倾斜长 1 3 7 m， 开采深度 2 9 5 3 2 1 m， 平均 开采深度3 l l m， 开采煤层厚度 3 ． 9 3 m。该观测站设置半走向 观测线 1 条， 长度7 2 0 m， 全倾斜观测线 1 条， 长度 8 0 0 m， 工作测 点间距 2 5 m， 控制点间距 5 0 m。通过对2 2 0 1 观测站观测资料分 析对梁家煤矿的岩移规律有了初步的了解。 2 1 2 0 3 地表移动观测站是粱家煤矿投产以来的第一个 正规、 全面的岩移观测站， 观测时间从 1 9 9 3年 1 1 月至 1 9 9 5年 7月， 工作面走向长 7 7 0 m， 倾斜长 1 3 5 m， 开采深度 3 2 1 3 3 4 m ， 平均开采深度 3 2 “／ m， 开采煤层平均厚度 4 ． 1 9 m。工作面位于 一 采区上山西翼， 是一采区首采工作面。该观测站设置半走 向观测线 1 条， 长度 7 0 0 m ， 设置工作测点 2 4 个， 控制点 2 个。 全倾斜观测线 1 条， 长度 8 8 0 m ， 设置工作测点 2 7 个， 控制点 4 个， 工作测点间距 2 5 m， 控制点间距 5 0 m 。该观测站走向观测 线进行水准测量 l 1 次， 导线测量 7 次， 倾斜观测线进行水准测 量 1 2 次， 导线测量 6次， 该站观测取得了相当准确的观测资 料。 3 2 0 8 工作面平均开采深度 3 3 0 m， 开采厚度3 ． 8 3 ． 9 m 。 工作面于 1 9 9 7 年4 月开始回采， 由于受地质构造影响， 该工作 面于 1 9 9 7 年 1 O 月停采改造。此时工作面上顺槽推进 2 4 7 m ， 下 顺槽推进 2 5 0 ． 1 m 。改造后工作面分为北缩小面和西缩小面。 东部大面倾斜长 1 3 8 m， 走向长 2 4 8 m， 北缩小面倾斜长 5 7 m， 走 向长 2 3 0 m， 平均开采深度 3 2 1 ． 5 m。西缩小面倾斜长 6 8 8 8 m， 走向长 3 1 5 m， 平均开采深度 3 3 6 m。开采煤层厚 度 3 ． 6 3 ． 9 3 m。为获取不同面长回采后对地表的影响， 在该面先后建 立了三条倾向观测线。由东向西依次为 B线、 C线、 D线， B 线、 C线布置在北缩小面上， 但 B线靠近东部大面， D线布设在 西缩小面上。2 2 0 8 工作面小面观测线的布设观测， 为建筑物 下条带开采提供了一定的技术依据。 4 1 2 0 9 和 1 2 1 1 工作面为简易观测站， 南临烟潍公路， 北 部为采空区， 观测站只布设一条倾向观测线， 沿北皂路边布 设 工作测点为 1 6 ra m钢筋， 1 2 0 9 和 1 2 1 1 观测站获得了充分 采动条件下的下山方向的下沉边界角和下山方向移动角。 5 4 1 1 1 工作面岩移观测站为研究重复采动条件下地表 岩层移动规律而设置的一个岩移观测站。该工作面回采煤层 为煤 ， 其上方煤 已回采完毕。工作面走向长 8 7 6 m， 倾斜长 1 3 3 ． 5 m， 平均开采深度 4 8 2 m， 开采煤层厚度 6 ． 7 3 m。该面地表 为煤 回采塌陷区， 由于受塌陷积水区影响， 该观测站倾斜观 测线布置在工作面内 距切眼 4 8 m处， 未布设在最大下沉点处。 该观测站设置半走向观测线 1 条， 长度6 5 0 m， 设置工作测点2 1 个， 控制点 2 个。全倾斜观测线 1 条， 长度 7 5 0 m ， 设置工作测 点 3 4 个， 控制点2 个， 工作测点间距2 5 m ， 控制点间距5 0 m 。测 点采用预制混凝土桩埋设。该观测站观测时间从 2 0 0 3 年 l 1 月 2 0 0 5 年 3 月， 走向观测线进行水准测量 1 O 次， 导线测量 6 次， 倾斜观测线进行水准测量 1 2次， 导线测量 6 次。4 1 1 1 地表 岩移观测站为了取得工作面回采对建筑物的影响， 还在地表 上方建立了试验房， 进行了房屋变形观测。为下一步进行建 筑物下采煤提供了可靠的技术资料。 