母杜柴登煤矿地表移动周期规律分析.pdf

15杨 飞 姚 伟 张志强 等 母杜柴登煤矿地表移动周期规律分析 2222 年 母杜柴登煤矿地表移动周期规律分析* * 收稿日期2929-94-17 *基金项目天地科技公司其他内部研发项目开采设计事业部科技 创新基金KJ -2919 -TDKCQN-93 作者简介杨 飞1982，男,陕西汉中人，。。厶年毕业于辽源职 业技术学院电子信息专业,工程师,现从事岩层控制研究工作。 杨 飞5姚 伟5张志强5李建平5段海涛5高 超2,张玉军2,田国灿2 1.鄂尔多斯市伊化矿业资源有限责任公司，内蒙古鄂尔多斯917009； 2.中煤科工开采研究院有限公司，北京100213 摘 摘 要为明确鄂尔多斯地区风积砂覆盖、厚基岩、大采深地质采矿条件下的地表移动变形规律，在 母杜柴登32221与32222工作面对应地表开展了地表移动观测站观测研究。历经约23 a的长期 观测并对取得的实测数据分析，分析了该地质采矿条件下地表下沉、下沉速度与地表移动持续时间 等特征。研究结果表明在母杜柴登厚基岩、大采深地质采矿条件下，32221与32222工作面开采 后地表最大下沉值为1 689 mm,最大下沉速度为34. 43 mm/d;地表移动初始期为39 41 d,活跃期 为93 165 d,衰退期大于429 d；由于采深较大，地表移动具有下沉速度较小、下沉量值变化较为平 缓、地表移动剧烈程度较小、活跃期内地表下沉量占总移动周期内地表下沉量值的占比 较小等特征。 关键词关键词地表沉陷；地表移动；大采深;剧烈程度;移动周期 中图分类号中图分类号TD325.2 文献标志码文献标志码A 文章编号文章编号1671-749X222226-0216-24 Analysis o f surf ace mo vement law in Muduchaideng co al mine YANG Fei1 ,YAO Wei1 ,ZHANG Zh i-qia n g1 ,LI Jia n -pin g1 ,DUAN Ha i-t a o 1 ,GAO Ch a o2,ZHANG Yu -ju n ,TIAN Gu o -c a n .Ordo s Yihua Mining Reso urc es Co ., hd., Drdo s 217002, China ； 2. CCTEG Co ul Mining Researc h hnstdutd Cu.,hd.,Beijing 100213 ,Cina AbstrrcO A o r der t a r esea r c h t h e l a w o f su r f a c e mo v emen t a n d def o r ma t io n u n der t h e geo l o gic a l min in g c o n dit io n s o f a eo l i a n sa n d c o v edn g,t h ic k bef r o c h a n d l a r eo min in g dept h in Or do e a r ea ,t h e su r f a c e mo v emea i o bser v a t io n st a t io n s a r e est a b- Osh ed a t No . 32201 a n d No . 30222 w o r din g f a c es o f Mu du c h a iden g c o a l min e. Af t eo a n o n t 2. 3 y ea r s o f l o n g-t er m o bser v a t io n, t h r o n c h t h e a n a l y sis o f t h e mea su r ed da t a, t h e su r f a c e su bsidea c e. su Usidea c e speed a n d su r f a c e mo v emen t du r a t io n u n - do r t h e 0600031 a n d min in g c o n dit io n s a r e ma st er ea . Th e r esu l t s sh o w t h a t u n der t h e geo l o bic a i min in g c o n dit io n s o f t h ic k bea r o c C a n d Or ee min in g dea t h in No . 30221 a n d No . 30222 w o r k in g f a c es ,t h e ma x imu m su r f a c e su bsidea c e v a l u e is 1 689 mm , t h e ma x imu m su Usidepc e speea is 3233 mm/d,Sio in it ia i su r f a c e mo v emen t peCo b is 39 -41 d,t h e a c t iv e er io n is 93 〜165 d, a n d t h e dec l ia o eer io n is mo r e t h a n 403 d. Du e t e t h e Or ee min in g dept h ,t h e su r f a c e mo v e mea t h a s t h e