千米深部开采沉陷规律实测研究(1).pdf

2 0 1 3 年第 4 期 No ． 4 201 3 煤 炭 科 技 COAL S CI ENCE TECHNOL0GY MAGAZI NE 文童编号 1 0 0 8 3 7 3 1 2 0 1 3 0 4 - 0 0 0 1 - 0 4 千米深部开采沉陷规律实测研究 王勇 ， 谭志祥 ， 李培现 1 ． 徐州矿务集 团有限公司 庞庄煤矿， 江苏 徐州2 2 1 1 4 1 ； 2 ． 中国矿业大学 环境与测绘学院， 江苏 徐州2 2 1 0 0 8 摘要 徐矿集 团在庞庄煤矿张小楼井一 1 0 2 5 m西一下 山采区上方建立了地表移动观测站 ， 通 过对观测资料的整理分析， 获得了该区条件下千米深部开采沉陷规律， 并求取了相关角值参数 和概率积分法预计参数。研 究成果为今后徐州矿 区深部“ 三下” 采煤和保护煤柱 留设等提供 了 科学的依据， 并可为类似条件矿 区提供借鉴。 关键词 千米深井； 徐州矿区； 开采沉陷； 角值参数； 预计参数 中图分类号 T D 1 7 文献标志码 A 随着煤炭资源 的高强度开采 ， 我国浅部煤炭资 源 日益减少 ， 煤矿开采深度 由最初的浅部 2 0 0～ 3 0 0 m逐步发展到深部 7 0 08 0 0 m， 部分煤矿开采深度 已达 1 k m以上 。 目前 。对于千米深井 的开采沉 陷 规律研究成果极少。深部开采与浅部开采相 比， 其 覆岩综合岩性和应力状态发生较大变化 ， 开采沉陷 规律与浅部存在较大差异 ， 现有 的地表移动预测理 论不能满足深部开采的需要 。因此 ， 需要研究深部 开采的地表沉陷规律 。 徐 州矿 区煤炭资源经过大规模开发 ， 目前后备 煤炭资源匮乏 ， 各矿井逐渐进入深部资源开发阶段 ， 如夹河煤矿开采深度达 1 0 5 0 m， 庞庄煤矿张小楼井 开采深度达 1 0 6 0 m。为了研究深部开采沉陷规律 ， 徐矿集团在庞庄煤矿张小楼井一 1 0 2 5 m西一下山采 区上方建立了地表移动观测站。 1 地表移动观测站井上下情况 1 ． 1 井下开采工作面情况 庞庄煤矿张小楼井一 1 0 2 5 m西一下山采区位于 井 田西北部 ， 可采煤层为 2 、 7 、 9 煤 。2 煤 只开采 了 2 4 9 、 2 4 3 0 2两 个 工 作 面 。7煤 已 开 采 了 7 5 2 0 2 、 7 5 2 0 4、 7 5 2 0 6 7 5 2 0 8 7 5 2 1 0 7 5 2 1 2 、 7 41 0 7、 7 4 1 0 5 ． 7 5 2 0 7 、 7 5 2 0 9 、 7 5 2 1 1 等 工作 面 。9 煤 开 采 了 9 4 9 、 9 4 1 0 7 、 9 5 2 0 0 、 9 5 2 0 4 、 9 5 2 0 9 、 9 5 2 0 7 等工作面。 各工作面均采用走 向长壁全部 冒落法开采。实 际开采厚度 2 煤为 2 ． 0 m左右 ， 7 煤为 2 ． 5 m左右 ， 9 煤为 3 ． 0 m左右 。上覆岩层 以砂岩 、 砂页岩为主， 属 中硬岩层 ， 表土层厚 平均 1 2 0 m， 平均 开采深度为 1 05 0 m。 1 ． 2 观测站情况 根据本 区地表情况 ， 观测站在该区井 田中心沿 地表乡村公路设置了一条东西线和一条南北线 ， 东 西线布设测点 5 3 个 ， 南北线布设测点 3 0 个 ， 测点间 距 3 5 m左右。 观测站从 2 0 0 3 年4月进行 了首次全面观测 ， 整 个观测站的测量工作分为全面观测和 日常水准测量 两种形式 ， 日常水 准观测按 四等水准测量的要求进 行。