程莊煤礦2305工作面開采沉陷觀測站設(shè)計(jì)

寧永香

（山西工程技術(shù)學(xué)院，山西陽泉 045000）

程莊煤礦2305工作面開采沉陷觀測站設(shè)計(jì)

寧永香

（山西工程技術(shù)學(xué)院，山西陽泉 045000）

礦山開采會(huì)引起巖層和地表移動(dòng)，其是由復(fù)雜的地質(zhì)采礦因素綜合影響的結(jié)果，在采空區(qū)上方建立開采沉陷觀測站進(jìn)行實(shí)地觀測是獲取巖移規(guī)律的主要手段。本文以程莊煤礦2305工作面建立開采沉陷觀測站為例，詳細(xì)地論述設(shè)立地表移動(dòng)觀測站的要點(diǎn)及步驟。

開采沉陷；觀測站；地表移動(dòng)；設(shè)計(jì)

程莊礦井“建（構(gòu)）筑物”下壓煤甚多，浪費(fèi)了大量資源，縮短了礦井的服務(wù)年限。所以，如何解決壓煤問題是程莊礦井的當(dāng)務(wù)之急，必須盡快解決。由于程莊礦井遠(yuǎn)離老區(qū)，井田的地質(zhì)地貌條件不同于老礦，差距明顯，所以老礦的一些地表移動(dòng)規(guī)律尚且不能使用，加之礦井煤炭儲(chǔ)量有限，未來很長時(shí)間內(nèi)要推廣“建筑物下”采煤技術(shù)，為進(jìn)一步研究工作面回采和掘進(jìn)對本井田范圍內(nèi)的地表破壞程度，使之能為程莊礦井未來的開拓設(shè)計(jì)提供更加科學(xué)的技術(shù)保證，必須進(jìn)行地表移動(dòng)規(guī)律的研究及巖移參數(shù)的探討。為此，首先應(yīng)實(shí)地建立巖移觀測站并進(jìn)行后續(xù)的觀測及數(shù)據(jù)采集。本文針對2305工作面情況，探討在其地面設(shè)立地表移動(dòng)觀測站的要點(diǎn)及步驟。

1 設(shè)站地區(qū)工作面概況

1.1 工作面位置及井上下關(guān)系

2305工作面位于南翼盤區(qū)，其北部為工業(yè)廣場，南部為徐溝村，東部為上段村，西部為柳溝村。2305工作面北側(cè)為東軌道大巷、東膠帶大巷和東回風(fēng)大巷，東側(cè)為上段村保安煤柱邊界，南側(cè)為徐溝保安煤柱，西側(cè)為2308設(shè)計(jì)工作面［1］。2305工作面開采煤層為3#煤層，屬于山西組。3#煤層位于山西組下部，上距K8砂巖35.00～46.78m，平均40.10m。該工作面煤層平均開采厚度為5.36m，傾向長度146.90m，走向長度538.70m，可采儲(chǔ)量525 968.4t。

1.2 工作面地質(zhì)采礦特征

2305工作面采高為381.2～469.1m，其煤層為褐色塊狀半光亮型，亮煤為主，發(fā)熱量高、性脆、低硫。煤層底板標(biāo)高493～581m，地面標(biāo)高960.0～992.8m，工作面所采煤厚平均5.36m，煤層傾角-10°～-3°，平均-6°，煤層穩(wěn)定，變異系數(shù)為5.23%，可采指數(shù)為1.0。

2 移動(dòng)觀測站的布設(shè)

2.1 巖移觀測站設(shè)計(jì)原則

觀測站設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則［1］：①在移動(dòng)盆地的主斷面上設(shè)置觀測線，其長度應(yīng)大于盆地范圍；②觀測線上測點(diǎn)的密度由采深和設(shè)站的目的而定；③觀測期間測點(diǎn)盡可能不受其他采區(qū)影響；④測線的控制點(diǎn)應(yīng)牢固地埋設(shè)在盆地范圍以外。