c h a r a c t er ist ic s o f sma l l su u sidea c e su eea,gea t l o c h a n ge o f su bsidea c e v a l u e , l ess v io l en t su r f a c e mo v emen t ,a n d sma l l pr o po r t io n o f su r f a c e su Usidepc e in t o t a i mo v emea t c y c l o in a c t iv e eer io b. Key w o rd su r f a c e su bsidepc e ； su r f a c e mo v emen t ； l a r o e min in g dea t h, in t ea sit o; mo v emen t 0匸 0引言 井下煤炭资源采出后，岩层自下而上经弯曲下 沉一裂隙发育扩展一破断过程逐层传播至地表，地 表宏观范围内呈现出下沉盆地，并在开采影响范围 第6期杨飞姚伟张志强等母杜柴登煤矿地表移动周期规律分析1 内出现大面积地表裂缝和地表沉陷，严重威胁到地 面建筑物的使用安全［1_2］；地表移动过程中的不同 时间段内对建筑物、水体、环境等造成不同程度的影 响60不同的地质采矿条件，地表的移动变形程 度、范围等均有一定的差异，对于生态环境比较脆 弱、零散分布有村庄的鄂尔多斯矿区,其地表移动周 期的研究变得尤为重要，且对指导该地区今后的 “三下”采煤、保护煤柱留设、工作面布置与地面建 筑物保护都具有十分重要的意义J-4］ 0 为此，主要针对内蒙古鄂尔多斯母杜柴登煤矿 厚基岩、大埋深地质采矿条件,通过设置地表移动观 测站及取得的现场实测数据，初步探讨该地质采矿 条件下的地表移动持续时间情况，分析该地质采矿 条件下的地表移动周期特征。 1矿井概况 1.1井田位置与地表井田位置与地表 母杜柴登井田位于内蒙古自治区鄂尔多斯市东 胜煤田的西南部、呼吉尔特矿区的东南部,行政区划 隶属鄂尔多斯市乌审旗图克镇。地表具备典型的高 原堆积型丘陵地貌特征,地表全部被第四系风积沙 所覆盖，植被稀疏，为沙漠-半沙漠地区。区内地形 总体趋势是东南部较咼，西北部较低。最大地形咼 差为24. 5 mo区内地形总体趋势是东南部较高，西 北部较低。井田内受开采影响的地面建（构）筑和 设施主要有拟建矿井西部的矿区专用铁路、工业场 地进场公路、井田东部的油气井、矿井工业场地和零 星村庄。 1.2 30201工作面概况工作面概况 井田设1个主水平和5个辅助水平进行开拓, 首先开采主水平3 -煤层及以上的2-4中煤层，均划 分为3个盘区,分别为201、222、223和321、302、323 盘区。并将2-4中煤层221盘区和3 -煤层302盘区 作为首采盘区。30201工作面为盘区首采面；地表 标咼1 279 1 289叫无大的工业及民用设施， 有零星建筑物分布。首采30221工作面范围内煤层 厚度3.65 6.22 m,平均煤厚5. 61 m,平均煤层倾 角为2。，开采深度620 -655 m,平均约644 mo设计 工作面长度约为244 m,设计工作面推进长度约为 3 41 mo采煤机截深0. 865叫日推进进度为 7. 785 mo 1.3 32222工作面概况工作面概况 32222工作面位于井田东南部322盘区东翼 3“煤层内，紧邻32221首采工作面，西邻设计的 32223工作面未开采煤体，南邻井田边界保护煤柱, 北邻工厂保护煤柱线.32222工作面辅回撤巷。 32222工作面范围内煤层厚度4.74 6.32 m之间， 平均煤厚5.25 m,平均煤层倾角为2。，开采深度与 32221工作面相近。设计工作面长度约为225 m,设 计工作面推进长度约为3 718 mo 2地表移动观测 2.1地表移动观测站概况地表移动观测站概况 设立观测站的必要性地表移动变形是井下煤 层开采引起的一个复杂、一定周期的运动过程，设置 地表移动观测站及对测点进行观测是认识地表移动 最为直接的方法J1-3o由于地表移动变形是多种 地质采矿因素综合影响的结果，观测站的实地观测 可获取地表移动变形的第一手资料;对这些资料进 行综合分析,确定各因素对上覆岩层移动的影响规 律,为合理留设保护煤柱、进行压煤开采设计等提供 科学依据，并可减少开采造成的地面影响及减少压 煤资源损失［I■I9］ o 地表移动观测站概况母杜柴登煤矿32221与 32222工作面地表移动观测站测点间距取25 m,控 制点间距取50 m,测点的埋设为现场混凝土灌注。 共布置4条测线，如图1所示，各测线观测次数自 3377次不等，观测时间历时约2. 5 bo其中， 32221面切眼侧走向半盆地观测线-A测线、32221 面切眼侧倾向全盆地观测线-BC测线、32221与 32222面切眼侧走向半盆地观测线-B测线、32222 面切眼侧走向半盆地观测线-C测线。地表移动观 测站各测线布设总长度约为7 026 m,测线点数共计 232个。母杜柴登煤矿地表移动观测站各观测线及 观测概况详细地列入了表1中。 2.2地表移动周期分析地表移动周期分析 参数说明地表移动周期的分析可科学指导地 表建（构）筑物何时受到采动影响、地表移动剧烈程 度的持续时间、地面建筑受地表移动影响的总持续 时间等。为分析沉陷区地表各点的动态移动特征, 需要分别取各个观测线最大下沉点来研究地表受开 采影响的规律。同时绘制出最大下沉点的下沉曲线 礦（）、最大下沉点的动态下沉速度曲线卩（）与工 15 陕西煤炭2020 年 作面推进距离曲线ZQ）。