山区地表移动（共7篇）
山区地表移动 篇1
基岩裸露地区岩层与地表移动的过程十分复杂,它受许多地质采矿因素综合的影响。如打通矿区属基岩裸露山区,其岩层和地表移动过程有别于华东、华北等地表土覆盖的平原地区。认识岩层与地表移动这一复杂过程,目前的主要方法是实地观测。通过观测获得大量的第一手资料,然后对这些资料进行综合分析,找出各种因素对移动过程的影响规律。再将这些规律运用到解决开采影响的实践中去,为矿山安全生产提供保障。
1 打通一矿地质和开采条件
打通一矿井田位于贵州高原和四川盆地的过渡地带,属亚热带温暖潮湿、低丘地形山区。本井田内出露地层有上二叠系龙谭组、长兴组,三叠系玉龙山组、飞仙关组和嘉陵江组,第四系只有零星分布。井田位于九龙山背斜西山翼,控制井田的构造形态仅为鱼跳背斜和大木树向斜。本井田开采二叠系上统龙谭组煤层,共有4层可采煤层,自上而下为6#、7#、8#及11#煤层。其中6#、11#层属局部可采,除8#层为中厚煤层外,其余均为薄煤层。矿井属超级瓦斯矿井,中等水文形地质。
打通一矿采用了立、斜井综合开拓多水平倾斜长壁仰斜条带式的开拓方式。采用6#→7#→8#煤层的下行开采顺序。采区接替为由东向西的后退式开采顺序,工作回采从水平边界向背斜轴部后退式开采。工作面倾斜推进长度一般为900~1 400m,全部为综合机械化采煤,均采用倾斜长壁仰斜开采,全部陷落法管理采空区顶板。
2 地表移动变形观测站的设置情况
本次观测涉及近10个回采工作面,均采用倾斜长壁仰斜开采,全部陷落法管理采空区顶板。各地表移动观测站均沿工作面推进方向的主断面布置。由于煤层倾角很小,仅为0~12°(一般为3~6°),可以认为,地表移动观测成果不再细分为煤层走向和倾向,统一为近水平煤层开采地表移动的一般规律。
有关地表移动观测站的回采工作面基本情况见表1。
设站回采工作面开采由1997年1月开始,至2010年3月结束。地表移动观测由1997年4月开始,至2010年6月结束,历时10多年。观测得到了地表下沉和水平移动约11 000个。各测站观测基本情况见表2。
3 对观测数据的对比分析
野外观测数据在确保准确无误后进行内业平差计算,然后用专业软件分别对各变量及其对应的测线长度坐标变量进行多项式曲线拟合。各移动变形参数经拟合后的成果列于表3中。
同期对采用概率积分法对地表的移动变形进行了预计,其预计值和实测值见表4。
从实测数据和预计数据的分析表明传统的概率积分法的预计公式已不适用于山区基岩裸露地表移动,因预计地表移动变形值的计算方法是以随机介质理论为基础的概率积分法,该方法有两个基本假设:
1)岩石在水平方向均质且各向同性;
2)在弯曲带直至地表的整个岩层中,岩石发生变形但体积不变。
这样从理论上导出了倾斜曲线与水平移动曲线相似,曲率曲线与水平变形曲线相似(如图一)。但地表的倾斜打破了岩层地表水平方向的各向力学性质的一致性,沿坡面的采动下滑力又引起了地表变形的复杂性,所以概率积分法所建立的水平移动变形与竖向移动变形之间的关系不适合山区基岩裸露地区的地表移动变形。本观测站所出现的水平移动值与理论值相差较大,也正好说明了这一点。
4 地表移动变形参数变化及其特征
在大面积厚黄土覆盖的平原地区,不连续变形只在开采深小或采深采厚比小于20时出现。不连续变形一般出现在正曲率(拉伸变形)区的表土中,如无断层则在基岩面上消失。正曲率区的裂缝与开采边界连线角中最小的,即为裂缝角。平原地区采深小或采深采厚比较小时,产生于基岩上的不连续变形大且容易出露于地表;但采深大表土厚时,基岩中的不连续变形为表土所修匀、一般不易出露于地表,松散的表土,起着荫蔽基岩破坏或吸收不连续变形的作用。
