砚北煤矿地表移动观测站设计

华亭煤业集团有限责任公司

砚北煤矿地表移动观测站设计说明书华亭煤业集团砚北煤矿2013年3月13日"亠 ,>A前言为了获得砚北煤矿1502采区工作面、2502采区工作面最可靠的地表移动参数，掌握该地质采矿条件下的地表移动规律，砚北煤矿决定建立地表移动观测站，对两采区各工作面地表移动规律进行长期观测和研究工作。此次地表移动观测与研究的主要内容：进一步确定煤层开采后,其上覆岩层及地表移动的各类参数和地表裂缝的发肓情况；掌握地表塌陷范围及对耕地和地面建筑物的影响情况；确保矿井安全生产,确保采动范围内广大居民的生命财产安全；合理确定保护煤柱,减少资源浪费,提高经济效益。通过对地表移动观测站的研究，为砚北煤矿保护煤柱留设、征地、迁村和实现煤矿安全生产等提供科学依据，并进一步探求厚松散层条件下的地表移动规律。一、 采区地质条件概况1、采区位置及区内地形:岩移观测主要针对1502采区的1502-11工作面和2502采区的2502-03工作面开采引起的地表移动进行观测。1502采区位于砚北井田东南部,其上部(东部)为南一采区南翼,已开采结束,南部为华亭煤矿开采范围,北部为保护煤柱,西部(下部)为未采区，其中东南部已受采动影响。2502采区位于井田中部，2502-03工作面为本采区第四个工作面。区内地貌形态主要是梁峁相间的低山丘陵,植被茂密,海拨高度在1430—1680米之间,相对高差280.4米,区内无大河流,但砚峡沟内有少量流水。2、区内地层:煤五层及其顶板以上主要地层为中侏罗统延安组（y）、直罗组Jz）与22安定组Ja）,上第三系甘肃群（Ngr）和第四系Q）。其中中侏罗统延安组为主含2煤地层，岩性主要为灰白、灰、褐灰色砂岩、含砾砂岩与黑色泥岩、深灰及灰绿色粉砂岩、砂质泥岩、泥岩及煤层、炭质泥岩和劣质油页岩；直罗安定组组和主要由紫红、灰黄、浅灰绿等杂色砂质泥岩、泥岩、粉砂岩及细砂岩互层上组成；第三系甘肃群主要岩性以浅紫红、黄褐、灰白色厚层状粗砂岩、砂岩、砂质砾岩为主，夹紫红、浅灰色砂质泥岩第；四系分布较广，构成黄土丘陵的表，层主要为耕植土层、坡积物和冲积物，广泛分布于山顶和山坡，冲积层主要分布于河谷及其两侧阶地，由砾石、砂砾石层、亚砂土组成，厚度一般右。3、构造1502采区为单一倾斜构造,沿走向发育次级褶曲,无断层等其它构造现象。煤5层产状在采区南部为252°厶45°，中部为270°Z25。，北部为253°Z10°,煤层倾角由北向南增大，由东向西（由上向下）变缓。2502采区为一背斜构造，背斜轴向由北13°西至南25°东，向南倾伏，背斜两翼沿走向发育有次级褶曲，煤五层产状90°Z5〜15°。4、 煤层赋存情况两采区为特厚煤层，赋存较稳定，但结构复杂，1502采区煤层厚度为38.1〜60.8米，2502采区厚度为18.2〜43.4米，在向斜轴部煤层较厚，背斜轴部煤层较薄。5、 含水层及井下涌水情况煤5层上部含水层有下侏罗统延安组含水层、上第三系甘肃群含水层和第四系砂砾卵石含水层，其中第四系砂砾含水层，主要分布在砚峡沟中，雨季有少量流水。各含水层主要靠大气降水补给，补给条件差，渗透性差，地下泾流速度很缓慢，含水性弱，涌水量小。二、采矿条件1、采区内工作面情况1502采区的150210工作面分层煤层厚18.0米，煤层倾角10°〜55°,工作面走向长为1374〜1423米，倾斜宽42〜95米，工作面高程为925〜931米，采深590〜672米；150211工作面分层煤层厚9.7〜17.2米，煤层倾角10°〜50°，工作面走向长为1331米，倾斜宽48〜95米，工作面高程为910〜918米，采深603〜689米。2502采区的2502-03工作面为一矩形，工作面走向长1910米，倾斜宽为223〜230米；工作面高程为998〜1070米，采深为452〜531米。