走 向线进行水准测量 2 0 次 ， 倾 向线进行水准测 量1 6 次， 观测精度符合规程要求， 结果可靠。 2 地表动态移动规律分析 2 ． 1 地表动态移动变形的曲线特征 根据观测站实测地表数据 ， 通过计算得到受多 工作面多煤层开采影响下的地表动态移动曲线 图。 限于篇幅， 各动态倾斜、 曲率曲线略。 根据地表动态沉 陷变形 曲线 ， 结合工作面开采 顺序可得到以下结论 2 ． 1 ． 1 地表下沉曲线特征 地表下沉值随着开采进度逐渐增大 ， 最大下沉 值点随开采进度由下山边界外侧逐渐向采空区中央 移动。末次观测东西线最大下沉值为2 2 3 5 mm， 位 于 E W3 9点 ； 南北线最 大下沉值为 1 4 0 1 mm， 位 于 2 煤炭科技 2 0 1 3 年第 4 期 N S 2 0 点 。 由于观测站下方工作 面为 3个煤层共采 工作 面 ， 在不考虑 2 煤工作面情况下 ， 7 、 9 煤累计采厚为 5 5 0 0 mm左右 ， 地表最大下沉 2 2 3 5 m m， 下沉量与 徐州矿 区浅部开采相 比较小 。分析主要有如下的 原 因 1 深部开采 上覆岩层所 占地层 比例较大 ， 对 地表移动起控制作用的岩层增多 ， 岩层移动过程 中 离层数 目增加 ， 有效地减小了地表下沉。 2 最后一次观测时 ， 地表下沉还在进行 中， 尚 未稳沉 。 3 观测站下方开采在走 向和倾 向方 向均未达 到充分采动 ， 下沉值较小。 下沉速度是表征地表动态移动过程的主要特征 之一 ， 反映了地表移动剧烈程度的大小 。 由东西线 E W3 7点下沉速度 曲线可知 ， 东西线 地表最大下沉速度为 9 2 m m ／ 月。W3 7 点移动 活跃 阶段为 2 0 0 7 年 3 月 8日到 2 0 0 7年 1 0 月 3日和 2 0 0 9 年 7月 3日到 2 0 1 0 年 7月 1 1日， 活跃 阶段地表 下沉 量为 1 1 0 4 m m， 活跃 阶段下沉 占下沉总量的4 9 ． 4 ％。 由南北线 N S 2 0 点下沉速度 曲线可知 ， N S 2 0 点 地表最大下沉速度为 5 7 m m ／ 月 ， N S 2 0 点移动活跃阶 段 为 2 0 0 4 年 1 月 5日到 2 0 0 4 年 3 月 1 5日， 活跃阶段 地表下沉量为下沉总量的9 ． 4 ％。 与浅部开采相 比， 深部开采地表下沉速度较小 ， 地表移动缓和， 活跃阶段 占下沉过程周期的比例小 ， 活跃阶段下沉量 占下沉总量的比例较浅部开采小 。 深部开采地表移动的剧烈程度小于浅部开采 ， 地表 移动较为缓慢 ， 这对地表建 构 筑物的维修 、 维护和 加固是 比较有利的条件 。 2 ． 1 ． 2 地表倾斜曲线特征 3 个煤层多工作面开采过程中实测东西测线最 大倾斜值为6 ． 6 mm ／ m， 位于东西线 E W4 1 一 E W4 2 之 间点 ； 南北 测线最大倾斜值 为 5 ． 4 m m ／ m， 位于 N S 1 2 --N S 1 3 之间。地表倾斜值小于 同等条件下浅 部开采地表倾斜。 2 ． 1 ． 3曲率曲线特征 采动过程 中， 东西线地表最大正 曲率值为0 ． 0 7 m r rd m ， 位于E W3 1 点 ； 最大负曲率为一 0 ． 0 8 m m ／ m ， 位 于 E W3 2点 。南 北 线 地 表 最 大 正 曲率 为 0 ．1 m m ／ m ， 位于N S 1 1 点 ； 最大负曲率为一 0 ． 0 8 mm ／ m ， 位 于 N S 2 6 点 。由于地表 曲率值较小 ， 曲率变形不 明 显 ， 曲率曲线未见明显特征 。