打通地区基岩裸露山区下开采,宏观变形破坏形式,不再限于裂缝;出现地点,不再限于正曲率区。产生斜坡效应和基底效应之处,都会出现开裂、断陷等形式的破坏。弱面效应发生在正曲率区,沿主断面方向开裂,发生在负曲率区,则沿主断面正交方向开裂。这些开裂与断陷,在不厚的坡积、残积或冲积土中和基岩中出现。显然,这与厚覆盖的平原地区是不同的。这就是基岩裸露山区地表变形破坏剧烈且形式多样的原因所在。这种异常可以归纳为四种地形地质效应:斜坡效应、自由面效应、弱面效应和基底效应。
1)斜坡效应。斜坡,包括天然斜坡和人工斜坡。
开采影响下,斜坡岩土体可能沿着地下水通道或其他滑动面滑动;或者边滑动边作岩土体自身的行为调整;会使岩土体部分被牵曳开裂,另外部分则被压实,并伴随着坍缩、块体滚动、崩落等。这种斜坡变形的裂缝及宽度,无法用开采技术条件或移动变形量解释。实际上,是斜坡岩土体滑动和形位调整的结果。
2)自由面效应。基岩面以上的岩土体移动变形和破坏,为斜坡效应。出露的基岩本身的移动
变形和破坏,则应归之为自由面效应。存在自由面时,移动变形条件的变化,表现在两方面,其一,自由面本身是开采影响而致移动变形的边界,不再往其外传递移动变形;其二,自由面的移动变形,不同于地表且其上部与下部也不相同。自由面上部地表应为受拉区,实际上变现为整体移动。
3)弱面效应。地表岩体存在着诸如断层、节理、断裂、溶蚀空间等不连续面,也有不同岩性岩体的接触面。这些不连续面或界面,都是易受变形而破坏的弱面。当这些弱面分布在山头、山坡、鞍部的自由面上,受采动影响均会出现规模较大的破裂,加剧原生节理面的破坏。
4)基底效应。地表出露岩层或较厚表土下,有隐伏的断裂、溶洞、溶井、溶道等空间,受开采影响,隐伏空间的移动变形和破坏反应至地表,使地表岩体、表土随之发生移动变形和破坏。地表岩体和表土的破坏,是受下伏岩层的移动变形和破坏影响所致。所以,将这种地表岩体和表土破坏称之为基底效应。基底效应与弱面效应不同的是,弱面效应是溶蚀空间或断裂所构成的弱面自身的移动变形和破坏,从地表可见。基底效应是在下伏弱面附近变形破坏的影响下,地表岩层或表土的变形破坏。
山区基岩裸露地形加之无大面积连续的表土覆盖,是斜坡效应和自由面效应产生的条件。所以,自由面效应和斜坡效应,是山区移动变形的固有特征。
5 结语
基岩裸露山区的宏观变形破坏,较一般教科书所载的典型地形地质条件下的连续变形形式,有很大的不同。基岩裸露山区,受开采影响引起的宏观变形破坏,不同于平原地区,从基岩裸露地区开采后的实际实测资料来看,由于受地形地质条件的影响而发生的地形地质效应,地表的移动变形值出现一些异常现象,因此“三下”开采保护,既要有常规的变形分布预计,又要结合地形地质效应的影响,这对于解决“三下”压煤的开采问题,尤其是对于工业广场煤柱和井筒煤柱的安全开采具有重大的现实意义。
参考文献
[1]王树元.岩层与地表移动预计方法[M].北京:煤炭工业出版社,1989.
[2]何万龙.山区地形移动及变形预计[J].矿山测量,1986(2):24-30.
[3]戴华阳.侯敬宗,大同矿区岩层与地表移动规律分析[J].矿山测量,1995(2):16-20.
[4]申志平.山区地形坚硬覆岩条件下地形沉陷规律研究[J].矿山测量,2010(8):47-49.
