綜放工作面地表巖移規(guī)律實(shí)測研究

摘 要：通過布置控制網(wǎng)及剖面線狀觀測線，對綜放工作面地表巖移情況進(jìn)行了現(xiàn)場實(shí)測和分析，并對地表移動相關(guān)特性參數(shù)進(jìn)行了進(jìn)一步的分析研究，得出了工作面走向及傾向測線上測點(diǎn)的移動曲線，并確定了起動距、超前影響距等相關(guān)重要參數(shù)。

關(guān)鍵詞：地表巖移；現(xiàn)場實(shí)測；特性參數(shù)

引言

我國煤炭資源儲量豐富，煤炭在我國的能源儲備中占有重要的地位[1]。近年來，隨著國家社會和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，國家對基礎(chǔ)能源的需求量不斷加大，對煤炭資源的開發(fā)力度也在不斷提高，然而隨著大量的煤炭資源從地下采出，所引起的地表沉陷及采動損害問題日益突出[2][3]，這些問題的出現(xiàn)不僅對礦區(qū)地表及生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞，而且嚴(yán)重影響了礦區(qū)乃至社會工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展[4]。趙莊二號井為新建礦井，尚未摸索總結(jié)出本礦地表移動的規(guī)律，為準(zhǔn)確掌握工作面回采后地表移動規(guī)律及各種技術(shù)參數(shù)，我礦針對1304工作面進(jìn)行了一次系統(tǒng)的地表移動觀測，取得了巖層移動的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，為礦井日后采掘設(shè)計及保安煤柱留設(shè)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 工程概況

1304工作面走向長：579.2m（切幫-停采線）；工作面傾斜長：145.8m（幫-幫）；采用放頂煤一次采全高，開采煤層為3#煤層， 本工作面采用三巷布置。工作面巷道布置如圖1所示。

2 現(xiàn)場觀測方案及測點(diǎn)布置

2.1 控制網(wǎng)的布設(shè)和觀測

通過查閱國內(nèi)外相關(guān)資料，并結(jié)合工作面井上下位置關(guān)系等實(shí)際情況，在1304工作面相應(yīng)地表位置共布設(shè)10個控制點(diǎn)組成控制網(wǎng)，其中控制點(diǎn)包括：F1、F2、F3三個已知控制點(diǎn)；K1、K2、Q1、Q2、AI2五個加設(shè)控制點(diǎn)；L1、L2兩個臨時控制點(diǎn)。控制網(wǎng)布置圖如圖2所示。

2.2 測點(diǎn)的布置與實(shí)施

本次觀測過程中主要采用剖面線狀觀測站，擬布置三條測線，即布置1條走向主斷面觀測線，布置1條傾斜主斷面觀測線和半條傾向觀測線，設(shè)計走向觀測線和傾斜觀測線互相垂直，并且在地表移動盆地的主斷面上，并保證觀測線的長度兩端（半條觀測線時為一端）超出采動影響范圍，以便建立觀測線控制點(diǎn)和確定采動影響邊緣。

根據(jù)工作面觀測線的設(shè)計要求，在工作面上方平行于工作面方向布置1.5條傾斜觀測線，分別位于工作面開切眼前方120m處的半條傾斜測線AII和工作面開切眼前方240m處的整條傾斜測線AI；沿工作面走向布置1條觀測線B，其中半條傾向觀測線AII長300m，共布置了11個測點(diǎn)為AII1，AII2 …… AII11，相鄰兩個測點(diǎn)間距為30m；整條傾向測線AI長750m，共布置34個觀測點(diǎn)為AI1，AI2 …… AI26，從AI4到AI8之間每隔10m用木樁進(jìn)行加密，相鄰測點(diǎn)間距同樣為30m；走向測線B總長度為940m，測點(diǎn)編號為B1、B2……B33，為了能夠更精確的確定移動邊界范圍，端頭測點(diǎn)布置較為密集， B1～B2間距約為5m，B3～B33相鄰測點(diǎn)間距為30m，其中B3～B7間每隔10m用木樁進(jìn)行加密。走向測線上的B13、B17分別與傾向線上的AII1、AI14重合。具體的測線及測點(diǎn)布置圖如圖3所示。

3 觀測結(jié)果分析

3.1 地表移動觀測結(jié)果與分析

在工作面推進(jìn)過程中，采用全站儀及水準(zhǔn)儀定期對測點(diǎn)進(jìn)行全面觀測，并對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，繪制出地表移動變形曲線，走向觀測線上測點(diǎn)移動曲線如圖4所示，傾向觀測線上測點(diǎn)移動曲線如圖5所示。

