寺河矿地表移动参数测定与研究

寺河矿地表移动参数测定与研究

魏青锋

寺河矿地表移动参数测定与研究

魏青锋

（山西晋城煤业集团安监三处，山西晋城魏青锋048000）

作者简介：魏青锋,山西晋城煤业集团沁秀公司通风部。

摘要：本文论述了寺河矿村庄下采煤地表移动参数测定，提出了存在的问题，并对保安煤柱设计参数选择进行论证，在此基础上，根据地表移动对地面建筑的影响、破坏程度的不同，结合寺河矿地质条件，查阅有关资料，并进行现场实测，通过相应的应用软件对数据进行处理，对所有的地表移动参数进行确定。

关键词:地表移动观测站移动参数观测

１矿井概况

寺河隶属于山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司，于2002年11月8日正式验收移交投产，2003年度矿井原煤产量达到设计能力，自2004年底矿井原煤产量达640万吨。

寺河矿井位于山西省晋城市西偏北，行政区划属山西省晋城市所辖，跨沁水、阳城、泽州三县。寺河矿井工业场地位于沁水县嘉峰镇嘉峰村与殷庄村之间，距沁水县城53km，距晋城市区70km。（图1-1）井田分为东区、西区及大巷煤柱区三部分，其中东区西部属长河详查区，东部为原寺河井田之大部分，北与成庄煤矿及潘庄一号井田相邻，东、南、西与地方开采的小煤矿相连，面积约53.382km2；西区为原潘庄二号井田南段部分，西与大宁二号井田为邻，南与地方开采小煤矿相连，东隔沁河与潘庄一号井田及地方开采小煤矿相邻，面积约21.781km2；大巷煤柱区西段是潘庄一号井田西南隅，东段属长河详查区，南、北界外属地方开采小煤矿，长约3.39km，宽0.30km，面积约1.306km2。地理位置优越、交通便利。井田面积为76.469Km2。

截止2003年底矿井3#煤地质储量为31509.7万吨，永久煤柱（包括三下压煤）7004.7万吨。2004年生产能力为800万吨。

２地质采矿概况

3302综采工作面采用大采高支架一次采全高，实际采厚约为5200mm。工作面走向长2506m，采面宽度223.5m，工作面标高500～649m，观测线附近地面标高变化+948～+1120m之间，开采深度198～362m之间，平均开采深度280m。

该工作面开采煤层为山西组3#煤层，煤层厚度变化在6.31～6.89之间，平均厚度6.55m，倾角2～8°。为低硫低灰发热量高的优质无烟煤，以镜煤、亮煤为主，硬度f=2～4。煤层节理、裂隙发育。

工作面老顶为2～5米的中砂岩，深灰色，钙质胶结，具斜波状层理，含少量泥岩包裹体。直接顶为4～11米的粉砂岩，深灰色，块状，质不均，夹薄层泥岩，可见植物化石碎片。伪顶为0～1米的泥岩，灰黑色，质软，随采掘脱落，含相物化石碎片，含炭质。直接底为1.2米的粉砂质泥岩，灰黑色，质软，均匀层理，局部炭化。老底为4.25米的细砂岩，深灰色，薄至中厚层状，水平层理发育，可见贝壳状断口。

３观测站形式及位置

观测站的布设形式分网状观测站和剖面线状观测站。根据该区的井上下的实际情况，经过现场踏勘和综合对比分析，决定本区采用剖面线状观测站，设置2条观测线，一条半走向观测线、一条全倾向观测线。

走向观测线布置在3302工作面开切眼一侧，倾斜线布置在靠近开切眼一侧。

3.1观测点

根据本区开采深度为200～360m之间，按《规程》取点间距为20m。设计观测站控制点7个，工作测点73个。由于本区地处山区，在实际布设时进行了部分调整，调整前后各测线观测点对比（见表3-1）。

表3-1各观测线长度及测点数

观测线测线长（m）工作点数（个）控制点数（个）总测点数（个）总长度（m）

设计实际设计实际设计实际设计实际设计实际

走向640646.23030333336790760.3

倾向820826.5434344474710201033.7

观测站的控制点和工作测点，大部分采用预制的测点埋设。部分测点采用钢筋直接打入地下埋设。

3.2观测站观测时间

3302观测站共观测10次，观测时间及工作面推进情况见表3-2。最后由于观测点丢失，观测无法进行，停止观测。

表3-2观测站观测时间及工作面推进情况

时间推进到距切眼的距离(m)观测次数观测时间

2004.374.2首次观测2003.11.30

2004.4356.732004.3.23

2004.5581.142004.3.31

2004.6924.752004.4.16

2004.71259.862004.5.15

2004.81562.972004.5.26

2004.91813.282004.6.9

2004.10207392004.8.12

2004.112273.210最终观测（停采后）

４地表移动变形动态规律

为确保观测成果的正确性，在进行内业整理计算之前，对野外观测成果进行了检查后再进行计算。观测数据经整理改正后，进行了变形观测线上各测点和各测点间的移动和变形计算。包括以下五种变形：各测点的下沉和水平移动，相邻两测点间的倾斜和水平变形，相邻两线段（或相邻三点）的曲率变形。