山区地表移动 篇2
关键词：山区,移动与变形,模拟
1 绪论
在矿区, 煤矿企业工程技术和有关业务主管部门经常有计划、有目的进行日常的现场勘测和科学实验, 而煤炭一旦开采, 也无时无刻不在发生地表移动与变形, 所以技术人员积累了大量的围岩及变形移动规律参数, 对用于解决本矿区的开采沉陷问题提供了足够的数据支撑, 如求取参数, 综合分析, 总结规律。[1]
建立地表移动与变形观测站进行现场观测, 开展地表移动和岩层移动的观测工作, 掌握地表和岩层移动的基本规律, 同样是解决好建筑下、水体下、和铁路下 (建称“三下”) 安全合理地开采煤炭和留设保护煤柱。[2]
本文研究太原东山71505工作面上地表移动开采引起的地表移动变化和破坏规律, 以及开采对地面建筑物的影响和破坏机理和规律。
2 地形地质条件及测线位置
东山煤矿井田位于太原东山西缘, 西与太原盆地相邻。本区地貌按其成因和形态, 可分为剥蚀侵蚀地貌、黄土地貌和堆积地貌。沟谷纵横, 切割剧烈, 多呈“V”字形, 山顶黄土分布, 沟谷两侧基岩裸露。区内地势东高西低, 东部最高海拔1100m左右, 西部最低860m左右, 相对高差240m。地表地形起伏较大, 上部多为黄土分布, 部分区域有裸露基岩, 其间高差变化较大, 地形较为复杂, 三条测线见图1-1。[3]
3 预计结果三维显示与分析
为更直观地显示预计结果, 利用MATLAB, 将实测数据和预计的数据分别生成三维图及三维图投影下来的等值线图。[4]本文只研究所设置3条观测线上的点在最后一次观测时的变化趋势。
4结论
要准确完整表达整个工作面的沉陷规律, 需有足够的点位实测数据, 由于客观条件的原因, 研究资料只有三条观测线上点的数据, 所以在形成三维图时, 只能描述坐标范围内的大概趋势, 其中下沉、倾斜与实测数据相差不大, 而水平移动、曲率与实测得出数据相差较大。
参考文献
[1]何国清, 等.开采沉陷学[M].北京:中国矿业大学出版社, 1991.
[2]刘宝琛, 廖国华.煤矿地表移动的基本规律[M].中国工业出版社, 1965.
[3]罗亮, 等.矿山地表沉陷预计及其三维可视化研究[J].测绘, 2009, 32 (5) :204-206.
复采工作面地表移动规律初探 篇3
关键词：GPS技术,复采,地表移动
百善煤矿资源储量较少, 经过30余年的大规模开采, 资源几近枯竭。复采将成为回收煤炭资源并延长矿井服务年限的一种尝试。矿区以前建立观测站所求得的地表移动参数均为工作面初次回采下的观测成果, 对复采工作面造成的地表移动变形已不适用, 所以需在复采工作面上建立地表移动观测站, 通过观测求取复采情况下地表移动与变形的参数, 为今后矿区征迁复垦工作提供指导。
FC635工作面 (见图1) 相应地表标高为+29m。该面走向长约324m, 倾斜宽60~128m, 分复采和残采两个部分, 其中复采部分平均遗煤厚度1.0m, 可采面积22641m2, 残采部分平均煤厚2.6m, 可采面积4009m2, 两部分总共地质储量4.9万吨。煤层赋存趋势为风巷高, 机巷低, 煤层底板标高为-185.1m~-224.8m, 煤层倾角5°~25°。
1 方法的选择
FC635工作面为皖北煤电公司及百善矿第一个复采工作面, 回采后重新造成地表农田、建筑物和鱼塘塌陷。那么如何测量地表移动情况?