由圖4可以看出，隨著工作面的推進(jìn)，下沉值及下沉范圍逐漸增大，由于受地形的影響，下沉曲線與平地不同，工作面達(dá)到超充分采動時，并未形成與平地開采條件下類似移動盆地，盆地隨著工作面推進(jìn)而出現(xiàn)凹凸變化，同時下沉最大值滯后停采線110m左右（即位于移動邊界附近），并未出現(xiàn)在移動盆地的中央；隨著工作面推進(jìn)，水平移動及水平移動范圍也逐漸增大，由于受地形的影響，山坡產(chǎn)生滑移，增大了指向下坡方向的水平移動，從而使采空區(qū)上方出現(xiàn)較大的水平移動，然而位于盆地中部的部分測點(diǎn)并未出現(xiàn)“C”型或“S”型的運(yùn)動軌跡，使得這些測點(diǎn)未能閉合，即傾斜曲線上零點(diǎn)平移不太明顯，與平地開采引起的地表移動存在差異。

由圖5中（1）、（2）可以看出，隨著工作面推進(jìn)，工作面傾向測線上測點(diǎn)的下沉值和下沉范圍逐漸增大，但下沉點(diǎn)的位置不變，下沉分布規(guī)律不變，與一般平地的下沉分布規(guī)律相同，但最大下沉點(diǎn)并不在下山方向而稍微偏向上山方向，這是由于移動盆地未達(dá)到從分采動，巖層未充分跨落。由圖5中（3）、（4）可以看出，隨著工作面推進(jìn)，傾向測線上測點(diǎn)的水平移動和范圍也在逐漸增大，但最大水平移動點(diǎn)的位置不變，分布規(guī)律不變。由于受地形和巖層性質(zhì)的影響，最大水平移動點(diǎn)的位置偏向上山方向，與一般平地存在差異，水平移動曲線相對于采空區(qū)中央不對稱，與一般平地的分布規(guī)律存在較大的差異。

3.2 地表移動參數(shù)分析與確定

在地表移動盆地走向主斷面上，工作面由開切眼推進(jìn)一定距離后，巖層移動才逐漸開始波及至地表，通常把地表開始移動（下沉為10mm）時工作面推進(jìn)距離稱為起動距，主要和開采深度、老頂初次來壓步距等因素有關(guān)，根據(jù)測點(diǎn)的沉降值進(jìn)行分析，2011年5月29日工作面共推進(jìn)128.47m，測點(diǎn)B14下沉值接近10mm，平均為10.1mm，而工作面的平均采深H0為443m，則觀測區(qū)域內(nèi)地表沉降起動距為0.29H0。

工作面推進(jìn)前方地表下沉盆地主斷面上，下沉10mm的點(diǎn)至當(dāng)時推進(jìn)工作面的連線與水平線在煤柱一側(cè)的夾角稱為超前影響角，該點(diǎn)到工作面的水平距離稱為超前影響距，分別以B22、B23、B24、B25、B26、B27為例進(jìn)行分析，得出工作面推進(jìn)過程中，各測點(diǎn)超前影響距及超前影響角統(tǒng)計如表1所示。

根據(jù)實(shí)測結(jié)果，2011年8月5日，工作面累計推進(jìn)283.65m，然而走向觀測線第B15號測點(diǎn)距離開切眼103.65m，則最大下沉速度點(diǎn)滯后回采工作面180m，即最大下沉速度滯后距為103.65m，計算可得最大下沉速度滯后角為76.8°。

除此之外，主要影響半徑也是一個重要的影響參數(shù)，其主要是指地表移動值和變形值發(fā)生的范圍，是地表移動變形預(yù)測和反映移動盆地橫向發(fā)育的一個重要參數(shù)，根據(jù)實(shí)測可知走向觀測線方向的最大傾斜值為14mm/m，最大下沉值為1809mm；傾向觀測線方向的的最大傾斜值為12.4mm/m，最大下沉值為1480mm，由公式可以算出，走向方向的主要影響半徑為129.2m，傾向方向的主要影響半徑為119.4m。

4 結(jié)束語

4.1 從走向測點(diǎn)觀測可知，隨著工作面的推進(jìn)，下沉值、下沉范圍、水平移動值及水平移動范圍均逐漸增大，但主要由于受地形因素的影響，下沉曲線與平地有所差異。

4.2 從傾向測點(diǎn)觀測可知，隨著工作面推進(jìn)，下沉值、下沉范圍、水平移動值及水平移動范圍都在不斷增大，但最大下沉點(diǎn)及水平移動點(diǎn)位置不變，下沉曲線與一般平地的下沉分布規(guī)律相同，水平移動曲線與一般平地的分布規(guī)律存在較大的差異。

4.3 進(jìn)一步的分析確定了觀測區(qū)域內(nèi)地表沉降起動距為0.24H0，約為107.7m；平均超前影響距約為99.1m，平均超前影響角約為77.4°；最大下沉速度滯后距為103.65m，最大下沉速度滯后角為76.8°；走向及傾向方向的主要影響半徑分別為129.2m、119.4m。

參考文獻(xiàn)

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