王庄煤矿综放开采地表移动与覆岩破坏规律研究

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tg

β影响传播角系数K

水平移动系数b

0178

0111H

215

013

0126

表2　岩层移动的边界角、移动角

边界角(°

)移动角(°

)β0

γ0

β

γ

64

61

68

70

312　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。

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4第3期2009年6月 矿　山　测　量M I N E S URVEYI N G

No 13

Jun 12009

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:

V max =K

C

H 0

W max 式中:K ———下沉速度系数,取1192;

C ———工作面推进速度(m /d );

H 0———工作面平均采深(m );W max ———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tg

β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:

H li =20122

M n

+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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4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