在矿山地表移动与变形观测研究中, 传统的方法是定期地用水准仪测量高程, 用全站仪测定点位坐标, 但其工作效率低, 工作量大, 且有一定的局限性[1]。而GPS定位技术具有观测迅速、自动化程度高、测站间无需通视、能够全天候观测, 能同时测定点的坐标和高程等优点, 故此次观测工作采用新型GPS定位观测地表移动变形规律, 工作的基本内容就是定期、重复测定工作测点在采动过程中的变化情况, 主要是地表沉降情况。此次建站采用GPS地表直接定位测站, 并采集原始数据。外业采用南方灵锐S86RTK, 即利用新型GPS技术采集测点的数据 (坐标和高程) , 内业通过计算机输出, 再进行观测资料的计算及整理工作。
2 测线布置
本观测站 (部分见图1) 是百善矿首个复采地表移动观测站, 走向观测线横穿鱼塘后沿着路向东南方向延伸, 倾向观测线设置为半盆地观测线, 在下山方向一侧, 观测线控制点在距工作面切眼及收作线190m外;走向观测线直线长度为680m, 倾向观测线直线长度为400m。测点总数50个。
3 数据分析
FC635工作面为不规则工作面, 平均推进1.8-3.6m/d, 工作面回采期间每周观测两次, 在进入地表移动的活跃期后两天观测一次, 观测结果如下:
3.1 工作面回采28m时, 地表开始移动和变形。
3.2工作面回采过程中, 走向主断面最大下沉值为0.97m, 主断面在倾向方向上最大下沉了0.17m (参见下表及相应下沉曲线) 。
3.3 工作面回采42m时, 工作面切眼西北方向55m处房屋围墙出现裂缝, 回采至85m时, 裂缝宽度不再增加。
4 地表移动变形规律及特点
根据实测数据, 得出如下复采工作面的岩移规律及特点:
4.1 工作面地表移动下沉速度与采深、采高的关系
地表移动变形、下沉的速度与采高成正比, 与采深成反比, 复采635工作面平均采深超过228m, 平均采高1.6m, 采深与采高比大。再加上该面顶板已经受过一次采动破坏, 故地表下沉速度较缓, 持续时间较短, 最大下沉速度为24mm/d。
4.2 工作面地表移动下沉影响因素
初次回采后, 上覆岩层的岩体遭到破坏, 地表与岩层移动历经冒落、弯曲、下沉, 沿层面的滑动等形式, 顶板整体已经被破坏, 残采的煤层厚度小, 由于初次回采距今已三十余年, 岩层“三带”已经得到充分发展, 复采后, 岩层移动下沉过程中产生的离层裂隙比初次回采时小, 结果是工作面地表最大下沉量小于采高的数值, 下沉系数为q=0.57。
4.3 工作面回采结束两个月后地表移动趋于稳定, 最大超前影响距为80m左右。
5 结束语
使用GPS技术比传统的全站仪、水准仪建站有快速、高效、灵活优势, 因不需要在地表埋设基桩, 对农田破坏少, 大大降低建站成本, 并避免因埋设基桩和损坏青苗而造成的地矿矛盾, 减少观测站建站和观测费用30万元。
另外, 本次倾向观测线布置偏少, 复采面本身也不规则, 后期由于煤层薄提前收作, 对复采时造成的地面影响结论可能有一定的误差, 需要以后再深入研究。由于本人水平有限, 不足之处肯定很多, 敬请专家批评指导。
参考文献
铁路下开采地表移动变形规律分析 篇4
3208、3203 (煤柱) 工作面位于鹤煤矿区铁路北站西北, 矿区通往四矿铁路线正下方, 标高在-174.2～-185.1之间, 煤系地层全部被新生界地层覆盖。
2 铁路线下采煤的可行性分析
2.1 铁路下采煤方案
根据国内外铁路下采煤已取得成熟理论和经验, 采取对铁路进行采前加固, 采后维修, 倾斜长壁开采方案, 并设置观测点, 随时观测铁路的下沉量, 并及时进行起垫, 以保证铁路的正常运输。采用此方案煤炭资源可以全部回收。
2.2 煤层赋存与开采沉陷
根据地质勘探资料和矿井生产实践揭露地质资料, 主采煤层二1煤赋存稳定, 铁路线下埋藏深度470～510 m, 平均厚8.0 m, 倾角8°～15°, 已开采一层, 采高2.0 m, 现余6.0 m, 地质及水文地质条件简单。二1煤上覆岩层为二叠系山西组与石盒子组的泥岩、砂质泥岩、砂岩等, 第三系与第四系冲积层厚125 m左右, 山西组和石盒子组基岩370 m左右。采用倾斜长壁放顶煤采煤法, 全部冒落法管理顶板。