采深的增大对地表曲 率产生 了较为明显的影响 ， 曲率变形一般小于浅部 开 采情 况 。观测 线 实测 地 表 变形 最 大 值 如表 1 所列 。 表 1 实测地表 变形最大值 由以上计算结果可以看 出， 张小楼井一 1 0 0 0 m 以上多煤层多工作面开采后 ， 地表移动和变形值远 小于同等条件下浅部开采 的各项变形值。这为地表 建筑物保护提供 了有利的条件。 2 ． 2 地表移 动概率积分法参数 分析 概率积分法是 目前我国进行开采沉陷预计 的主 要方法 ， 也是规程规定 的预计方法之一 。为分析深 部开采条件下的地表移动规律 ， 基于概率积分法模 型基本原理反演得到了采动过程中的概率积分法基 本参数 。 7 4 9 、 2 4 9 和 2 4 3 0 2 工作面 回采完毕概率积分法 参数 根据 2 0 0 4 年 7 月 7日实测地表移动 和概率积 分法基本原理反演得到以下的概率积分法参数 。 下沉系数q0 ． 5 ； 主要影响角正切 t a n 2 ． 1 4 ； 开采 影 响传播 角0 o 7 4 。 ， 开采 影 响传播 系数 0 ． 6 4。 其余几个工作面 回采结束后概率积分法参数 如表 2 所列。随着采动程度 的增加 ， 地表移动的概 率积分法参数有较大的变化。 表 2 不同采动程度下地 表移动的概率 积分 法参数 由表 2 可知 ， 工作面开采走 向采动程度没有变 化 ， 地表移动下沉系数随着倾 向采动程度的增加逐 2 0 1 3 年第4 期 王 勇 等 千 米 深部 开 采 沉 陷 规 律 实 测 研 究 3 渐变大 见图 1 。 4 D／ Ho 图 1 地表移动下沉系数与采动程度的关 系 根据表 2 的数据可 以拟合得到式 1 的经验 公式 q 0 ． 1 5 7 8 l n D ／ Ho 0 ． 7 4 2 6 1 式 中 _ - f 顷向开采宽度， m； 既平均采深 ， i n 。 实测数据表明， 随着采动程度的增大， 地表下沉 系数会逐渐增大 ， 并趋于稳定直至达到该地质采矿 条件下的最大值。 主要影 响角正切 随着采动程度 的增大 略有 减 小 ， 说 明采动程度的增大 ， 深部开采条件下采动程度 的增大会引起开采的主要影响半径增大。 由表 2中的数据可知 ， 开采影响传播角随着 采 动程度的增加而增大 ， 并逐渐趋于稳定 。 根据以上研究和徐州矿区地表移动参数数据， 通过综合分析， 刘集镇下开采沉陷预计概率积分法 参数可取以下数值 下沉系数q 0 ． 7 9 ， 重复采动系 数K 1 ． 1 ， 水平移动系数6 0 ． 3 1 ， 主要影响角正切 t a n 1 ． 9 ， 开采影 响传播角0 o 9 0 o 一 0 ． 5 0 L ， 拐点偏 移距 s 0 ． 0 5 H。 2 ． 3 移动角值计算及分析 1 最大下沉角 开采 7 4 9 、 2 4 9 和 2 4 3 0 2 等 3 个 工作面后， 开采宽深比D ／ H 0 ． 2 5 ， 地表最大下沉值 点位于工作面边界外侧的N S 2 0 点， 最大下沉值4 7 3 m m， 最大下沉角值0 7 4 。 ； 随着开采进行， 地表下沉 值逐渐增大 ， 最末次观测时 E W3 7 点最大下沉值 为 2 2 3 5 mm， 最大下沉角08 5 。 。地表最大下沉角随 着采动程度的增大逐渐增大并趋于稳定 。不 同开采 宽度 条件下最 大下沉角值 与宽深 比的关 系如表 3 所列。 表3 观测站不同宽深比条件下最大下沉角值 最大下沉角 8 1 8 1 8 5 9 0 8 3 8 5 2 边界角 以下沉 1 0 m m的点为边界点 ， 在充 分采动或者接近充分采动的条件下 ， 地表移动盆地 主断面上盆地边界点至采空区边界的连线与水平线 在煤柱一侧的夹角成为边界角。