2.2 觀測站的類型及布置形式

觀測站的布設(shè)形式有網(wǎng)狀觀測站和剖面線狀觀測站［1］。根據(jù)井田特征，2305工作面觀測站應(yīng)設(shè)計(jì)為剖面線狀觀測站，其測線沿走向和傾向布置，并且位于盆地的主斷面上。

為了準(zhǔn)確觀測2305綜放面回采過程中地表巖層移動(dòng)規(guī)律，最終能夠繪制出地表三維沉降曲面，首先擬布置3條測線，即沿煤層傾向布置1條主斷面觀測線，平行于煤層走向布置1條走向主斷面觀測線和半條走向觀測線，如圖1所示。

圖1 2305工作面地表移動(dòng)觀測線布置示意圖

2.3 觀測線設(shè)計(jì)所用參數(shù)分析

根據(jù)觀測站設(shè)計(jì)原理，現(xiàn)需確定以下必要的參數(shù)：傾斜長度l1、走向長度l3、最大下沉角θ、平均采深H0及移動(dòng)角（上山γ、下山β、走向δ、松散層φ）等。參數(shù)選取與覆巖的巖性及地質(zhì)采礦條件有關(guān)。

2305 工作面觀測站設(shè)計(jì)所用上覆巖層移動(dòng)參數(shù)確定如下：①最大下沉角θ=90°-（0.6～0.7）α=90°-0.6×6°= 86.4°；②走向移動(dòng)角δ=75°；③上山移動(dòng)角γ=75°；④下山移動(dòng)角β=δ-（0.6～0.7）α=75°-0.6×6°=71.4°。

2.4 觀測線位置的確定

根據(jù)剖面線狀觀測站設(shè)計(jì)的規(guī)定，工作面推進(jìn)距離l3＞1.4H0+50m時(shí)，可在其采動(dòng)區(qū)內(nèi)設(shè)置2條走向測線（相距50～70m）或者只設(shè)置1條，而傾向方向設(shè)置1條測線或者0.5條。

根據(jù)以上情況，參照2305工作面的地質(zhì)采礦條件及《煤礦測量規(guī)程》的規(guī)定，設(shè)計(jì)傾向測線1條，走向測線1.5條，且走向、傾向的測線互相垂直［2］。

2.4.1 傾向方向測線位置的確定。首先判斷地表是否達(dá)到了充分采動(dòng)。根據(jù)程莊煤礦采掘工程平面圖可知，2305工作面是沿煤層傾向推進(jìn)，工作面推進(jìn)長度538.6m，其值小于575.9m（1.3H0），因此沿工作面推進(jìn)方向?yàn)榉浅浞植蓜?dòng)。工作面長度145.8m，其值小于575.9m（1.3H0），因此平行于工作面方向?yàn)榉浅浞植蓜?dòng)，因此沿傾向方向觀測線布置在采空區(qū)的中心。

2.4.2 走向方向測線位置的確定。平行于工作面觀測線應(yīng)位于該方向主斷面上，其位置應(yīng)在傾斜主斷面上按θ來確定?？紤]到煤層傾角的影響，觀測線應(yīng)向下山方向平移，由采空區(qū)中心向下山方向偏移一段距離d（見圖2），即：

2305工作面的平均采深H0約為443m，最大下沉角θ取86.4°。經(jīng)式（1）計(jì)算可知，走向觀測線位于自采空區(qū)向下山方向偏移水平距離為27.87m處。

圖2 走向觀測線位置確定計(jì)算示意圖

2.5 觀測線長度的確定

2.5.1 傾向方向觀測線長度的確定。一般沿工作面推進(jìn)方向測線長度是在移動(dòng)盆地的傾斜主斷面上確定［3］，如圖3所示，測線長度L按下式計(jì)算：

圖3 傾向觀測線長度計(jì)算示意圖

式（2）中，h為表土層厚度，15m；ψ為松散層移動(dòng)角，45°；l1為工作面沿煤層傾向長度，538.7m；Δγ為上山移動(dòng)角的修正值，結(jié)合表1分析確定取20°；Δβ為下山移動(dòng)角的修正值，根據(jù)表1取18°；H1、H2分別為采區(qū)下山邊界和上山邊界的開采深度，根據(jù)工作面地質(zhì)采礦資料可知，H1約為476m，H2約為410m。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，計(jì)算得出沿工作面推進(jìn)方向觀測線長度L約為1 179.9m。