2 岩移技术成果 1 建矿初期， 梁家矿采用的岩层移动参数为济南煤炭设 计院在矿井初步设计时提供的。走向移动角为 6 0 ， 下山移动 角为 5 5 ， 上山移动角为6 0 ， 表土层移动角为4 5 。据此对井田 范围内的村庄及各类建筑物留设了保护煤柱。 2 通过对以上岩移观测站观测资料的分析， 初步总结出 了适合梁家煤矿的岩层移动参数， 并进行了大量的实践、 补 充、 完善。近几年来， 将已取得的参数广泛应用于生产设计， 解放了大量的储量， 取得了巨大的经济效益。 3 各个岩移观测站实际取得的数据有一定差异， 经过分 析论证， 确保安全的前提下， 最后确定岩移参数如下 上山、 走向移动角 7 2 o 下山移动角 6 3 。 充分采动系数 O ． 9 5 最大下沉角 8 1 4 2 水平移动系数 O ． 4 1 拐点偏移距／ 采深 O ． 1 1 3 地表岩移参数在生产实际中的应用 1 在原村庄保护煤柱中， 论证布置了 1 2 0 0 工作面和J煤4 维普资讯 4 童戚茬 舛技 2 0 0 6 年 第4 期 的4 1 0 1 工作面， 两面在不增加新的搬迁的情况下， 共采出煤炭 1 2 5 ． 6 万 t 。 2 烟潍一级公路横贯井田中央， 对烟潍公路保护煤柱进 行重新核算后， 论证布置了 1 2 0 9 工作面， 该面回采完后， 通过 地表岩移观测站观测， 没有对烟潍路造成影响。论证布置了 1 2 1 1 工作面， 该面倾斜长 4 5 m ， 1 2 1 1 工作面回采完毕后， 烟潍路 下沉了2 0 r m l ， 没有造成大的影响， 路南建筑物未出现裂缝， 实 现了安全生产。两面共采出煤炭6 8 ． 6 万 t 。 3 煤柱的合理留设。2 4 0 8 工作面位于四采轨道下部东 翼， 设计面宽 1 2 3 m， 走向长度 1 8 0 0 m， 工作面地表位置西为二 层住宅楼。 工作面下顺南 8 0 m为工程处土建工区办公楼大院。 因土建工区位于工作面走向方向中部， 如果对办公楼进行保 护， 2 4 0 8 工作面将压煤 3 4 ． 6 万 t 。根据岩移观测资料分析预 计， 在土建工区北围墙以北 25 5 0 m处为最大倾斜。预计倾 斜值为9 ． 6 m m ／ m ， 围墙北 25m以内， 预计最大曲率为O ． 1 ， 将对 土建工区造成一定破坏。针对这种情况， 经过论证分析决定 不对其进行保护， 选定以烟潍路南侧为保护边界， 以下山移动 角6 埘 算保护煤柱， 确定烟潍路南侧向北 2 3 4 m为 2 4 0 8 工作 面下顺槽。2 4 0 8 工作面回采结束， 多采出煤炭3 0多万 t 。 4 4 1 1 1 工作面停采线处延。4 1 1 1 工作面位于付井工广 西面， 设计停采线位于 7 8 6 m处， 通过岩移资料进行分析预计， 若停采线外延会对工广内大临建筑物造成轻微破坏。经过分 析论证决定将 4 1 1 1 工作面停采线外延 9 0 m ， 在不增加掘进投 入的情况下， 多采出煤炭 7 万多 t 。 5 经过对各类煤柱进行重新核算后， 对多个工作面的设 计和停采线的位置进行了修改调整， 延长扩大了这些工作面 的长度、 宽度， 多采出煤炭近2 0 0 万 t 。 4 取得 的经济效益 用粱家矿实测参数所计算的村庄保护煤柱及建筑物保护 煤柱 比由设计院提供参数计算出的村庄及建筑物保护煤柱可 解放储量 1 5 ％左右， 延长了矿井服务年限， 提高了资源回收 率 ， 截止2 0 1 5 年末， 共增加可采出煤量 3 5 7 ． 8 万 t ， 取得了巨大 的经济效益。 此外， 在塌陷地征用、 赔偿和指导“ 三下” 采煤工作中， 取 得了有利的证据， 节约了大量的资金， 在今后的生产和建设 中， 其应用前景更加广阔。 上接第2页 2 ． 3 改造流水路线 汇聚各处涌水 为了 保证辅助泵房水源充足， 通过扩修报废巷道。 将各处 涌水汇集到辅助 水仓。辅 助水 仓 内预计 最大涌水 量为 1 8 20m 3 ／ h ， 平均涌水量为 1 4 6 0 ／ h 。