综采放顶煤地表下沉速度观测研究 精灵论文

1、综采放顶煤地表下沉速度观测研究范建民，黄成飞，杨岁寒（河南理工大学能源科学与工程学院，河南焦作 454000） 摘要：通过现场建立地表移动观测站，对综放开采地表沉陷情况进行了现场实测研究。根据 观测站沉陷资料分析了地表下沉特征。在此基础上，分析得出了地表最大下沉速度及最大下 沉速度滞后角等参数。研究结果表明：该区域厚煤层综放开采条件下地表移动剧烈、地表下 沉速度大、起动距偏小等特点。 关键词：厚煤层；综放开采；地表沉陷；地表下沉速度；地表移动观测站中图分类号：td 823.83；tp183 文献标识码 astudy on surface subsidence velocity of fully

2、 mechanized caving mining methodplacefan jianmin1, huangchengfei2, yang suihan3(school of energy science and engineering, henan polytechnic university, jiaozuo, henan454000)abstract: by setting up the surface movement surveying station, the surface subsidence of fully mechanized caving mining in thi

3、ck seam was observed. based on the data of the surveying station, the surface subsidence characteristics were analyzed. and then the maximum surface subsidence velocity and the lagging angle of the maximum subsidence velocity were figured out in this paper. the resultsindicate that the surface movem

4、ent is intensive, the surface subsidence velocity is rapid, the groundsurface is badly destroyed, the start subsidence distance from set-up room is smaller under the condition of fully mechanized caving mining in thick coal seam.key words: thick coal seam; fully mechanized caving mining; surface sub

5、sidence; surface subsidence velocity; surveying station of surface subsidence0 引言煤炭资源开采所引起的地表沉陷及采动损害问题日益突出1-3。为最大限度地解放村庄 下压煤，提高资源回收率，控制地表沉陷，同时最大限度地保护地表村庄建筑物，需要开展 岩层与地表移动规律的研究4-6。赵家寨煤矿位于河南省郑州矿区，行政区划属河南省新郑 市管辖。井田东距新郑市约 8km，距离郑州市 53km。井田范围内自然村庄较多，随着采矿 生产的进行，对地面的影响范围也会日趋扩大，村庄建筑物下压煤开采问题突出，需要研究 开采引起的地表移动规

6、律。由于矿井为新建矿井，首采工作面有条件建立地表移动观测站进 行实测研究。该矿第四系黄土层厚，为了研究在厚煤层综放开采条件下，厚表土层地表沉陷 以及下沉速度的特点，本文以观测站实测资料为基础，重点分析厚煤层综放开采引起的地表 地表下沉特征及下沉速度。赵家寨井田内地层均被新生界地层覆盖，由老到新依次为寒武系上统、奥陶系中统、石 炭系中上统、二叠系及第三、四系。其中，二叠系山西组和石炭系太原组为井田主要含煤地 层。井田第三系为湖滨相沉积，可分为底部半固结砂砾石组和上部粘土、砂质粘土组。砂砾 石组岩石浸水后易崩解，粘土、砂质粘土组中间夹有数层薄粉细砂，粘土具中等压缩性、水 稳性极差的特点，砂层易坍塌

7、。第四系上部主要为次生黄土，且厚度较大，平均在 120m 左作者简介：范建民（1969-） 男 河南省三门峡市人，河南理工大学在读工程硕士研究生，研究方向：矿山 压力及其岩层控制. e-mail: fanjianmin8400右。1地质采矿条件及观测站情况1.1工作面地质采矿条件赵家寨煤矿首采工作面为 11206 综采工作面，位于 11 采区西翼中下部，东临 11 采区回 风上山，西部为 11 采区边界。工作面为走向长壁布置，开采煤层为二 1 煤，工作面正式开 始回采时间为 2009 年 3 月。工作面设计走向长 2165m，倾斜长 170m，该面二 1 煤层厚度变 化较大，煤厚至东向西由薄变

8、厚，平均厚度为 6.54m，煤层倾角在 4.0° 9.0°之间，平均倾 角为 6.5°。工作面标高-245.0-163.0m，地面标高在+131m +138m 之间，平均采深为 313m。 地面为农田，地势平坦，视野开阔。工作面采用综合机械化放顶煤一次采全高回采。1.2工作面地质采矿条件 地表移动观测站采用剖面线状形式布设，设计走向观测线一条，倾斜观测线两条，走向观测线与两条倾斜观测线互相垂直，分别布置在地表移动盆地走向、倾斜主断面上，观测线布设成“干”字型，本观测站布置共需埋设 83 个工作测点。2地表沉陷特征为了全面揭示动态地表沉陷变形的全过程，自 2009

9、年 3 月 20 日建立观测站，已进行了 七次水准测量，二次导线测量。每次观测时工作面开采情况及地表沉陷情况见表 1 所示。目 前 21081 工作面已推进 600 多米，走向观测线点的移动已基本稳定，走向观测线下沉曲线见 图 1 所示。每次现场观测的同时对地表裂缝的位置、方向进行了测量。根据观测数据及现场 调查的情况，对地表移动起动距、超前影响距及影响角、地表最大下沉速度等动态地表移动 特征进行分析。表 1 工作面推进过程中对应的地表下沉观测结果table 1 surface subsidence observed results during coalface advance观测日期 工作

10、面推进 距离/m采厚/m 推进速度m/月采出率/% 最大下沉值/mm最大下沉速 度 mm/d2009.06.06 100 4.0 50 85 1356 19.92009.07.05 155 4.0 55 85 2611 50.62009.10.04 330 4.3 58 85 4514 42.32009.11.07 390 5.6 60 97 4589 51.02009.12.08 468 5.5 75 90 4611 12.22010.01.09 544 6.0 76 85 4660 8.1500a1a50a10a15a20ab ac-500-1000-1500下沉值/mm-2000-250

