刀柱復(fù)采工作面地表移動(dòng)塌陷規(guī)律分析

時(shí)昌鵬

(山西蘭花集團(tuán)莒山煤礦有限公司,山西晉城 048002)

刀柱復(fù)采工作面地表移動(dòng)塌陷規(guī)律分析

時(shí)昌鵬

(山西蘭花集團(tuán)莒山煤礦有限公司,山西晉城 048002)

通過(guò)對(duì)刀柱復(fù)采工作面地表地形、地物,在回采過(guò)程中的移動(dòng)、變形、塌陷的實(shí)測(cè),分析總結(jié)了刀柱復(fù)采工作面地表地形地物在不同跨煤柱地質(zhì)條件下的移動(dòng)、變形、塌陷規(guī)律,以便工作面開(kāi)采時(shí)留設(shè)合理的保安煤柱,促進(jìn)工作面的安全高效生產(chǎn)。

刀柱復(fù)采;跨煤柱;移動(dòng)規(guī)律

1 工作面概況

1.1 地質(zhì)概況

莒山煤礦 F108工作面位于復(fù)一采區(qū)左翼,工作面采用與原上層刀柱工作面內(nèi)錯(cuò)布置,平均采深100m,東面為采區(qū)運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷,西面為原一采區(qū) (已采),南面為礦 +760m水平運(yùn)輸大巷保安煤柱,北面為 F106工作面 (已采),煤柱 30m; F203工作面位于復(fù)二采區(qū)右翼,工作面采用跨越原上層刀柱工作面間 15m隔離煤柱布置,平均采深 105m,東面為采區(qū)隔離煤柱、西面為采區(qū)回風(fēng)巷、運(yùn)輸巷,北面為原 409工作面 (上層已采),南面為原 407工作面 (上層已采)。

兩工作面兩巷均采用 12號(hào)礦工鋼棚支護(hù),上分層采用倉(cāng)房刀柱式回采,采高 2.8～3.0m,頂板巖石堅(jiān)固性系數(shù) f=2～3。黃士層厚度 25～36m;煤層傾角 3～5°,工作面呈單斜構(gòu)造,在兩工作面中部均有一向斜構(gòu)造。圖 1為 F108工作面平面位置 (內(nèi)錯(cuò)式布置),圖 2為 F203工作面平面位置圖 (跨工作面布置)。兩工作面地表大多為農(nóng)田、山坡,F108工作面地表有一寬度為 3.0m的小路, F203工作面地表有 2趟供電線桿。

1.2 工作面生產(chǎn)技術(shù)條件與開(kāi)采設(shè)備

圖 1 F108工作面平面位置 (內(nèi)錯(cuò)式布置)

F108工作面走向長(zhǎng) 356.7m,傾斜長(zhǎng) 83.2m,可采高度 2.8m;F203工作面走向長(zhǎng) 362.3m,傾斜長(zhǎng) 81.5m,可采高度 2.8m,工作面中部跨上層刀柱工作面隔離煤柱,隔離煤柱寬度 15m。兩工作面采用走向長(zhǎng)壁、傾斜分層、留頂煤綜合機(jī)械化的采煤方法,采煤機(jī)為MG150/375-W型,液壓支架為 ZZS3800/1550/2500型支撐掩護(hù)式,工作面刮板輸送機(jī)為 SGZ630/180型,工作面最大控頂距4.5m,最小控頂距 3.9m;采用自然垮落與強(qiáng)制放頂相結(jié)合控制頂板,工作面實(shí)際采高 2.4m。

2 觀測(cè)情況

2.1 觀測(cè)內(nèi)容及方法

圖 2 F203工作面平面位置 (跨工作面布置)

沿兩工作面走向斷面設(shè)置 1條移動(dòng)觀測(cè)線,傾向斷面設(shè)置 2條移動(dòng)觀測(cè)線,走向觀測(cè)線長(zhǎng) 424m,沿工作面傾向長(zhǎng)的中分線共設(shè) 40個(gè)點(diǎn)。傾向觀測(cè)線長(zhǎng)度200m,沿工作面傾向距切眼75m共設(shè)18個(gè)點(diǎn)。并在每條觀測(cè)線兩端各設(shè) 1個(gè)控制點(diǎn),各觀測(cè)點(diǎn)間距10m。

每個(gè)點(diǎn)位由木樁標(biāo)定,加木樁交線法進(jìn)行保護(hù),利用全站儀對(duì)地表移動(dòng)過(guò)程進(jìn)行全面觀測(cè)。

2.2 F108工作面地表移動(dòng)

工作面平均推進(jìn) 2.4m/d。回采過(guò)程中每天觀測(cè) 1次;停采后 2個(gè)月內(nèi)每 3d觀測(cè) 1次,3～6個(gè)月每 10d觀測(cè) 1次,觀測(cè)結(jié)果如下:

(1)工作面推進(jìn)至 18m處時(shí),工作面地表初次移動(dòng)。

(2)工作面回采至距工作面中心 56m時(shí),走向剖面地表下沉值達(dá)到最大值 3.6m;回采過(guò)程中工作面傾向剖面地表下沉值均在工作面中部,最大值為3.1m。

(3)工作面地表移動(dòng)超前影響距在回采經(jīng)過(guò)工作面中心后,達(dá)到穩(wěn)定值 50～55m。

(4)停采后 1.5個(gè)月地表移動(dòng)停止,地表盆地形狀為平底盆形。

(5)地表走向方向移動(dòng)范圍:兩側(cè)各超出工作面 33m;傾向方向移動(dòng)范圍:兩側(cè)分別超出工作面10～15m。

(6)地表公路的變形情況:工作面推進(jìn) 21m時(shí)公路出現(xiàn)寬度 10mm的裂縫,推進(jìn) 40m時(shí)裂縫寬度增至 50mm,推進(jìn) 57m時(shí)公路北邊發(fā)生傾斜,最大傾斜值達(dá) 150mm,推進(jìn) 102m時(shí)公路中間裂縫達(dá) 100mm,推進(jìn) 123m時(shí)公路中間裂縫達(dá) 150mm,此寬度保持至工作面地表移動(dòng)結(jié)束時(shí)無(wú)任何變化。

2.3 F203工作面地表移動(dòng)情況

工作面平均推進(jìn) 1.8m/d。回采過(guò)程中每天觀測(cè) 1次;停采后 2個(gè)月內(nèi)每 3d觀測(cè) 1次,3～6個(gè)月每 10d觀測(cè) 1次,觀測(cè)結(jié)果如下:

(1)工作面推進(jìn)至 35m處時(shí),工作面地表初次移動(dòng)。

(2)工作面回采經(jīng)過(guò)工作面中心 32m時(shí),走向剖面地表下沉值達(dá)到最大值 2.7m;回采過(guò)程中工作面傾向剖面地表下沉值均在工作面中部,最大值為2.1m。

(3)工作面地表移動(dòng)超前影響距在回采經(jīng)過(guò)工作面中心 34m后,達(dá)到穩(wěn)定值 42～56m。

(4)停采后 3個(gè)月地表移動(dòng)停止,地表盆地形狀為平底盆形。

(5)地表走向方向移動(dòng)范圍:采空區(qū)側(cè)超出工作面 21m,煤柱側(cè)超出工作面 41m;傾向方向移動(dòng)范圍:兩側(cè)各超出工作面 41m和 45m。

2.4 觀測(cè)結(jié)果比較

復(fù)采工作面與正規(guī)分層長(zhǎng)壁工作面地表移動(dòng)參數(shù)比較如表 1。復(fù)采工作面地表移動(dòng)盆地主斷面如圖3。

表1 地表移動(dòng)參數(shù)比較

圖 3 復(fù)采工作面地表移動(dòng)盆地主斷面

3 工作面地表移動(dòng)、變形、塌陷規(guī)律及特點(diǎn)

(1)工作面地表移動(dòng)塌陷速度、強(qiáng)度受工作面上覆巖層厚度影響較大 當(dāng)工作面埋深較淺時(shí)(小于 50m),地表移動(dòng)下沉速度大,有時(shí)達(dá)到0.5m/h;地表移動(dòng)塌陷較強(qiáng)烈,出現(xiàn)較大錯(cuò)臺(tái)階下沉,變形裂縫寬度達(dá) 0.5～0.8m。當(dāng)工作面埋深較深時(shí) (大于 100m),地表移動(dòng)下沉速度減緩,最大 0.2m/h;地表移動(dòng)塌陷為盆地式緩慢下沉,地表變形裂縫不明顯,有時(shí)寬度達(dá) 0.1～0.3m。

(2)工作面地表移動(dòng)塌陷有超前性 當(dāng)工作面過(guò)煤柱開(kāi)采時(shí),本煤柱上方地表隨煤柱的破壞而及時(shí)出現(xiàn)下沉變形,同時(shí)下沉移動(dòng)范圍波及到前方下一煤柱,一般移動(dòng)超前工作面 15～20m。

