巨厚火成巖地質(zhì)條件下采動(dòng)的地表變形移動(dòng)規(guī)律初探

陳瑤駿安徽淮北海孜煤礦

巨厚火成巖地質(zhì)條件下采動(dòng)的地表變形移動(dòng)規(guī)律初探

陳瑤駿
安徽淮北海孜煤礦

通過研究巨厚火成巖地質(zhì)條件下回采期間地表變形移動(dòng)和完全采動(dòng)后下沉盆地的形狀，以及在進(jìn)行定期的高程和變形觀測所測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，及時(shí)有效的指導(dǎo)征遷部門在地表產(chǎn)生較大沉陷時(shí)，及時(shí)的將塌陷范圍內(nèi)的村民遷往新村址，避免了可能發(fā)生的坍塌事故。

巨厚火成巖；地表變形移動(dòng)；地表沉陷；村莊搬遷

一、基本情況

海孜礦于1987年10月正式投產(chǎn)，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力150萬噸/年。本礦自投產(chǎn)以來均為炮采，采用采區(qū)前進(jìn)，工作面后退的單一走向長壁采煤法，頂板管理為全部垮落法。Ⅱ1024工作面為本礦首個(gè)綜采工作面，工作面設(shè)計(jì)走向長560m,傾向?qū)?60m，預(yù)計(jì)回采面積89600m2，是對綜采技術(shù)的首次嘗試，工作面上方存在厚達(dá)240m的巨厚火成巖，回采后，地表沉降及采煤塌陷的影響大小及情況還沒有多少較合適的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，很多地表移動(dòng)參數(shù)仍沿用以往礦務(wù)局給定的臨渙礦區(qū)的巖移參數(shù)，與真實(shí)的地表變形移動(dòng)規(guī)律存在一定差異。為更好的解決相同地質(zhì)條件下，合理的布置工作面，及時(shí)對開采沉陷影響范圍內(nèi)的村莊進(jìn)行搬遷和復(fù)墾工作，礦井組織相關(guān)人員進(jìn)行了專題研究。

二、地表移動(dòng)觀測站建設(shè)

選取礦務(wù)局給定的臨渙礦區(qū)的巖移參數(shù)：

φ=45oγ=δ=76.5oβ=76.5o-0.6α

γ0=δ0=69.8oβ0=69.8o-0.6α

由于是首個(gè)綜采工作面觀測區(qū)，觀測站設(shè)置成十字交叉狀觀測站，走向和傾向觀測線分別設(shè)置成兩條。走向觀測線長度980米，共布點(diǎn)60個(gè)，點(diǎn)間距為16米；傾向觀測線長度1000米，共布點(diǎn)20個(gè)，點(diǎn)間距為50米。為確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在距離工作面800米的村莊布置三個(gè)通視的永久點(diǎn)，由于該村遠(yuǎn)離工作面，基本上不受采動(dòng)的影響，屬于穩(wěn)沉區(qū)域，在此處布置永久點(diǎn)能保證所測的邊長和高程數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

三、火成巖分布情況

巨厚火成巖在Ⅱ102采區(qū)分布穩(wěn)定，其厚度一般大于120m。采用關(guān)鍵層判別軟件KSPB對柱狀關(guān)鍵層位置判別結(jié)果表明，巨厚火成巖為覆巖主關(guān)鍵層。通過Ⅱ102采區(qū)內(nèi)所有取芯鉆孔柱狀資料的統(tǒng)計(jì)，得到Ⅱ102采區(qū)內(nèi)10煤層與中組煤厚度及距巨厚火成巖的距離如表1所示。

表1 II102采區(qū)各煤層厚度及距巨厚火成巖距離一覽表

四、火成巖存在的危險(xiǎn)