11、0-3000-3500 09.06.06-4000-4500-500009.07.0509.10.0409.11.0709.12.0810.01.09-350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 300 350 400距切眼的距离/m图 1 地表下沉曲线fig. 1 surface subsidence curves3地表下沉速度3.1地表下沉速度的计算 根据观测数据及现场调查的情况，对各个时间区间的地表下沉速度特征进行计算分析。下沉速度计算表见表 2 所示。测点编号表 2 各次观测地表下沉速度计算表（mm/d）table2 ca

12、lculation of surface subsidence velocity（mm/d）时间区间09.3.30-6.6 09.6.6-7.5 09.7.5-10.4 09.10.4-11.7 09.11.7-12.8 09.12.8-10.1.9a01 0.022 0.379 0.068 0.388 0.181 0.256a02 0.003 0.483 0.054 0.438 0.148 0.227a03 0.018 0.286 0.065 0.729 1.600 0.055a04 0.028 0.376 0.605 0.382 0.084 0.227a05 0.072 0.507 0.1

13、41 0.044 0.116 0.244a06 0.084 0.610 0.352 0.206 0.126 0.195a07 0.165 0.283 0.130 0.288 0.132 0.235a08 0.304 0.310 0.016 0.197 0.106 0.235a09 0.506 0.528 0.057 0.391 0.100 0.287a10 0.822 1.310 0.481 0.000 0.052 0.352a11 3.307 6.786 1.640 0.694 0.226 0.500a12 5.624 5.114 1.469 0.232 0.171 0.447a13 11.

14、734 10.207 1.689 0.262 0.203 0.532a14 17.540 20.662 3.365 0.818 1.397 1.140a15 19.944 33.897 5.460 0.700 0.284 0.689a16 18.646 46.297 10.586 0.868 0.390 0.753a17 13.903 50.590 19.082 1.362 0.535 0.939a18 6.987 44.341 29.104 1.068 2.213 1.769a19 2.913 28.917 38.212 2.209 0.719 1.135a20 0.771 12.907 4

15、2.275 3.482 0.977 1.256a21 0.488 5.517 42.077 5.085 1.203 1.442ab 0.199 1.552 33.151 18.879 3.203 2.732ac 0.000 1.403 21.031 51.000 12.194 8.0403.2下沉速度曲线通过对实测数据进行计算分析，得出走向观测线上各点不同时间区间的下沉速度。在地 表非充分采动时，随着工作面的推进，地表各点下沉速度逐渐增大，最大下沉速度也增大。 选取下沉速度最大的三个特征点 a17、a20、ac 绘制成下沉速度曲线，见图 2 所示。随着 工作面的推进，地表下沉速度曲线形状基本不

16、变。地表点的下沉速度经历一个由小到大再到 小的动态变化过程。60下沉速度（ m m/ d）50a17测点40a20测点30ac测点20100工作面推进方向图 2 下沉速度曲线fig. 2 surface subsidence velocity curves3.3地表最大下沉速度实测得出了该地质采矿条件下的地表最大下沉速度最大值为 51mm/d，最大下沉速度点 有规律地向前移动。根据综采开采地表最大下沉速度的计算公式7,8：vmax = k cwfm / h 0式中：vmax 为最大下沉速度 mm/d； c 为工作面推进速度，m/d；wfm 为工作面的地表最 大下沉值，mm；h0 为平均开采深度

17、，m；k 为决定于覆岩性质的下沉速度系数。通过对实 测数据计算分析得：vmax 为 51mm/d；工作面推进速度 c 平均约为 2m/d；wfm 约为 4660mm； h0 平均采深取 313m，因此，得出该工作面的下沉速度系数 k 为 2.4。3.4最大下沉速度滞后距 最大下沉速度点的位置滞后工作面一段距离，根据实测数据得出地表最大下沉速度点与相应的工作面位置，得出最大下沉速度滞后距，按照下列公式计算最大下沉速度滞后角：f = arc cot l h 0式中：l滞后距，m； h0平均采深。对数据计算分析可知：不同的工作面推进速度， 滞后距不同，实测得到最大下沉速度滞后距约为 6576.5m，

18、计算得最大下沉速度滞后角为76.378.3°。4结论（1）通过在首采工作面建立地表移动观测站，对厚煤层综采放顶煤开采地表沉陷进行 了现场实测，分析了地表下沉特征。研究了该地质采矿条件下的地表下沉速度。研究表明： 该区域具有地表移动剧烈、地表下沉速度大、起动距偏小等特点。（2）分析了地表点在工作面推进过程中的下沉速度及该地质采矿条件下的地表最大下 沉速度，得出工作面下沉速度系数 k 为 2.4；最大下沉速度滞后距在 6576.5m 之间，最大 下沉速度滞后角为 76.378.3°。参考文献1 郭文兵, 柴华彬. 煤矿开采损害与保护m. 北京: 煤炭工业出版社, 20082 国家煤炭工业局编制. 建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程m. 北京: 煤炭工业 出版社, 20003 李白英. 开采损害与环境保护m. 北京: 煤炭工业出版社, 20044 赵海军，马凤山，李国庆等.充填法开采引起地表移动、变形和破坏的过程分析与机理研究j. 岩土 工程学报，2008，30（5）：670-676刘义新,戴华阳, 郭文兵. 巨厚松散层下深部宽条带开采地表移动规律j. 采矿