经计算, 开采冒落带最大高度预计为24.5 m; (1) 地表累计最大下沉值为1.2 m; (2) 开采垮落带高度为24.0 m; (3) 地表最大下沉速度3.5 mm/d; (4) 地表移动延续时间1 097 d。符合《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》规定。
3 工作面布置及采取的措施
3.1 工作面布置
工作面平面积40 310 m2, 斜面积41 136 m2, 纯煤厚6.0 m, 密度1.44 t/m3, 地质储量358 kt, 预计采出率80%, 可采储量286 kt, 工作面沿倾斜方向布置。采用炮采放顶煤采煤方法, 单体柱配合2.0 m的π型梁对棚支护, 二梁五柱, 棚距0.6 m, 采放煤步距0.8 m, 采用多轮间隔折返式放煤法。
工作面沿倾斜方向布置, 其布置方式如图1所示。
3.2 采取的主要开采技术措施
尽量使采动影响线路位于移动盆地主断面附近, 避免线路处于移动盆地边缘, 使采煤工作面推进方向与线路纵向方向一致;缩小采煤步距, 采煤步距由原来的1.0 m, 缩小为0.8 m, 采用多轮放煤法, 以减小每轮放煤的顶板垮落范围, 从而防止地面突然下沉;限制工作面推进速度, 工作面日进度不得大于0.8 m;工作面周边尽量少留煤柱。
3.3 地面采取的主要防范措施
煤柱开采前, 路、矿双方根据上级有关规程、规定制定了一系列安全措施和开采前准备工作:
更换失效及损坏设备;根据《铁路工务规则》要求, 补全线路设备;在地表移动及变形较大的区段、增设轨距拉杆或轨撑;开采前和开采过程中, 备有充足的维修材料。
根据线路移动速度的不同, 巡守工作的组织形式:移动速度较小时, 只需在原来基础上加强巡道, 加强检查, 及时更换损坏的零部件, 使线路经常处于正常状态;移动速度较大时, 对采动线路要设专人昼夜看守, 每通过一趟车全面检查一次, 对于小的故障和失格处应及时消除, 对失格较大则应及时报告工区进行维修;加强维修工作:及时对路基和设备及上部轨床、钢轨、道床、连接零件、道岔、防爬等设施进行维修。
4 地表移动沉陷观测方案的制定
依据原国家煤炭工业局制定的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》及上级有关规程、规定, 对开采影响地表沉陷应设观测站, 共布点18组, 1组2个点, 分别位于铁路轨面及相应路基、固定参照物上, 在影响范围外110.5 m处地表稳定处设原始外引点, 制定观测方案, 对其主要事项进行详细规定。
5 地表移动变形规律分析
5.1 地表下沉影响
3802煤柱工作面于2004年7月26日开始回采, 位于铁路北侧170 m的3205 (南) 工作面于2003年7月30日停采, 该工作面平均采深472 m, 地表移动延续时间按国家煤炭工业局制定的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留有设与压煤开采规程》公式计算应为1 180 d, 即2003年9月30日～2006年12月10日为其延续时间。位于铁路东北侧208 m的3207 (南) 工作面于2004年3月16日停采, 该工作面平均采深487 m, 按《规程》公式计算地表延续时间为1 218 d, 即2004年5月16日～2007年7月28日为其地表延续时间, 铁路基本处于二停采工作面末期影响盆地边缘部位, 3208煤柱工作面始采时期二停采工作面处于地表移动活跃期间, 使观测初期距离二停采工作面的东部观测点较为明显的主要因素 (二停采工作与3208煤柱工作面产生交叉重复影响) , 并使地表移动延续周期延长。
5.2 地表移动变形严重 (剧烈活动) 区域的确定
在地表移动活跃期内对铁路产生了较大的影响, 但这一时期的地表移动并不均匀, 通过对地面设置观测点的实测数据综合分析, 并结合实测下沉曲线图2可以看出, 剧烈活动区域位于2～9号点193.4 m之间, 移动盆地中心位于6号点, 该点位于3203煤柱工作面采动边缘部位, 因下一步将要开采的北站煤柱条带工作面距此仅50余m, 产生重复影响, 所以该段仍是今后应密切监测之部位。
5.3 地表累计最大下沉值确定
预计地表累计最大下沉值1.2 m, 目前最大下沉值0.892 m, 确定预计与实际误差不大。