因为松散层移动角 值无法确定 ， 因此本文采用综合边界角 不考虑松散 层影响 计算边界角值。 根据实测数据 ， 通 过分析 ， 获得综合边界角为 走 向综合边 界角 5 8 。 ， 上山综 合边界角 5 8 。 ， 下山综 合边界角 5 6 。 。 3 移动角 在充分采动或者接近充分采动条 件下 ， 地表移动盆地 主断面上 3 个 临界变形值 s 2 ． 0 mm ／ m， K0 ． 2 mm ／ m ， i 3 ． 0 m m ／ m 中最外边 的变形值点至采空区边界的连线与水平线在煤柱一 侧的夹角称为移动角。因为松散层移动角值无法确 定， 因此本文采用综合移动角 不考虑松散层影响 计算移动角值。由于采深较大， 曲率值均小于临界 变形值 ， 因此采用倾斜值确定移动角值。 南北线 N S 1 0 - - N S 1 1 两点间倾斜值为2 ． 9m m ／ m， N S 1 1 一N s 1 2两点间倾 斜为 4 ． 6 mm ／ m， 临界变形值 点位于 N S 1 0 - - N S 1 2 之 间 ， 距离采动边界 2 6 8 m， 综 合下山移动角值为7 0 。 。 东 西 线 E W1 9 --E W2 0两点 间倾 斜 值 为 2 ． 7 0 m m／ m， E W2 0 - - - E W2 1 两点 间倾斜值 为 3 ． 5 7 mm ／ m， 临界变形值点位于E W1 9 --E W2 1 点之间 ， 距离采动 边界距离 2 5 7 I T I ， 综合走 向移动角值为7 2 。 。 因此 ， 该区域综合移动角值可取以下数值 上山 综合移动角 7 2 。 ， 走向综合移动角6 7 2 。 ， 下山综 合移动角 7 0 。 。 3 结语 徐矿集团在庞庄矿张小楼井一 1 0 2 5 i n 西一下山 采区上方建立了地表移动观测站， 通过对观测资料 的整理分析 ， 获得了该 区条件下千米深部开采沉陷 规律， 并求取了相关角值参数和概率积分法预计参 数 ； 研究成果为今后徐州矿区深部“ 三下” 采煤和保 O O O O O O 4 煤 炭 科 技 COAL S CI ENCE TECHN0L0GY MAGAZI NE 2 0 1 3 年第 4 期 No ． 4 2 01 3 文章编号 1 0 0 8 3 7 3 1 2 0 1 3 0 4 0 0 0 4 0 2 软岩巷道锚 注支护参数优化研究 赵 超 皖北煤电集团有限责任公司 任楼煤矿 ， 安徽 宿州2 3 4 0 0 0 摘要 某矿主要大巷及石 门由于地处软岩， 岩性差且裂隙发育， 加之频繁的动压影响， 造成巷 道严重破坏。针对这种情况， 提 出使用巷道锚杆注浆加 固技术。现场实践表明， 该支护技术可 以有效地控制 围岩变形， 取得 了显著的技术经济效益。 关键词 锚杆注浆； 注浆参数； 松软围岩 中图分类号 T D 3 5 3 文献标志码 B 1 工程概 况 某矿轨道大巷及胶带运输大巷 均处在软岩之 中， 轨道大巷所处岩层主要为泥岩 ， 岩性较差 ， 裂隙 非常发育， 加上上采区工作面的跨采动压影响， 巷道 两底角锚杆加长到3 ． 0 m。锚杆托板采用矿上现用 的托板 ， 但 中间孔直径须为2 3 m m， 规格为 1 5 0 mm 1 5 0 mm X 6 mm。封孔锚固材料采用空心式快硬膨 胀水泥药卷 ， 药卷 内径 2 3 m m， 外径 3 7～3 8 mm， 长 2 5 0 mm， 每根锚杆用 1 卷药卷 。 煤矿 工程 师。 收稿 日期 2 0 1 3 0 7 2 2