岩移观测在矿山开采中的作用

2022-12-21

1. 设站工作面基本情况

(1)设站工作面特征

10103综放工作面位于矿区西南侧，工业广场北侧，前马家梁村南侧，地表大部分被第四系覆盖层所覆盖，由于地处山区，覆盖层厚度不均(约0-10m)，局部区域基岩裸露，相对高差155.84m。10103综放工作面开采9+10+11号煤层，煤层厚度为4.24-7.30m，平均5.14m，为首采工作面，地面标高+1125m～+1285m，井下标高+998m～+1070m。工作面实际走向长度792.6m，倾斜长度189.4m，机采采高3.0m，放顶高度平均2.0m，煤层平均倾角约6°，对应地表为丘陵。

(2)设站工作面的构造特征

该工作面为一采区首采回采面，根据前期三维物探报告及后期采掘情况，10103工作面煤层赋存条件较好，工作面中部发育有S3向斜，煤层整体走向为东西向，采掘工程中未发现断层构造。

(3)设站工作面顶底板特征

顶板：多为石灰岩、泥岩，为灰色，致密，性脆。顶板石灰岩单轴抗压强度114.4-116.8MPa，平均115.60MPa;单轴抗拉强度5.60-6.10MPa，平均5.85MPa，内摩擦角43°40′-44°20′，凝聚力14.20-6.20隔水性好，较易管理。

底板：多为泥岩、砂质泥岩，灰黑色，致密，性脆。底板泥岩单轴抗压强度15.60-16.70MPa，平均16.15MPa;单轴抗拉强度0.50-0.0.70MPa，平均0.60MPa，内摩擦角29°29′-39°42′，凝聚力2.20-3.20遇水易软化，易发生底鼓现象(顶面来压时)，但隔水性能好，较易管理。

2. 观测站观测目的及观测过程

(1)建立地表移动观测站的目的

为了掌握采矿条件下引起的地表与岩层移动数据和规律，确定山西晋煤集团临汾晋牛煤矿投资有限责任公司岩移参数，为今后保安煤柱设计和矿井安全生产提供有效参数，晋牛煤矿在正在开采的10103放顶煤工作面上方布设一定数量的地表观测站进行地表变形观测，确定地表变形移动参数。

(2)观测站地质采矿条件

(1)10103工作面概况

10103综放工作面开采9+10+11号煤层，为首采工作面，地面标高+1125m～+1285m，井下标高+998m～+1070m。工作面设计走向长度854m，倾斜长度180m，工作面机采采高2.8m，实际走向长度792.6m，倾斜长度189.4m，工作面机采采高3.0m，放顶高度平均2.0m，对应地表为丘陵。

10103综放工作面位于矿区西南侧，工业广场北侧，前马家梁村南侧，地表大部分被第四系覆盖层所覆盖，由于地处山区，覆盖层厚度不均(约0-10m)，局部区域基岩裸露，相对高差155.84m。

(2)煤层情况

晋牛煤矿批采2～11号煤层，其中2、9+10+11号煤层为可采煤层，2号煤层厚度为0.70-2.47m，平均1.10m,9+10+11号煤层厚度为4.24-7.30m，平均5.14m。10103综放工作面开采9+10+11号煤层，机采采高2.8m，放顶厚度约2m，煤层平均倾角约6°。

(3)地质情况

该工作面为一采区首采回采面，根据前期三维物探报告及后期采掘情况，1303工作面煤层赋存条件较好，工作面中部发育有S3向斜，煤层整体走向为东西向，采掘工程中未发现断层构造。

(3)观测站设计所用的岩移参数的选取

由于晋牛煤矿无岩移的观测资料，根据“三下规范”结合附近矿区的观测资料综合确定观测站设计参数如下：

移动角：δ=γ=β=70°;移动角修正值：Δδ=Δγ=Δβ=20°;覆盖层移动角：φ=45°;覆盖层厚度：h=10;10103工作面平均采深约为H0=200m。

(4)观测站的设计

10103工作面于本次观测站布设之前已进行了部分开采，开采时间为2015年1月至2016年8月，工作面推进方向由西向东，推进长度约356m。因此，本次观测站设计时要充分考虑已有采空区的影响，观测站建立在尚未开采区域以达到本次的观测目的。另外，由于地处山区，相对高差较大且地表植被茂密，本次观测站的布设需结合现场实际地形地貌情况。

(5)观测站位置的确定

(1)走向观测线1-1’位置确定

走向观测线应设在移动盆地的走向主断面上，并且应通过下沉盆地的最大下沉区域，最大下沉区域按1.4倍平均采深进行计算。10103工作面长轴方向为煤层走向方向，结合工作面上方的地形条件，在工作面中部沿工作面长轴方向布设1条走向观测线，但考虑到已采区域的影响，且受地形的限制，走向观测线呈断线形式，1-1’观测线长度约633m(27个观测点，其中1个点与3-3’共用)。