采取以下措施 1 一 3 2 0 m水平排水系统已于 1 9 9 8 年报废， 已建 l 1 道挡 水墙与 一 4 3 0 m水平隔离， 该水平积水充满采空区后。 涌水流人 辅助水仓， 然后通过新建挡水墙和放水管流人新建辅助泵房 吸水管， 最大涌水量 7 8 2 r n 3 ／ h 。 2 一1 6 0 m水平上方矿柱已被多个地方小煤矿破坏， 上方 老空水最大涌水量 3 5 4 m 3 ／ h 。 平均涌水量2 8 0 ． 2 m 3 ／ h ， 是矿井涌 水主要水源之一。在 一 1 6 0 m水平扩修报废巷道 4 8 0 r n ， 将该水 平涌水全部汇集到新建辅助水仓。 3 安全及效益的分析 3 ． 1 减少排水高度 节约排水电费 1 原从 一1 6 0 m水平流入 一4 3 0 m水平 的平均涌水量 2 8 0 ． 2 m ] ／ h ， 改造流水路线后流入一2 4 5 m水平， 减少排水高度 1 8 5 m， 按 0 ． 4／ k wh ， 每 l O O m扬程 电耗 0 ． 4 r n 3 实测数 据 计算， 每年节约排水电费 7 2 ． 7 万元。 2 由于减少排水高度， 提高了水泵的运行效率， 按每天 开泵 4 8 h 计算， 年平均节约电费 1 6万元。 3 由于泵房形成正压进水， 减小了泵的气蚀损坏， 每年 平均可节约水泵维修费用 4 万元。 3 ． 2 利用峰谷分时电价政策加大避峰填各力度 在增加 一 2 4 5 m水平排水能力和水仓容量后， 可有效地利 用分时电价政策避峰填谷， 节约电费支出。 本矿平均电价约 O ． 4 元／ k W h ， 峰段与平段、 谷段与平段差 价均为O ． 2 2 元／ k W h 。按该 一2 4 5 m水平平均涌水量 1 4 6 0 m 3 ／ h ， 排水高度 3 6 5 m 。 峰段时间 8 h 开泵改为平段时间 8 h ， 节约电 费0 ． 2 2 Y r ／ k Wh ， 每 l O O m扬程电耗 0 ． 4 k W h ／ m 3 计算， 每年节约 排水电费 1 3 6 ． 9 万元。 3 ． 3 利用原堵水工程优化改造节约工程建设投资 按 煤矿安全规程 第百八十条规定， 一 2 4 5 m按涌水量 1 8 0 0 m 3 ／ h 预计， 需建设容量为 5 0 0 1 1 1 3 的水仓， 以及相应的泵 房、 配电、 排水工程。建设容量为 9 6 0 0 1 1 1 3的水仓， 需要掘出 6 m z 巷道 1 6 0 0 m ， 并建设相关的水仓斜巷、 联络巷、 泄水道等工 程 ， 断面4 巷道 l O O m， 共需掘出柏 ， 两者共 l O 0 0 0 m 。按 现价 2 2 6 元／ m 3 计算。 l O 0 0 0 m 3 掘进工程量共需资金 2 2 6 万元。 通过对原堵水系统扩容优化改造， 利用了原 一3 2 0堵水工程， 仅建设一道堵水墙， 一条∞ ． 8 2 m的管路， 投资4 1 ． 2 7 万元即可 实现， 可以节约资金 1 8 4 ． 7 3万元， 并可缩短一年建设工期， 同 时解决了矿井因受古采空影响， 不能在井底车场布置水仓工 程的难题。 3 ． 4 提升了矿井安全水平 一 2 4 5 m水平是矿井主水平， 有连接各生产水平的井底车 场和中央泵房、 中央水仓 ， 设有集中供电、 配电系统， 它是整个 矿井的咽喉和枢纽， 耍确保矿井的安全首先要保证井底车场 所有系统的安全和可靠。 通过 一 2 4 5 m的排水系统的优化改 造， 使辅助泵房又增加 1 8 3 m 3 ／ h的综合排水能力。全部启动 水泵的时间不足 5 m i n ， 基本排除了矿井上部 8 处小煤井突然 来水的隐患， 确保了一 2 4 5 m水平的安全。 提升了整个矿井的安 全水平。 4 结论 自2 O O 5 年7月 1 5日正式运行以来。 取得了显著效果， 通 过对水泵的测试， 每台水泵排水能力都大于额定排水量的 5 ％。g t - I- 算 ， 可节约井巷工程费用 1 8 4 ． 73 万元， 每年还可以 节约各种费用 2 2 9 ． 6 0 万元， 提升了矿井的安全水平， 也为煤矿 节约能源找到了一条新途径。 维普资讯