厚黄土区综放开采地表移动变形观测与数值模拟研究

作者:史世东;郑志刚;易四海 刊名:矿山测量 上传者:董文扬

【摘要】文中以地表实测资料为基础,探讨了常村煤矿厚黄土层综放开采条件下地表沉陷变形特征,获得了概率积分法岩移预计参数和岩移角值,并结合数值模拟手段,分析了该地质采矿条件下岩层与地表移动变形机理,揭示了常村矿厚黄土层综放开采条件下地表沉陷变形规律。

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常村煤矿地处长治盆地西部,全区为第四系黄土沉积掩盖,主要开采山西组3#厚煤层,具有煤层开采厚度大、表土层厚等特点。目前,对于该地质采矿条件下岩层与地表移动规律的研究较少,有待进一步深入研究。为此,常村煤矿在S6采区S6-7工作面上方设置了地表移动观测站,通过现场观测和数值模拟分析,基本掌握了该地质采矿条件下的地表移动变形规律和特点。1地质采矿条件S6-7工作面位于S6采区南侧,四周均为未采区。工作面沿倾向布置,面长1390m,面宽273.6m。开采二迭系山西组3#煤,煤层厚度为6.17m,煤层倾角0~5,平均采深358m。工作面总体形态为一单斜构造,东北部高西南部低。地质条件较为简单,煤层上覆地层主要由泥岩、砂岩及第四系黄土层组成,其中第四纪表土层厚度达130.35~134.00m。工作面从西南向东北仰斜推进,自2012年8月开始回采,至2012年底推进了445m后,工作面暂停回采;2013年6月工作面继续开采,至2013年10月底,累计推进长度为1006m,平均推进速度为3.66m/d。采煤方法为放顶煤一次采全高,全部垮落法管理顶板。2观测站设计与观测试验工作面上方地表布设了一条走向观测线和一条倾向观测线,观测站的布设情况见图1。倾向观测线布设工作测点35个,南侧布控制点3个,测线长度为1225.4m。走向线布工作测点24个,测线西侧布控制点3个,测线长度为1009.5m。工作测点间距越25m,控制点间距约45m。地表岩移观测站于2012年8月建立,自2012年9月2日至2013年11月16日分别进行了16次全面观测和16次日常高程观测,取得了大量的观测资料。图1观测站平面布置示意图3地表移动变形参数及规律3.1地表下沉形态根据实测资料,求取各次观测的下沉值,表1列出了地表最大移动变形值,图2绘制了倾向线和走向线的部分下沉曲线。从图2可见,地表的沉降是连续渐变的,不存在突变,符合开采沉陷的一般规律,说明了观测资料是可靠的。3.2地表移动变形参数通过对观测资料的整理和分析,获得了地表移动变形的各种参数,如表2、表3、表4所示。28表1实测地表最大移动变形值下沉(mm)倾斜(mmm-1)曲率(10-3m-1)水平移动(mm)水平变形(mmm-1)走向线408928.20.5~-0.5135017.6~-18.4倾向线419540.00.5~-0.6142418.0~-20.7图2倾向线和走向线的下沉曲线表1上山、下山及走向方向的边界角、移动角、裂缝角边界角()000移动角()裂缝角()"""松散层移动角62607068797755表2动态移动变形参数超前影响角()最大下沉速度角()最大下沉速度(mm/d)初始期(d)活跃期(d)衰退期(d)6773.376.833118269表3概率积分法岩移预计参数下沉系数q水平移动系数b主要影响角正切tg拐点偏移系数S/H影响传播角系数K0.800.312.700.110.83.3地表移动特点结合现场调查和实测资料可知,本区域的地表移动与变形具有如下特点:(1)地表下沉系数较大,地表下沉速度较大。由于S6-7工作面表土层厚度大,推进速度快,上覆岩层近似连续变形,离层、裂隙未得到充分发育,使活跃期内地表移动变形更为剧烈且集中,从而加剧了地表的沉陷变形。(2)具有明显的厚松散层的特征。地表下沉曲线陡峭,地表移动变形在拐点内侧下沉值较大,在拐点处变形发展较为迅速,曲线较陡,而在拐点外测下沉值快速减小,拐点以外区域沉陷变形曲线收敛较慢,影响范围向外扩展较远。(3)地表移动变形在时间上更为集中。地表移动持续时间为14个月

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