(3)工作面地表移動(dòng)塌陷深度具有疊加性上層采用刀柱回采后,由于遺留煤柱的支撐,上覆巖層雖經(jīng)歷過(guò)冒落、裂縫、彎曲、離層和下沉等移動(dòng)變形,但基本頂?shù)恼w強(qiáng)度未被破壞,上覆巖層未充分垮落實(shí)在;當(dāng)二次大面積采動(dòng)時(shí),前次開(kāi)采時(shí)巖層內(nèi)產(chǎn)生的離層裂隙減小、閉合,而本次開(kāi)采由于巖層變“軟”,頂板離層裂隙隨自重逐漸減小、消失;又由于工作面采深大,冒落的巖石所承受的壓力大,而逐漸被壓實(shí),地表下沉量有所增加。所以,工作面地表下沉值比工作面的采高要大0.3～0.8m。

(4)工作面地表移動(dòng)塌陷范圍受刀柱隔離煤柱的位置影響較大 跨隔離煤柱式較內(nèi)錯(cuò)式工作面在上、下山方向移動(dòng)范圍大,主要原因在于回采過(guò)程中跨隔離煤柱工作面兩側(cè)無(wú)隔離煤柱支撐作用,加之工作面中部隔離煤柱向兩側(cè)分散傳遞巖層壓力,使工作面兩側(cè)受采動(dòng)影響冒落充分,傾斜變形范圍較大。

(5)工作面地表移動(dòng)速度在過(guò)煤柱時(shí)的影響較大 進(jìn)入刀柱煤柱 3.0m后因受前方煤柱支撐影響,工作面地表移動(dòng)速度明顯減小,持續(xù)至工作面推出煤柱 5～7m時(shí),由于煤柱上方頂板已全部垮落,地表移動(dòng)速度值方能恢復(fù)正常。通過(guò)觀測(cè),刀柱煤柱寬度在 10～30m時(shí)呈現(xiàn)出以上規(guī)律,煤柱寬度過(guò)小或過(guò)大時(shí),地表移動(dòng)速度變化不明顯。

由以上 2工作面移動(dòng)參數(shù)比較分析可看出:

(1)復(fù)采工作面的地表移動(dòng)角、充分采動(dòng)角、最大下沉角、主要影響半徑、拐點(diǎn)偏移距均比正規(guī)分層長(zhǎng)壁工作面小。

(2)復(fù)采工作面的下沉系數(shù)比正規(guī)分層長(zhǎng)壁工作面要大。由此可知,復(fù)采工作面的地表移動(dòng)受采動(dòng)影響更大,移動(dòng)更充分。

4 結(jié)論

(1)根據(jù)復(fù)采工作面地表移動(dòng)啟動(dòng)距和移動(dòng)步距,可知復(fù)采工作面頂板和上覆巖層壓力波及的超前距離,進(jìn)而確定出工作面兩巷最大超前支護(hù)距離,并在跨煤柱過(guò)程中加強(qiáng)兩巷支護(hù)強(qiáng)度,提高超前支護(hù)效果,增加工作面回采的安全性。

(2)復(fù)采工作面過(guò)煤柱時(shí)提前對(duì)刀柱煤柱上方頂板進(jìn)行預(yù)爆破,以減小頂板及上覆巖層壓力,減少頂板離層裂隙,避免煤柱上方頂板沖擊來(lái)壓,使地表移動(dòng)更穩(wěn)定、充分,從而更有效地促進(jìn)工作面的安全回采。

(3)通過(guò)對(duì)主斷面測(cè)線的布設(shè)和觀測(cè)、計(jì)算、分析,取得了適合本礦井的地表移動(dòng)參數(shù)及規(guī)律,為今后的“三下”工作面開(kāi)采設(shè)計(jì)提供了有效的科學(xué)依據(jù)。

(4)以這些成果為依據(jù),即可及時(shí)預(yù)警塌陷強(qiáng)度和破壞程度,因地制宜地采取工程措施,防患于未然。并對(duì)合理開(kāi)發(fā)、充分利用國(guó)家資源、延長(zhǎng)礦井壽命,挖掘現(xiàn)有礦井潛力具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

[責(zé)任編輯:鄒正立]

SurfaceM ovement and Subsidence Rule ofW edge-pillar SecondaryM in ing Face

SH IChang-peng

(Jushan CoalMine Co.,Ltd,ShanxiLanhua Group,Jincheng 048002,China)

The paper analyzed and concluded surface movement,defor mation and subsidence rule under different pillar conditions by the observation of surface movement,deformation and subsidence ofwedge-pillar secondarymining face.Resultsmight provide reference for rational coal-pillar designing and miningwith safety and high efficiency.

wedge-pillar secondarymining;across pillar;movement rule

TD325

A

1006-6225(2010)06-0093-03

2010-01-17

時(shí)昌鵬 (1983-),男,山西澤州人,工程師,現(xiàn)任莒山煤礦生產(chǎn)技術(shù)科科長(zhǎng)。