阳泉矿区8403采空区地面变形监测报告

二矿8403放顶煤综采工作面

地表移动观测资料初步分析摘要：本文对地矿9403放顶煤综采工作面地表移动观测站的资料进行了分析，初步认识了综放工作面地表移动的若干特点。0引言1980年阳泉矿务局首次采用放顶煤综采（以下简称放）对15#煤层一次采全高，是厚煤层开采工工艺的重大改革，它已成都市为我局开采15#煤层的主要工艺。过去，我局对普采后工作面已积累了比较丰富的地表移动观测资料，而对综放工作面回采后地表移动的特点尚未掌握，为此，于1989年曾在一矿8605试采面上方布置了第一个综放工作面地表观测站，因工作面宽度过小，煤层开采深度过大而观测未获得有意义的成果，于是特设本站。根据本观测站的具体条件，设置本站计划取得以下参数和有关情况的认识：a有关地表移动和变形的参数；b山区地形对地表移动的影响；c15#煤层上部煤层多次重复采动后对地表移动的影响；d地表破坏情况。1观测站及工作面地质采煤条件1.1观测站布置观测站位于大、小南沟河谷之间的露风梁下，南山村西北，石太铁路以南。由两条与工作面走向，倾斜各自平行的主观测线和两条交叉辅助观测线组成。平行于工作成走向（岩层倾向）的主观测线长677m，设测点33个；倾斜主观测线长403m设测点17个。另外，加设交叉辅助观测线2条，设测点17个。观测站布置见附图1.2地面岩层和地形地面大部分裸露。出露岩层为二叠系下石盒子组砂质页岩为主，数层砂岩多呈断崖；少部分被第四纪黄土和松散风化层覆盖。观测区位于山梁下，东西两侧地形坡度最大分别为260和2001.3工作面位于西丈八井四采区中部，南侧8402工作面，分东西两个面回采。西部上层于1987年11月—1990年7月回采；东部上层于1988年12月—1989年4月回采，中层于1990年2月一9月回采。北侧8404工作面，观测期间尚未回采。西侧是大南沟村及风机房保护煤柱，东侧是采区上山煤柱。15#煤层开采深度280m—320m、上覆岩层：石灰岩占5.7%、页岩占21.1%、砂质页岩占23.4%、砂岩占41.9%,煤占7.9%（可采煤层已回采）。地表少部分第四纪黄土和风化松散层厚0—10m左右。上部各可采煤层的回采情况见表1。表1煤层编号采厚（m）层间距（m）回米时间采煤方法3#8#9#12#L L F v5 00 3 乙0 3 7 25111211957一19631971一19741974一19791976一1987长壁刀柱长壁长壁注：12# 15#煤层层距45m。以观测线各点的初始高程与1955年12月所测的比例尺为1:2000地形图上的高程比较得：在3#、9#、12#采空区上方的测点，平均下沉1.57m,最大下沉4.3m;在3#、9#、12#、采空区上方的测点，平均下沉2.29m，最大下沉6.8m。工作面内褶曲发育,褶曲构造翼部派生的小型断裂构造亦较发育,煤层起伏频繁，倾角一般4。-9。，最大达28°。观测区内中部为一背斜，轴向近NS向，同工作面走向成正交。煤层总厚度6.26〜7.2m,平均厚度7.06m。使用FD-440-1.75/2.60型放顶煤液压支架进行回采，割煤高度2.2〜2.4m，放顶煤高b度3.6m左右，实际平均采高5.96m，由于采煤工艺的特殊性，切割巷外边界向里21m，进回风顺槽外边界向里8.5m的条带不放顶煤，实际采高只2.2〜2.4m。地表移动变形采动程度工作面采深310m，采空区走向长1126m，倾斜长144m。根据矿区预计参数,tg0=2.3,S=0.12H,估算其采动程度：r=H/tg0得r=135m，S=-37m。计算得L=2X(r+S)=344m。0走向方向：L/L=3.3，倾斜方向：L/L=0.42o00走向方向为充分采动，倾斜方向为非充分采动。因此，本工作面为单位充分采动。下沉系数实测下沉率实测62#点为最大下沉点，下沉量W=3258mm，平均实际采厚M=5.96m，实测max下沉率q'=0.55。充分采动的下沉系数62#点不在主观测线上，未测得水平移动量。