其中W（t）曲线的单位为 mm；V（）曲线的单位为mm/d；（）曲线（单位m） 中规定当工作面推进至最大下沉点正下方时，取最 大下沉点到工作面的水平距离（0;工作面尚未推 过最大下沉点下方（取负值;推过最大下沉点后, 取正值。 图1母杜柴登36201与30202工作面地表移动观测站布置平面 表表1地表移动观测线概况地表移动观测线概况 测线观测起止测线测点观测次 备注 名称时间 长度/m数/个 数/次 A测线 2016.10 〜 1 4899999 36201面走向半盆地 2010.28线 B测线 2018.29 〜 1 7635070 36201 与 36202 面联 2010.28 合布置走向半盆地线 C测线 2016.10 〜 2019.26 1 9196940 36202面走向半盆地 线 BC测线 2016.10 〜 1 8396933 36241 与 36202 面联 2010.28 合布置倾向全盆地线 各测线的作用母杜柴登煤矿32201与32202 工作面地表移动观测站共布设4条观测线。B测线 位于0个工作面巷道保护煤柱对应地表,其地理位 置限制了该测线不可应用于地表移动周期的求取工 作;C测线由于初始观测时间较近（受32201工作面 采动影响）、观测周期较短（尚未完全稳定）等因素 影响,规律性较差。仅A测线和BC测线可用于地 表移动周期部分参数的求取。 A测线A测线最大下沉点在测线北侧的A45 处,最大下沉量为-1 689 m叫最大下沉速度为 5.22 mm/d在32205工作面推过该点后的155 - 225 m范围内出现（后续受相邻32202工作面的采 动影响，最大下沉速度34. 43 mm/d在32202工作 面推过该点后的168〜172 m范围内出现）。经插值 法地表移动初始期为45 d,此阶段下沉量为45 mm, 占总下沉量的0. 23 ;经插值法计算得地表于2015 年6月25日活跃期结束并进入衰退期，活跃期为 145 d,此阶段下沉量为249 mm,占总下沉量的 14. 64 ；截止到32205工作面采动引起的地表移动 活跃期结束，地表的最大下沉值可达到总下沉量的 12.29o由于32225工作面的采动尺寸相对于埋 深较小，地表为非充分采动，反映至单个工作面的采 动影响剧烈程度较小，地表移动变形相对平缓;后续 受到32202工作面的采动影响（32205工作面采动 影响的衰退期尚未结束，地表受相邻工作面的扰动 后，再次进入活跃期，二次扰动引起的活跃期时间大 于393 d），地表下沉主要集中在32202工作面的采 动影响时期内。首采32205工作面引起的地表移动 衰退期大于379 d,因此根据A测线求得地表总移 动期大于525 d,如图2所示。 BC测线BC测线最大下沉点在BC25处，最大 下沉量-5 689 mm,最大下沉速度3. 00 mm/d在 32225工作面推过该点后的279〜359 m范围内出 第6期杨飞姚伟张志强等母杜柴登煤矿地表移动周期规律分析19 2 000 1 500 1 000 500 0 /d -500 图2 A45测点下沉、下沉速度与工作面推进关系曲线 2 500 -600 I -900 -1 200 -1 500 -1 -00 -1 200 -1 500 -1 800 现后续受相邻30202工作面的采动影响，最大下沉 速度8. 84 mm/d在30222工作面推过该点后的209 〜382 m范围内出现经插值法地表移动初始期 为39d,此阶段下沉量为30 mm占总下沉量的 1. 78 ；经插值法计算得地表于201年6月9日活 跃期结束并进入衰退期，活跃期为93 d,此阶段下沉 量为14 m叫占总下沉量的11.49 ；截止到30201 工作面采动引起的地表移动活跃期结束，地表的最 大下沉值可达到总下沉量的13.26o由于采深较 大,地表移动具有下沉速度较小、下沉量值变化较为 平缓,地表移动剧烈程度较小,活跃期内地表下沉量 占总移动周期内地表下沉量值的占比较小的特征。 后续受到30202工作面的采动影响30201工作面 采动影响的衰退期尚未结束，地表受相邻工作面的 扰动后，再次进入活跃期，二次扰动引起的活跃期时 间351 d，地表下沉主要集中在30202工作面的采 动影响时期内。首采30201工作面引起的地表移动 衰退期大于443 d,因此根据BC测线求得地表总移 动期大于535 d,如图3所示。 3结论 1 母杜柴登煤矿30201与30202工作面对应 地表共布设4条观测线，总长度约为7 006 m,测线 点数共计232个，观测时间历时约2. 5 a ,各测线的 观测次数自33〜77次不等。 2 综合考虑地表移动观测站4条观测线的观 测效果，受周边工作面的开采影响程度，得出母杜柴 登30201与30202工作面该地质采矿条件下的地表 图3 BC28测点下沉、下沉速度与工作面推进关系曲线 移动初始期为39〜41 d,活跃期为93 - H d,衰退 期大于403 do 3母杜柴登煤矿30201与30202工作面地质 采矿条件下地表最大下沉为1 689 mm、最大下沉速 度为34.43 mm/d；由于采深较大，地表移动具有下 沉速度较小、下沉量值变化较为平缓、地表移动剧烈 程度较小、活跃期内地表下沉量占总移动周期内地 表下沉量值的占比较小等特征。 参考文献参考文献 [1] 邹友峰，邓喀中，马伟民.矿山开采沉陷工程 [M ].徐州中国矿业大学出版社,2209. 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