(2)倾向观测线2-2’、3-3’、4-6’(包括4-4’、5-5’、6-6’三条线)位置确定

倾向观测线应设在移动盆地的倾向主断面上，并且应通过下沉盆地的最大下沉区域。

为了使倾向观测线不受临近开采的影响，在走向主断面上，自开切眼用δ-Δδ和φ向工作面推进方向划线，与地表相交于地表E点，观测线必须设在工作面推进方向上超过E点的位置。

根据10103工作面尺寸、埋深求得剖面线到开切眼的距离D=174m。但受10103工作面周边地形限制，且工作面已开采了西侧近一半区域，考虑到已采区域的影响，本次共布设3条倾向观测线，2-2’观测线长度约131m(10个观测点)，3-3’观测线长度约101m(8个观测点)，4-6’观测线长度约664m(48个观测点)，其中4-4’长度约117m(9个观测点)、5-5’长度约231m(17个观测点)、6-6’长度约316m(22个观测点)。

(6)观测次数和稳沉时间

10103工作面于2015年1月开采，2017年4月停采。本次地面观测站于2016年9月10日设置完成，2016年9月14日完成第一次观测，之后共进行了9次观测。最终认为2018年3月3日观测的数据为地表最终稳定数据。

根据10103工作面地表观测点与井下对照图分析，1-1’观测线终点距离10103工作面终采线233.4m，跨过工作面走向长度399.6m。2-2’观测线终点距离10103工作面114.3m，跨过工作面长度16.5m。3-3’观测线终点距离10103工作面7.5m，跨过工作面长度93.7m。4-6’观测线终点距离10103工作面214.3m，起点距离10103工作面155.4m，跨过工作面长度189.4m。以上距离参数均为直线距离。因地表沟壑、坑穴较多，虽然观测点密度较大，但有限的观测线和观测点仍很难全面控制所有地貌单元的采动变形情况。2-2’观测线受10103工作面2015年开采区域的影响，该测线主要用于测量纵向影响边界，本次数据分析以1-1’、3-3’、4-6’观测线为主，2-2’观测线用于辅助验算。

根据《煤矿测量规程》，“衰退期的水准测量直到六个月内的下沉值不超过30mm时为止。”根据1-1’、2-2’、3-3’、4-6’观测线观测结果，自2017年9月1日至2018年3月3日，4条测线连续6个月下沉值在30mm以下，表明该区域地表移动期已经结束。从2018年3月起停止观测，监测历时1年6个月，期间累计观测10次。

3. 观测结论

通过一年六个月的建站和观测工作，完成了晋牛煤矿首采工作面(10103工作面)岩移观测工作，完成的任务和获得的结论有：

(1)在10103工作面布设监测线4条，使用矿井控制点3个，布设控制点3个，共布设观测点92个，1-1’号线27个、2-2’号线10个(与1-1’号线共用一个)、3-3’号线8个，4-6’号线48个。自2017年9月1日至2018年3月3日，完成10次的观测任务和数据统计工作，绘制了历次观测位移曲线。

(2)本次对地裂缝的观测发现工作面中部多发育南北向裂缝，垂直于工作面的推进方向，地裂缝间隔约3-10m一条，宽多为10-30cm。靠近南北侧边界处，边坡边缘多发育近东西向地裂缝，部分裂缝沿边坡走向延伸，宽约10-20cm。部分区域发育有近东西向塌陷式地裂缝。

4. 结论

通过一年六个月的建站和观测工作，完成了山西晋煤集团临汾晋牛煤矿投资有限责任公司首采工作面(10103工作面)岩移观测工作，完成的任务和获得的结论有：

(1)在10103工作面布置监测线4条，使用矿井控制点3个，布设控制点3个，共布设观测点92个，1-1’号线27个、2-2’号线10个(与1-1’号线共用一个)、3-3’号线8个，4-6’号线48个。自2017年9月1日至2018年3月3日，完成10次的观测任务和数据统计工作，绘制了历次观测位移曲线。

(2)煤层开采后，形成了以工作面为中心的沉降盆地。沉降盆地长轴与工作面走向轴线基本重合，短轴垂直于工作面走向。在工作面范围内，因煤层倾角平均约6°，相对比较平缓，因此煤层上山下山方向对于地表沉降的影响较小，但是由于地表地貌的影响，地面存在深沟，形成相对陡峭突出地形，这些部位在变形过程中，受地貌控制，而不与一般意义上的水平位移趋势一致。10103工作面走向水平位移以向斜坡下坡方向位移为主，工作面上部地表整体沿斜坡下滑趋势明显。

摘要：为了掌握采矿条件下引起的地表与岩层移动数据和规律，确定晋牛煤矿岩移参数，为今后保安煤柱设计和矿井安全生产提供有效参数，晋牛煤矿在10103放顶煤工作面上方布设一定数量的地表观测站进行地表变形观测，确定地表变形移动参数。

关键词：矿山测量,应力,边界移动角,地质