接近该点的33#点，顺走向水平移动量U=1342mm，顺倾斜水平移动量U=289mm，总水平移动量U二(13422+2892)xy01/2=1373mm，该处地表平均坡度14。，tg14o=0.25。考虑到12#煤层以上覆岩已多次重复采动，走向方向充分采动，倾斜方向拐点偏移距按实测走向数据S=-25m，tg0=2.3(初采和重采的中数)计算充分采动的下沉系数q，L=94m，r=132.6m,L/r=0.71。u以0.71为引数查表得C0=0.63,yq=(W-Utg(a))/(MCo)maxo Y=(3258-1373X0.25)/(5960X0.63)=0.78。计及地表滑移附加下沉值W=1373Xtg140=343mm，0附加下沉系数q=W/M343/5960=0.06,0计及地表滑移的下沉系数q=0.78+0.06=0.84。s上部各煤层采后的综合下沉系数根据观测线的初始高程同3#煤未采动前所测地形图高程比较，得3#、9#、12#三层煤采后的下沉系数q=4.3/5.5=0.78；3#、8#(刀柱)；9#、12#四层煤采后的下沉系数q=6.8/8.9=0.76。所得结果尽管精度不太高，但仍不失为宝贵的参考资料。下沉系数比矿区综合分析成果(以下简称区综)0.72偏大，系多层重复采动产生的冒落带、裂缝带裂隙率增大，经上覆岩层再次压实所致。2.3水平移动系数b330点为最大水平移动点，移动量1373mm，其位置在下沉盆地底部，这是不符合一般的地表移动规律的，该点的水平移动纯属地表倾斜引起的，因此，不能作为分析一般水平移动系数的依据。根据地表移动规律,水平移动系数b应按拐点处的最大水平移动量计算，走向、倾斜方向的水平移动系数b分别为：b=U,smaxW=1014/3258=0.31；maxb=933/3258=0.29。尽管本面采动程度很不充分，但水平移动系数b比区综成果0.22却大得多。其主要原因是，综放面边界一定宽度内不放顶煤，地面点要向全采高方向移动，其水平分量变大。这是综放面采煤工艺特殊性导致地表移动规律变化的一个显著特点。其次重复采动也是影响因素。2.4超前影响角①以垂直移动10mm的点为标准，1990年10月10日，29。点下沉量为11毫米，此时超前影响距为124m,深度为298m，超前影响角e=67.4°(要工作面月推进速度60m)。接近于区综成果70。±3。的下限。2.5边界角和移动角因本站煤层倾角小于80，且走向变化较大，故不考虑移动角在不同方向上的差别。2.5.1边界角走向观测线："=64.2。u倾斜观测线：<5=56.20u同区综成果650比较，走向线的边界角接近，倾斜线的边界角小于8.80。有必要说明，走向观测线西段，地面坡度200，其倾向与采向相反，在64.2边界角圈定的范围外175m之内，地表产生滑移，多数点垂直上升超过10mm，但各种变形值均无未超过确定移动角的临界值。滑移边界角340。2.5.2移动角走向线的移动角"=69.10，倾斜线的移动角5=68.80，二者基本一致，平均为690。移动角比煤层近水平条件下的区综成果5="=Y=720小30,对应于区综成果的深厚比为50—60,而本站深厚比为52，深厚比相近，移动角减小，是上部各煤层重复采动覆岩弱化的结果。2.6主要影响角正切tg"走向：r。W/T=3258/30.59=106.5mgmaxmaxtg"=H3/r0=315/106.5=2.96；g倾斜：r=3258/37.70=86.2gtg"=305/86.2=3.54走向方向为充分采动,其结果可近似地看作为本部条件下的参数,比双向充分采动的参数要大。2.7拐点偏移距S走向：S=-25m,S=-25/(315H)=-0.08H;3 3 3 3倾斜：S=-18m,S=-18/(305H)=-0.06H;2 2 2 2根据细则，当工作面宽深比K>1时,S=0.07H,K=0.8—0.4时,S=0.03H。本站K值只0・46，而偏移系数比0.03H大得多。其所以增大，是因为该综放面初采时切割巷外边界里21m、顺槽巷外边界里8.5米只割煤不放煤，这部分顶煤冒落后，支撑顶板不能充分冒落压实,导致拐点向采空区方向偏移。