1、十組煤開采時(shí)，火成巖不破斷，中組煤無法回采；

2、整體性強(qiáng)、大面積懸露后破斷，震級很大，對十組煤工作面造成沖擊；

3、大面積懸露后破斷，震級在某個(gè)能量級以下，對十組煤影響不大，當(dāng)十組煤采完以后，中組煤開采時(shí)，將產(chǎn)生較大影響；

4、破斷面積較大，開采時(shí)對中組煤沒有影響；

5、被斷層切割時(shí)，對十煤及中組煤開采不會(huì)產(chǎn)生較大的影響。

五、地表移動(dòng)變形規(guī)律

1、下沉曲線

下沉曲線的分布規(guī)律是：在采空區(qū)中央上方處地表下沉值最大，從盆地中心向采空區(qū)邊緣逐漸減小，在盆地邊界點(diǎn)處下沉量為零，下沉曲線以采空區(qū)中央對稱。

2、傾斜曲線

傾斜曲線表示地表移動(dòng)盆地傾斜的變化規(guī)律，為下沉的一階導(dǎo)數(shù)，即

傾斜曲線的分布規(guī)律是：盆地邊界至拐點(diǎn)間傾斜漸增，拐點(diǎn)至最大下沉點(diǎn)間傾斜逐漸減小，在最大下沉處傾斜為零。在拐點(diǎn)處傾斜最大，有兩個(gè)相反的最大傾斜值，傾斜曲線以采空區(qū)中央反對稱。

3、曲率曲線

曲率曲線表示地表移動(dòng)盆地內(nèi)曲率的變化規(guī)律，它是傾斜的一階導(dǎo)數(shù)，下沉的二階導(dǎo)數(shù)，曲率曲線的分布規(guī)律是：

（1）曲率曲線有三個(gè)極值，兩個(gè)相等的最大正曲率和一個(gè)最大的負(fù)曲率，兩個(gè)最大正曲率位于邊界點(diǎn)和拐點(diǎn)之間，最大負(fù)曲率位于最大下沉處；

（2）邊界點(diǎn)和拐點(diǎn)處曲率為零；

（3）盆地邊緣處為正曲率區(qū)，盆地中部為負(fù)曲率區(qū)。

4、水平移動(dòng)曲線

水平移動(dòng)曲線表示地表移動(dòng)盆地內(nèi)水平移動(dòng)的分布規(guī)律，用U（x）表示。水平移動(dòng)分布規(guī)律與傾斜曲線相似，即盆地邊界至拐點(diǎn)間水平移動(dòng)漸增，拐點(diǎn)至最大下沉點(diǎn)間水平移動(dòng)逐漸減小，在最大下沉點(diǎn)處水平移動(dòng)為零。在拐點(diǎn)處水平移動(dòng)最大，有兩個(gè)相反的最大水平移動(dòng)值，水平移動(dòng)曲線以采空區(qū)中央反對稱。

六、效果效益分析

1、科學(xué)地指導(dǎo)了礦井長遠(yuǎn)規(guī)劃，為今后在相同條件下工作面的最佳合理布置提供了支持，為Ⅱ1024工作面的安全生產(chǎn)提供了保障。為礦井今后的采場布置指明了方向，社會(huì)效益將十分顯著。

2、由于對開采沉陷的深刻理解，實(shí)現(xiàn)了邊采邊探的實(shí)時(shí)監(jiān)測的理念，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)合理地安排采場布置，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)工作的主動(dòng)性、系統(tǒng)性、預(yù)見性和超前性，減少了采掘工程施工的盲目性。

3、及時(shí)有效的指導(dǎo)征遷部門在地表產(chǎn)生較大沉陷時(shí)，及時(shí)的將塌陷范圍內(nèi)的村民遷往新村址，避免了可能發(fā)生的坍塌事故。

4、為今后遇到相同的地質(zhì)條件下的地表觀測站的建立提供了數(shù)據(jù)支持，在處理問題時(shí)也有了一定的參照，減少了防治工作的盲目性，提高了防治工作的主動(dòng)性、系統(tǒng)性、預(yù)見性和超前性，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1]《煤礦測量規(guī)程》中華人民共和國能源部.北京：煤炭工業(yè)出版社，1989.

[2]《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》北京：煤炭工業(yè)出版社，2000.