2、 开采情况1502采区各工作面采煤方法为走向壁式水平分段综合机械化放顶煤，首采工作面1502-01于2005年5月份开始推采，1502-10工作面于2013年1月下旬开始回采，1502-11工作面预计2013年10开始回采；2502采区各工作面采煤方法为走向长壁倾斜分层综合机械化放顶煤，首采工作面2502-05于2006年3月份开始推采，2502-03工作面预计2013年7月开始回采；各工作面使用支撑掩护式液压支架，全部垮落法管理顶板。3、 可采煤层顶底板工程地质特征煤5层直接顶板为灰、灰黑色砂质泥岩、泥岩，厚3.2〜6.5米，机械强度较弱，较松软，不稳定，易垮落；老顶为灰、灰白色厚层、巨厚层状粉砂岩夹薄层泥岩，厚8.0〜18.2米，较致密坚硬，普氏系数3.8〜4.9，平均4.4，为中等坚固岩石。底板岩性主要为泥质胶结的含砾粗砂岩、中细砂岩及粉砂岩和砂质泥岩,局部直接底上有薄层泥岩及炭质泥岩，普氏系数随粒度的增大而减小，粉砂岩3.4，中砂岩2.6，粗砂岩2.1，砂砾岩1.3，粉砂岩属不坚固至中等坚固岩石，中砂岩以上属不坚固岩石。三、测量资料及移动参数1、测量资料选择本矿基础控制点三个，并对其检核,在确定各点稳定时,分别向1502采区、2502采区外边界预计不受采动影响的区域布设丁级闭合导线或附和导线，标定设计观测线的控制点。7〃级导线点和观测线控制点的埋设严格按7〃级等级点的要求制造埋设。2、移动参数:设计采用移动参数为初步设计使用和我矿2502-05上工作面观测确定数据。1502采区走向移动角（§）73。，下山移动角（卩）48°,上山移动角（Y）73°,最大下沉角（B）80°，松散层移动角©）45。，下山移动角调整值（△卩）13。,上山移动角调整值（勺）20。，走向移动角调整值（&）20。。2502采区走向移动角⑹60°，下山移动角（卩）55°,上山移动角（y）60°，最大下沉角⑹83°，松散层移动角©45。，下山移动角调整值（△卩）17°,上山移动角调整值（勺）20。，走向移动角调整值（&）20。。四、 观测站的设计1、观测站形式由于本井田内地表为低山丘陵的地貌形态,植被茂密，地形复杂，所以采用主断面观测线，即沿倾向主断面和走向主断面设置两条观测线。2502采区已回采三个工作面，1502采区上部南一采区已回采结束，本采区也已回采9个工作面，采空区均在现回采工作面上山方向，两采区地表均已移动。据此，2502-03工作面沿倾向主断面布置整条观测线，但只在地表未移动的下山方向设置控制点；由于工作面走向较长，且地形复杂，所以走向观测线仅在开切眼一侧布置半条。1502采区各工作面切眼一侧受华亭煤矿开采影响，地表已移动，因此1502-10工作面沿倾向主断面布置整条观测线，但只在地表未移动的下山方向设置控制点；而走向主断面只能在停采线一侧布置半条观测线。2、观测站位置的确定、倾向观测线位置为工作面走向的中分线,同时中分线到停采线的水平距离D1和到开切眼的水平距离D2应满足下式要求,DM7%D2>(Hq—h)ctg(8—A3)+hctgq,式中 H°—采区平均采深 h—松散层厚度；2502-03工作面走向长为1910米，采区平均采深为487米，计算中分线到停采线的水平距离D1全341米,到开切眼的水平距离D22578米,因此能够布置倾向观测线的位置较多，根据地形条件择地建立。1502-10工作面走向长为1423米,采区平均采深为631米,计算中分线到停采线的水平距离D12441米，到停采线的水平距离D22496米，根据地形条件择地建立。、走向观测线位置由倾向观测线与采区上边界的交点到倾向观测线与走向观测线的交点之距离D3确定，而D3为：D3=l/2L]Cosa+H0ctg0,式中 匕一采区的倾斜长a—煤层倾角0—最大下沉角通过计算2502-03工作面D3约为160米，1502-10工作面D3约为l50米。通过作图确定2502-03工作面走向观测线位置为工作面材料顺槽以东160米,方位0°的位置；1502走向观测线位置为1502-10工作面运输顺槽向下150米，方位158°的位置。、观测线的长度根据本矿目前采用移动参数通过计算和作图确定观测线长度，1502采区和2502采区上山方向上部地表已经移动，1502采区切眼一侧受华矿采动影响，2502采区走向长且地形复杂，因此走向观测线布置布置半条，倾向观测线布置整条，但只在下山方向地表稳定处设置控制点。