这是综采工工艺特殊性导致地表移动规律变化的又一个特点。本站的资料与“三个规程”的数据相近。即S=(0.12±0.03)H(100<H<300m)o2.8地表移动延续时间最大下沉点62#深度285m，深厚比285/5.96=4&下沉量3253mm,工作面采至该点下方时间是1991年2月5日，此时该点下沉量362mm,为最大下沉量的11%。次大下沉点33#深度295米，深厚比295/5.96=49.5,下沉量3132mm。工作面采至该点下方时间是1991年1月28日，此时该点下沉量370mm，为最大下沉量的12%。以上两点垂直移动过程见表2表2观测日期下沉量（mm）间隔天数阶段下沉量（mm）月下沉量（mm）62#33#62#33#62#33#90.10.100058404790.12.740473311116910115491.1.91512162610430021234691.2.43355162875487380893591.3.41089138935163213201399113491.4.8272127095847236424418891.6.531933073443738252691.7.193230311110517144.94.091.11.1324731251251172.61.792.3.532583132规程规定，地表垂直移动可划分为三个阶段：初始期-从地表下沉10mm开始至每月下沉不大于50mm；活跃期-每月下沉大于50mm;衰退期-活跃期后由每月下沉50mm直至六个月内的下沉量不超过30mm时为止，移动停止的时间以六个月内下沉不超过30mm为标准。按以上划分标准，对表2的数据整理后可得：总移动期为9.7个月（292天），其中初始期为0，可能与观测时间间隔较大，难以划分有关活跃期为7个月（210天）衰退期为2.7个月（82天），活跃期约占总移动期的72%，衰退期约占总移动期的20%，两个阶段的下沉量分别占最大下沉量的98.4和1.6%；根据区综成果计算，在该站的具体条件下，总的移动期为11.2个月（337天），下限为9.2个月（275天），实际移动期与其下限相近。地表裂缝和破坏情况综放工作面回采后，地表裂缝和地面破坏情况明显较分层回采严重。在距切割巷400m的范围内，出现主要裂缝15条，裂缝密度（含较小裂缝）最大4条/m。总的来看地表裂缝有以下四种类型：基岩节理追踪型采空区上方位于切割巷160〜380米范围内的基岩出露区。呈NE和NW两组方向的“X”裂缝，其产生是追踪地表岩层节理弱面开裂的。NE向为主，最长者240m,最宽1.3m；NW向次之，最长者60m，密度也较小。与采空区边界或采线平行型这种裂缝最长者160m，最宽1m。山梁张裂型主要有两条：一条距切割巷10〜60m,方向NNE,全长150m，以采空区进回风顺槽为界，宽度1m；另一条在采空区北界外10〜50m,方向NEE；长度110m，宽度0.1m。重力滑移型这种裂缝多出现在松散层覆盖的破面上，裂缝方向与地形等高线近于平行。在未设观测线的小南沟西坡上出现100余米长，2.5m宽，可直接量测深度近10m的大裂缝，因地表被裂缝切割的支离破碎，冲积层堆积的山坡出现小面积滑坡,梯田地堾坍塌多处。对综放面地表移动特点的初步认识本站属山区多煤层重复采动后，综放工作面地表移动观测站。其观测成果必然受山区、重复采动和厚煤层一次采全高等三方面特殊因素的综合制约。综观以上各项分析结果，对本站地表移动的特点初步认识如下：4.13#、8#、9#和12#四层煤回采产生的多层冒落带、裂缝带已使12#煤层以上的覆岩弱化，加之采高增大，从而导致15#煤层回采后地表下沉系数、动静态移动范围和下沉速度增大。超前影响角，边界角和移动角减少。4.2放顶煤综采工艺的特殊-采空区周边一定宽度不采全高。覆岩冒落不充分压实和不均衡从而导致拐点偏移距和水平移动系数增大。放顶煤综采的一次采全高，导致地表的各种变形值均较分层开采时增大，在本站的具体条件下，各种变形的最大值如下：倾斜T=