4.1走向线地表移动变形动态规律

4.1.1走向线下沉动态变化规律

图4-1给出了走向方向不同时间下沉分布图。从图中可见，随着工作面的推进，地表下沉逐渐增大，靠近工作面一侧下沉曲线陡，推进前方下沉相对平缓，当工作面推进到（2004年5月15日观测）距离开切眼469m时，地表移动盆地近于充分采动，移动盆地出现平底，由于受地形的影响，随着工作面的推进，地表移动平底部分下沉不完全相等，存在一定的差异。地表最大下沉达到3453mm。

图4-1走向线下沉动态变化图

图4-2走向线倾斜动态变化图

图4-3走向线曲率动态变化图

图4-4走向线水平移动动态变化图

4.1.2走向线倾斜动态变化规律

图4-2给出了走向方向不同时间倾斜分布图。从图中可见，随着工作面的推进，倾斜逐渐增大，由于受地形的影响，倾斜曲线与平地不同，呈现了多峰值曲线，特别在采空区上方，由于地形变化剧烈，从而导致倾斜曲线发生较大变化。

4.1.3走向线曲率动态变化规律

图4-3给出了走向方向不同时间曲率分布图。从图中可见，随着工作面推进，曲率变形值逐渐增大，由于受地形的影响，曲率曲线不对称，负曲率曲线最大值大于正曲率最大值。整个曲率曲线由于受地形影响，分布规律与平地存在差异，比平地更复杂。

4.1.4走向线水平移动动态变化规律

图4-4给出了走向方向不同时间水平移动分布图。从图中可见，随着工作面推进，水平移动逐渐增大，当工作面推进到一定后，采空区上方出现较大的指向下坡方向的水平移动值，再随工作面推进，采空区上方指向下坡方向的水平移动值再增加，显然是受地形的影响，山坡产生滑移，增大了指向下坡方向的水平移动，从而使采空区上方出现较大的水平移动，使采空区移动盆地平底部位，水平移动不为零，与平地开采引起的地表移动存在较大的差异。

4.2倾向线地表移动变形动态规律

4.2.1倾向线下沉动态变化规律

图4-5给出了倾斜方向不同时间下沉分布图。从图中可见，随着工作面推进，下沉值和下沉范围逐渐增大，但最大下沉点的位置不变，下沉分布规律不变，与一般平地的下沉分布规律相同。值得注意的是，由于最后一次观测受到邻近工作面开采的影响，出现了两个地表移动变形最大值。

图4-5倾斜线下沉分布图

4.2.2倾向线倾斜动态变化规律

图4-6给出了倾斜方向不同时间倾斜分布图。从图中可见，随着工作面推进，倾斜最大值和范围逐渐增大，但最大倾斜点的位置不变，分布规律不变，与一般平地的分布规律相同。

图4-6倾斜线倾斜分布图

4.2.3倾向线曲率动态变化规律

图4-7给出了倾斜方向不同时间曲率分布图。从图中可见，随着工作面推进，曲率最大值和范围逐渐增大，但最大曲率点的位置不变，分布规律不变，与一般平地的分布规律相同，但曲率曲线出现多峰值，可能是受地形的影响。

图4-7倾斜线曲率分布图

5、分析结论

通过对寺河矿3302综放工作面地表移动观测站大量实测资料的整理、计算和分析，获得以下主要结论：

①总的来看，3302地表移动观测站设计和观测是基本成功的，获得了大量的观测数据，这些观测数据为分析地表移动规律和参数提供了基础。但由于测点的破坏，未观测到地表移动稳定数据，因此求得的参数仅供参考使用。

②观测资料表明，在山区地表条件下，地表移动具有如下变形规律：其一,在沟底，地表移动盆地扩展的范围较小，在上坡方向，地表移动盆地扩展的范围较大，从而减小了上坡方向的移动角和边界角；其二,采动影响下，坡体滑移对水平移动影响较大，对其余移动变形影响较小；其三,在观测的坡体条件下，倾斜和水平移动已不存在相似性，曲率和水平变形存在相似性；其四,移动盆地平底存在移动变形，与平地移动规律存在较大的差异。

③初步获得了本区地表移动盆地的综合边界角、综合移动角、充分采动角等参数，这些参数具有如下变化规律：其一,上坡方向综合边界角为57.00，下坡方向综合边界角为64.520，走向综合边界角为66.80。上坡方向综合移动角为77.880，下坡方向综合移动角为84.180，走向综合移动角为82.040。上坡方向综合边界角、移动角减小7度左右；其二,走向充分采动角为50.940；

④获得了矿区动态移动参数：

第一,超前影响角为51.850；第二,最大下沉速度为95.2mm/d，平均最大下沉速度滞后角为83.10；第三,几乎没有开始阶段，活跃期为83～94天。由于观测不完整，不能得出衰退期。

⑤3302工作面开采后，地表移动变形最大值为：下沉3382mm，倾斜40.2mm/m，曲率为-1.30～+0.90mm/m2，水平移动2032mm，水平变形-23.10～31.8mm/m。