工作面巖移觀測方案設(shè)計

路 鑫，宋旭斌，張曉巖，范鵬凱

(潞安化工集團(tuán)有限公司 古城煤礦，山西 長治 046000)

隨著采煤工作面不斷回采，“三下”壓煤，尤其是井田范圍內(nèi)村莊壓煤問題日益突出[1-2]，不僅對地表建筑物造成了不同程度的破壞，也影響著人們的生產(chǎn)生活。為保證工作面的合理布置和礦井的可持續(xù)發(fā)展，地表沉陷觀測顯得尤為重要。為此，本文以古城煤礦N1305工作面為觀測工作面，進(jìn)行地表巖移觀測方案設(shè)計，分析觀測數(shù)據(jù)，為后續(xù)工作面回采地表建筑物保護(hù)、煤柱留設(shè)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 工程概況

N1305工作面西接N1303工作面，東接N1306工作面。北面為實體煤，南面接?xùn)|翼輔運(yùn)大巷。工作面沿3號煤層底板進(jìn)行回采，煤層平均厚度為6.32 m，煤層傾角平均為5°，工作面平均埋深542 m，采高為3.2 m，采用綜采放頂煤方式回采，全部垮落法管理頂板。工作面頂?shù)装迩闆r見表1。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r

2 地表巖移觀測方案設(shè)計

2.1 地表巖移觀測站設(shè)計

2.1.1 設(shè)計參數(shù)的選取

五陽煤礦位于古城煤礦北側(cè)約30 km處，同屬于潞安集團(tuán)，生產(chǎn)地質(zhì)條件相似，將五陽煤礦七五采區(qū)綜采放頂煤工作面的實測地表移動參數(shù)，作為本次觀測站的設(shè)計參數(shù)。走向移動角δ為73°；上山移動角γ為73°；下山移動角β為68°；松散層移動角φ為55°；煤層傾角α為5°；最大下沉角θ=90°-α。

根據(jù)《煤礦測量規(guī)程》相關(guān)規(guī)定，各移動角修正值見式(1)：

Δγ=Δδ=Δβ=20°

(1)

2.1.2 觀測站設(shè)計

N1305工作面位于古城煤礦北一盤區(qū)，該區(qū)域地表地勢比較平坦，地表村莊建筑物較少。因此建議沿N1305工作面走向方向和傾向方向各設(shè)1條觀測線，觀測線應(yīng)設(shè)在地表移動的主斷面上，并且測點應(yīng)有一定密度[3-5]。開采煤層為近水平煤層，上述設(shè)計完全能夠滿足今后求各種巖移參數(shù)的要求。

1) 傾向觀測線的布置。根據(jù)0707號地質(zhì)鉆孔顯示，N1305工作面埋藏深度為503.8～581.4 m，平均埋深542 m，推進(jìn)長度為2 175 m，采面長352 m，表土層厚度83 m。工作面在走向方向上采動是充分的，傾斜觀測線在工作面推進(jìn)方向上的位置必須超過開切眼距離，見式(2)：

D1=(H0-h)cot(δ-Δδ)+hcotφ

(2)

式中：H0為工作面平均采深；h為松散層厚度；δ為走向移動角；Δδ為走向移動角修正值；φ為松散層移動角。求得D1為404 m。

由此可得傾向觀測線距離必須大于切眼404 m。根據(jù)地表情況，選取傾向觀測線布置在工作面切眼內(nèi)側(cè)525 m處，測點間距取25 m，在傾向觀測線東端布置3個控制點，間距取45 m，控制點與工作點之間的間距亦為45 m。

2) 走向觀測線的位置。走向觀測線位置確定方法為：從采空區(qū)中心以最大下沉角劃線向上延伸與地表交于O點，通過O點作平行工作面走向的垂直斷面，即為走向觀測線布置位置。由于N1305工作面走向長度大于0.9，可設(shè)置半條走向觀測線。

走向觀測線測點間距為25 m，在切眼外側(cè)的移動邊界范圍外布置3個控制點，控制點間距為45 m，控制點與工作點間距為45 m。見圖1。

圖1 工作面測點布置

N1305工作面地表巖移觀測站走向觀測線長1 110 m，布置工作點個40，控制點3個；傾向觀測線長1 435 m，布置工作點52個，控制點3個。地表巖移觀測站詳細(xì)情況見表2。

表2 N1305工作面地表巖移觀測站測點布置情況

2.2 測點的構(gòu)造及埋設(shè)

控制點和工作點用混凝土現(xiàn)澆而成。首先在標(biāo)定的位置上挖1個直徑0.2～0.3 m、深度不小于0.8 m的坑，然后用混凝土灌注，中間用D20 mm的鋼筋作標(biāo)志，標(biāo)志頂部制作1個深3～5 mm、直徑小于2 mm的十字線，作為測點標(biāo)志的中心。

3 觀測內(nèi)容

3.1 連接測量

觀測點凝固后，根據(jù)古城煤礦地面控制網(wǎng)進(jìn)行連接測量。首先測出測線上1個控制點的平面位置和高程，由此求出其它測點的位置和高程，其中控制點的高程精度不低于三等水準(zhǔn)測量的要求。

3.2 全面測量

在工作面回采之前要對所有的測點進(jìn)行兩次全面觀測。兩次全面觀測所得同一點高程差不大于10 mm，長度差不大于4 mm，取兩次觀測平均值作為觀測站的原始數(shù)據(jù)。

在回采工作面推進(jìn)大約30～60 m時，在可能出現(xiàn)移動的位置，對測點進(jìn)行水準(zhǔn)測量，如有下沉，則說明地表已開始移動。隨著工作面回采，地表下沉進(jìn)入活躍期，進(jìn)入地表下沉活躍期后，至少進(jìn)行4次全面觀測。一般每月觀測1次，在測點下沉明顯區(qū)域，應(yīng)適當(dāng)增加觀測次數(shù)。若有測點下沉量每月小于50 mm，表明地表移動進(jìn)入衰退期，每2～3個月觀測1次即可。當(dāng)測點下沉量3個月內(nèi)不超過30 mm，表明地表下沉已穩(wěn)定，需進(jìn)行1次全面觀測，即末次觀測。在每次觀測時，要記錄好工作面回采里程、工作面推進(jìn)速度等有關(guān)情況，記錄并在圖上標(biāo)注地表裂縫位置、裂縫長度及深度。

4 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)每次觀測成果計算得到的測點下沉量，繪制測線下沉曲線圖，得出地表移動盆地最大下沉點位置及數(shù)值；根據(jù)觀測數(shù)據(jù)，求得各測點移動和變形值，繪制移動和變形曲線圖，分析移動和變形的規(guī)律。測點變形曲線圖和測線下沉曲線圖應(yīng)標(biāo)注清楚工作面回采位置、松散層厚度，巖層柱狀、開采厚度等情況。根據(jù)測點下沉與工作面回采關(guān)系，得出工作面開采影響超前距、滯后距以及地表移動持續(xù)時間等參數(shù)。

5 結(jié) 語

古城礦是潞安集團(tuán)的新生礦井，缺乏對地表移動變形規(guī)律的研究。文章通過對地表巖移規(guī)律系統(tǒng)研究，求取各種巖移參數(shù)，包括地表下沉系數(shù)、水平移動系數(shù)和各種特定巖移預(yù)計參數(shù)，總結(jié)本礦區(qū)厚松散層、綜采放頂煤條件下的地表移動變形規(guī)律，通過現(xiàn)場實測研究，獲得本條件下地表巖移規(guī)律和巖移參數(shù)，為本礦井后續(xù)“三下”壓煤開采打下基礎(chǔ)。