据此1502-10工作面倾向观测线长长为1500米，走向观测线布置在停采线一侧，观测线长为1100米。2502采区走向观测线布置半条，布置在开切眼一侧，长为1200米，布置整条倾向观测线，长为1000米。、观测点点位根据工作面长度和移动参数确定观测点点位和点间距，其中1502采区共布置控制点6个，观测点80个，2502采区共布置控制点6个，观测点70个，各观测线点间距和个数见下表；两采区合计共布置162个点，其中控制点12个，观测点150个。由于条件限制，控制点只设在地表稳定一侧，每条观测线布置3个控制点，点间距50米，观测点间距离为25米，在地形复杂地区或遇陡崖等可放宽点间距。五、地表移动观测站的标定与埋设1、标定的方法利用井田范围内已有的国家级测量控制点和地表移动观测站设计平面图，首先确定倾向观测线上控制点的位置，给出倾向观测线方位，确定走向观测线和倾向观测线的交点，再依设计标出走向观测线方位，最后在走向观测线和倾向观测线的方向上根据点间距依次标定出各观测线上的控制点和观测点的点位。2、测桩的构造及埋设要求测桩使用废旧钻杆，其中一个端头要平整，并刻上十字。埋设时在点位处挖一直径为0.4米、深为0.8米的坑，将测桩用混凝土灌住，将刻十字一端向上，外露0.1米。同时在埋设测桩时，为防止挖坑时点位移动应事先在点位四周适当位置打入四根木桩，用十字交线法保留点位。测导线点、控制点、观测点标设10－15天后，即可进行各个点的平面坐标（7〃级导线测量要求）与高程（三等水准测量的要求）的联测工作。通过联测确定观测站与设站地区的地物、地貌以及井下采区和井巷的相对位置关系。2、采动前和稳定后的观测分别进行两次全面观测，两次观测间隔5〜7天，对两次观测结果进行比较，只有在同一个观测点的高差不大于10mm、同一个点间距之差不大于4mm、同一个观测点支距差不大于30mm时，取两次观测结果的平均值作为观测点的原始数据。3、 地表开始移动的时间和移动稳定时的时间的确定由于1502采区地表已经移动，只确定2502-03工作面地表开始移动的时间，工作面开始回采以后，在工作面开切眼上方的走向观测线上的1〜6号观测点之间进行观测，每隔3〜7天进行一次高程测量，当其中某一观测点累计下沉量达到10mm时，即认为地表已开始移动，此时间作为地表开始移动的时间。工作面回采结束的时间只确定1502-11工作面回采结束的时间,在工作面停采线上方走向观测线上的1〜13号观测点之间进行观测，每隔1个月进行一次观测，直到观测点在6个月内累计下沉值小于30mm时，即为地表移动结束，取最后一次观测的时间为地表移动稳定的时间。4、 各观测点高程、点间距离、支距的测量方法从地表开始移动时进行全面观测，全面观测至少要进行四次，时间间隔由下式确定:T=H0/6C式中T—观测的时间间隔,d(日); H0—平均采深,m;C—回采工作面的推进速度,m/d;计算1502每个工作面观测的时间间隔为12天，2502-03工作面观测的时间在工作面推采后另行确定。、测角方法及限差实地测量采用索佳全站仪应用方向观测法，附和导线必须进行往返测量，对中一次二个测回，测角中误差为15〃，方位角闭合差±20心一(n为测站数)。其它限差和方法按《煤矿测量规程》要求进行。、高程测量、距离测量因砚北矿区地处丘岭地区，水准测量很难满足工程的需要。因此在整个测量过程中均采用三角测量高程。高程测量、距离测量与测角同时进行，取其往返测量的平均值。往返测量高差之互差允许值△h(mm)=8+0.1L(L为两观测点之间的水平距离，单位：米)；点与点之间的距离测量，往返测量不得少于4次，互差不得超过2mm。、支距计算支距指的是观测点偏离观测线方向的垂直距离。可由外业测得的角值及距离计算求得。七、 勘查观测的内容1、 主要进行控制点及观测点高程测量、点间距测量、支距测量;2、 地表裂缝及台阶状塌陷形成的时间、延展方向、形状、宽度、深度、台阶落差;3、 各种建筑物的破坏形态、