doi:10.3969/j.issn.1001-358X.2009.03.017王庄煤矿综放开采地表移动与覆岩破坏规律研究

靳苏平(潞安环保能源股份有限公司王庄煤矿,山西长治　046031)

摘要:通过对王庄煤矿6206工作面地表岩移规律和覆岩破坏规律的研究,揭示了该矿综采放顶煤条件下地表沉陷变形规律和覆岩破坏规律,为今后指导“三下”采煤及土地征迁赔偿等工作打下了良好的基础。关键词:综放开采;地表移动规律;覆岩破坏规律中图分类号:TD325 文献标识码:B 文章编号:1001-358X(2009)03-0042-02

近年来,王庄煤矿随着矿井生产规模的不断扩大和可采储量的日渐减少,建筑物下、水体下采煤问题日益突出。为掌握该矿综采放顶煤条件下地表移动和覆岩破坏规律,王庄煤矿结合6206工作面的开采,采用地表岩移观测站观测和地面打钻观测等方式,进行了比较系统的研究。1　地质采矿条件试验工作面6206面为62采区首采工作面,工作面走向长约1780m,倾向宽140～248m,开采二迭系山西组3#煤,煤层厚度为612～618m,煤层倾角2°～5°,煤层采深为302～330m,平均采深316m。采煤方法为走向长壁、后退式低位放顶煤一次采全高全部垮落综合机械化采煤法,平均推进速度7m/d左右,最大推进速度9m/d。6206工作面总体呈倾向南的单斜构造,所采3#煤厚度稳定,结构较简单,煤层上覆地层主要由砂岩、泥岩、砂质泥岩和第四纪表土层组成,其中第四纪表土层厚度15612m,约占覆岩总厚度的50%。直接顶主要为黑色泥岩,厚为111～1311m,平均711m,老顶为灰色细粒砂岩,厚度210～518m,平均厚度319m,直接底为黑色泥岩,厚度115～418m,平均厚度3115m,老底为砂岩,厚度018～410m。2　观测情况为了研究地表移动变形规律,采前在工作面上方设置了地表岩移观测系统,共布设了2条倾向观测线和1条走向观测线,工作测点间距20m左右,每条观测线一端均设控制点3个,点间距45m,共布工作测点125个,控制点9个,测线总长度为3003m。从2007年12月至2008年11月共进行了4次全面观测、8次加密水准测量,取得了宝贵的观测资料。为了研究覆岩破坏与导水裂缝带发育规律,王庄煤矿采用地面钻孔进行了“两带”高度观测。具体在距工作面开切眼450m以外靠近工作面上、下边界及中部共施工了三个钻孔(编号K1、K2、K3),

于2008年8月11日至10月19日完成了施工和观测任务,钻孔总进尺764198m,并对部分钻孔取芯做了岩石物理力学试验。

3　地表移动规律311　岩移参数通过对观测资料的综合整理和分析,采用曲线拟合法,进行了求参计算,求出了利用概率积分法进行预计时所需的主要参数,见表1。同时,利用实测资料求出了上山、下山方向的边界角、移动角,见表2。表1　地表移动预计参数下沉系数q拐点偏移距s主要影响角正切tgβ影响传播角系数K水平移动系数b

01780111H2150130126表2　岩层移动的边界角、移动角边界角(°)移动角(°)β0γ0βγ

64616870312　动态地表移动规律为了研究采动过程中地表移动规律,选择位于采空区中央、下沉值最大的22号点进行分析,

绘制了22号测点的地表下沉速度及下沉曲线图,

见图1。24

第3期2009年6月 矿　山　测　量MINESURVEYING No13Jun12009图1　走向观测线22测点地表下沉、下沉速度图由实测曲线可以看出,地表移动的初始期很短,

为9天左右;活跃期持续时间约为2个月,在工作面通过22号点30m后,地表下沉速度达到最大,最大下沉速度值为9310mm/d。根据实测资料求取了地表最大下沉速度计算公式:

Vmax=KCH0Wmax

式中:K———下沉速度系数,取1192;

C———工作面推进速度(m/d);

H0

———工作面平均采深(m);

Wmax

———地表最大下沉值(mm)。313　地表移动特点对照一般条件下地表移动规律,6206面综放开采条件下地表移动变形具有如下特点:(1)地表移动与变形剧烈且集中。由于煤层上覆地层中第四纪黄土层厚度大,约为15612m,占上覆地层总厚度的50%左右,地表沉陷变形呈现厚松散层的特征,采动影响快速传递到地表。地表移动的初始期很短,活跃期也明显缩短,地表下沉速度较大。(2)下沉系数偏大。地表下沉系数的大小与上覆岩层的性质和开采方法密切相关,煤层上覆地层中,第四系表土层约占总厚度的一半以上,本身难以起到有效控制地表沉陷变形的作用;综采放顶煤,开采强度大,使得覆岩破坏非常严重,上覆岩层中的关键层很难起到控制作用。(3)地表下沉盆地陡峭。在拐点内侧地表下沉值较大,曲线较陡,在拐点以外沉陷变形曲线收敛较慢。边界角、移动角较大,主要影响角正切tgβ偏大。(4)在工作面前方动态拉伸区出现的动态裂缝,间隔约为6～10m,裂缝宽度一般10～30mm,工作面推过后,裂缝逐渐闭合消失。在工作面两侧边界附近出现永久裂缝,裂缝方向与采空区边界方向基本一致,宽度一般20～40mm。4　覆岩破坏规律411　两带发育高度根据现场实测资料,经综合分析三个钻孔的冒落带、导水裂缝带高度实测结果如下:(1)导水裂缝带高度K1孔,煤层有效采厚519m,导水裂缝带高度为114167m,裂高采厚比为19144。K2孔,煤层有效采厚512m,导水裂缝带高度为102127m,裂高采厚比为19167。K3孔,煤层有效采厚517m,导水裂缝带高度为114187m,裂高采厚比为20115。上述观测结果说明,在综放工作面一次采全厚条件下的导水裂缝带发育规律,与国内在水体下采煤“两带”观测中所取得的导水裂缝带发育的最大高度与煤层初次一次采厚成正比的规律是相近的。(2)冒落带高度K1孔因为套管变形,孔深未钻到位,所以未探测到冒落带。