表1 移動(dòng)角修正值

2.5.2 走向方向觀測線長度的確定。平行于工作面方向觀測線的長度是在移動(dòng)盆地的主斷面上確定［4］，如圖4所示，觀測線長度L按下式計(jì)算：

式（3）中，H0為平均開采深度，443m；l3為工作面長度，146.9m；Δδ為走向移動(dòng)角的修正值，由于工作面在傾向方向?yàn)榉浅浞植蓜?dòng)，結(jié)合表1取20°。經(jīng)計(jì)算，L走約為776.3m。由此，半條走向觀測線長度L走半=387.6m。

圖4 工作面走向觀測線長度計(jì)算示意圖

3 觀測點(diǎn)的布置

3.1 走向測線A的布置

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在走向方向布置1.5條觀測線，如圖5所示，半條走向測線AII位于工作面開切眼前方120m處，整條走向測線AI位于開切眼前方240m處。其中，半條線AII長390m，上面共布置了13個(gè)測點(diǎn)，其相鄰間距為30m。整條測線AI長780m，共布置30個(gè)觀測點(diǎn)，具體布設(shè)位置見圖5。

圖5 觀測點(diǎn)布置示意圖

3.2 傾向方向測線B的布置

沿工作面推進(jìn)方向布置1條觀測線，理論布置長度為1 179m，受地形影響測線共布置1 180m，共布置48個(gè)測點(diǎn)，編號為B1、B2、……、B48。由于端頭B1、B2、B3、……、B7距離村莊較近，屬于移動(dòng)邊界范圍，測點(diǎn)布置較為密集，間距為10m；B8～B35相鄰測點(diǎn)間距為30m；B36～B48由于地形條件較差，相鄰測點(diǎn)間距為50m，見圖5。

4 結(jié)語

程莊煤礦布設(shè)2305工作面開采沉陷巖移觀測站，通過實(shí)地觀測采集數(shù)據(jù)，獲得該礦區(qū)巖層移動(dòng)參數(shù)，大大解放了“建（構(gòu)）筑物下”壓煤問題，提高了礦井儲(chǔ)量，延長了礦井服務(wù)年限，增加了礦井經(jīng)濟(jì)效益。對指導(dǎo)該礦今后的“建（構(gòu)）筑物下”采煤具有重要的意義，可以最大限度地解決壓煤問題，同時(shí)可以控制地表沉陷，確保礦井安全及留設(shè)保護(hù)煤柱提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持及保障。

［1］何國清，楊倫，凌庚娣.礦山開采沉陷學(xué)［M］.江蘇：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1991.

［2］寧永香，崔建國.程莊煤礦23501工作面地表移動(dòng)參數(shù)探討［J］.中國礦業(yè)，2015（s1）：333-335.

［3］張敬華，王合濤，陳豪.鶴煤八礦地表移動(dòng)觀測站設(shè)計(jì)［J］.科技資訊，2012（33）：90.

［4］寧永香，崔建國.東山煤礦81504工作面開采沉陷規(guī)律研究［J］.煤炭技術(shù)，2015（6）：102-104.

Design of Mining Subsidence Observation Station in 2305 Working Face of Chengzhuang Coal Mine

Ning Yongxiang

（Shanxi Institute of Technology，Yangquan Shanxi 045000）

Mining will cause the movement of rock and ground,which is the result of the comprehensive effect of com?plex geological and mining factors.Doing observatory by establishing mining subsidence observation station is the principal means to get the movement regularity of rock and ground.Taking the 2305 mining face as the example,this paper discussed the essentials and steps of establishing the ground movement observation station in detailed.

mining subsidence；observation station；ground movement；design

TD82

A

1003-5168（2017）02-0094-03

2017-01-06

2016年山西工程技術(shù)學(xué)院科研項(xiàng)目資助（201607002）。

寧永香（1971-），女，碩士，副教授，研究方向：開采沉陷方面的教學(xué)和研究。