K2孔冒落带高度为19135m,冒高采厚比为3172。K3孔冒落带高度为35170m,冒高采厚比为6126。由于工作面推过钻孔距离较大,工作面中间冒落岩层容易压实,冒高偏小,而边界冒落岩层由于煤壁的支撑作用不容易压实,其冒高偏大。412　导水裂缝带最大高度计算根据上述导水裂缝带高度观测结果,并结合五阳煤矿分层综采条件下导水裂缝带高度观测结果,

求取了本矿区开采3#厚煤层预测煤层采后导水裂缝带最大高度的经验公式:

Hli=20122Mn+10

式中:M———煤层有效采厚,m;

n———同一煤层开采分层数,分层开采顶分层取1,底分层取2;综放开采取1。

5　小　结通过对王庄煤矿6206工作面地表移动规律和覆岩破坏规律的观测和研究,揭示了本(下转第92页)

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第3期 靳苏平:王庄煤矿综放开采地表移动与覆岩破坏规律研究 2009年6月提高学生毕业生设计的质量,我们每年走访大量测绘单位,了解各单位工作情况和内容,收集大量原始资料,归纳出若干毕业生设计题目。毕业生设计开始时,将所有毕业生设计题目公布,学生根据自己情况自由选题,已经签订单位的学生基本选择与本单位工作内容相近的题目。在毕业生设计过程中,指导老师按下达的毕业生设计任务书分阶段进行检查指导,包括实验内容设计合理性,实验结果准确性及理论推导正确性等,掌握学生的设计进度和质量。学生毕业设计完成后还要进行答辩,只有认真完成设计任务书各项内容的学生才可以参加毕业答辩;只有通过毕业答辩的学生才可以毕业。毕业答辩前答辩教师要阅读每个学生的毕业生设计内容,在学生答辩中要解答教师提出的5-10个针对其设计内容的相关问题。每届毕业的学生都说毕业设计非常难,不亲自认真完成,不可能通过。通过这样的毕业设计环节,使学生综合运用所学知识完成具体工作内容,是对学生综合能力的一次提升,也是对学生综合能力的一次检验。由于学生的毕业设计题目全部来自于生产一线,对学生后来工作也很有帮助。一次,一个学生来电话说了这样一件事,他刚到单位不久,正赶上一个项目前期工作,主要技术人员忙不开,领导就让他先做设计的前期准备工作,他发现该工程的内容与毕业设计内容相似,就按毕业设计的基本套路再参考该单位其他设计格式把整个设计基本完成了,等那位负责该工作的技术人员看了他的设计后连声称赞,只进行很小的改动就上交了。单位领导还经常用这件事教育其他年轻同志。3　结　语测绘工作要求作业人员既要工作细致认真,又要求作业人员互相协作,具有团体工作的特点,对作业人员各方面要求都比较高。我校为了使大学生毕业上岗后能很快适应工作环境,结合生产一线的要求来培养学生,创造条件让学生了解实际工作状况,

同时培养学生的探索精神,团结协作精神,勤奋思考的好习惯,不断探索适合测绘专业人才培养的教学模式,更好地提高学生综合能力。

参考文献:

[1]　高玉娟1大学生的综合能力培养[J]1教书育人,2003(22)44-451

[2]　李志1当代大学生挫折承受能力及培养模式[J]1黑龙江高教研究,2004(1)1[3]　傅维利,陈静静1国外高校学生实践能力培养研究[J]1教育科学,2005(1)1

[4]　张彦廷1浅谈大学生毕业设计阶段综合实践能力的培养[J]1中国校外教育,2008(1)1[5]　张凤林1在理论和实践教学中培养和提高大学生综合能力的思考[J]1广东工业大学学报(社会科学版),

2008(1)1

作者简介:徐茂林(1964-),汉族,山东青岛人,1988年毕业于中南大学工程测量专业,硕士,副教授,硕士研究生导师,

从事“测绘工程专业数字化测量、矿山测量、空间定位技术、精密工程测量技术”的教学和科研工作。

(收稿日期:2009-02-20)

(上接第43页)矿井综采放顶煤条件下地表移动规律和覆岩破坏规律,为今后指导“三下”采煤工作打下了良好基础,也为其它类似条件矿区提供了典型经验,具有重要的意义。

参考文献:

[1]　建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程[S]1北京:煤炭工业出版社,20001

[2]　何国清,杨伦,凌赓娣等1矿山开采沉陷学[M]1徐州:中国矿业大学出版社,19941

作者简介:靳苏平,男,工程师,1996年毕业于桂林工学院测量工程专业,现在潞安环保能源股份有限公司王庄煤矿地测科从事测绘技术工作。

(收稿日期:2009-02-16)

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第3期 矿　山　测　量 2009年6月