5.4 地表最大下沉速度的确定
预计地表最大下沉速度3.50 mm/d, 实测最大下沉速度为3.46 mm/d, 预计与实际基本吻合。
6 结论
由于开采铁路下压煤前进行了认真的分析、论证, 制定了较为严密的各项技术措施及地表移动观测方案, 开采期间均付之实施, 在保证铁路行车安全的前提下, 采出煤炭33.6万t, 回收率89.0%, 创造了很好的经济及社会效益, 对“三下”开采地表移动变形程度进行量化分析, 根据下沉速度最大下沉量确定了移动变形的剧烈区, 对今后“三下”开采提供了科学依据。
摘要：分析论证了铁路线下采煤对地表的影响, 并根据岩移资料和有关理论数据确定开采方案, 掌握其开采地表移动变形规律, 采取相应的技术措施, 保证了铁路线的安全运行, 从而为今后的“三下”采煤提供了宝贵经验。
山区地表移动 篇5
1 地表与岩层移动的观测工作
1.1观测的目的和任务是掌握井下采煤对地表移动的影响规律, 有效的对塌陷区域进行防护和综合治理。1.2观测站的设计原则及内容, 国家近年非常重视塌陷区的防护和治理, 该局暂没有井下岩石移动观测的经验。只在兴安、双城、振兴、新一共设立了4个岩移观测站, 定期对4个岩移观测站进行水准测量和平面测量观测;对所观测的成果进行走向和倾斜两个方面的描述。以双城矿岩移观测站为例对地表移动及变形预计进行简单的分析。从8月份在双城地面建立了地表和岩石移动观测站, 对双城矿-310中18-2煤层采煤工作面进行地面塌陷观测。此观测站件基础等级点4个, 分别是GPS1、GPS2、GPS3、GPS4。设计观测线因受地理因素和实际条件的限制, 初步设计走向观测线一条 (非主断面) 设计42个观测点, 实测有效观测点32个;伪倾斜观测线一条 (根据地理位置和地势条件布设-原国铁路线) 设计32个观测点, 实测有效观测点32个, 倾斜观测线半条设计15个观测点, 实测有效观测点14个;12月份又在工作面靠边界的两侧建立了两条倾斜观测线 (非主断面) , 设计62个观测点, 实测有效观测点50个, 见图1。1.3观测站的设置。根据观测站设计方案, 在现场由专门的钻孔队伍打钻, 孔深3米, 埋设直径14mm或18mm号钢筋, 对孔隙用沙石和水泥进行灌注, 在钢筋的露头做一“+”标记, 以方便准确观测。1.4观测工作的组织和观测程序。根据观测站的布设和工作量情况, 对测量工作的组织是, 每个月进行一次高程测量、一次平面测量, 由测量科组织人员分成两组, 先对高程测量进行观测, 待观测结果达到精度后对观测站再进行平面测量。1.5观测方法和精度要求。对于原始数据从7月份开始, 平面测量采用GPS静态测量和全站仪测量。按照5s等级导线测量, 高程测量采用4等水准精度测量。从8月份定期观测, 平面采用图根等级观测, 高程采用等外水准测量。1.6观测成果的计算, 平面观测采用南方公司的GPS以及配套的计算机软件。每月对平面和高程的观测成果提出书面材料和图纸。此工作面预计开采到2007年的9月份, 所以此岩移观测站属于短期观测站。
2 地表移动的一般规律
观测点累计下沉大于10mm, 即认为地表开始移动, 采煤工作结束后, 观测点在6个月内的下沉量不大于30mm视为地表移动已经结束。通过从8月份开始到12月份对该岩移观测站的观测, 初步对实际测量的结果进行分析。此工作面位于双城矿井田的东南部, 上段已经与2005年12月前回采完毕, 还存在着采动后对地面的移动影响, 现在只独立的对该工作面进行描述和观测。此观测线走向方向上的最大下沉点为Z21号观测点, 在走向线的中央 (跨落区的中央) , 下沉值为340m;最小下沉点为Z41, 在走向线东端 (跨落区的边界) , 下沉值为50mm, 倾向方向上的最大下沉点为Q16号点, 在倾向观测线的中央 (跨落区的中央) , 下沉值为365mm;最小下沉值为40mm, 在倾向线的最南端 (跨落区的南部边界) 。综合这5个月的观测数据, 下沉值最大的位置是在观测线的中心部位, 南、东方向变化小。最大下沉值平均每月为70mm, 最小下沉值平均每月为10mm左右。
3 地表移动与变形的预测
地表移动稳定后地表移动盆地的最大下沉值是反映地表移动与变形程度的一个重要参数, 地表的水平移动和各项变形值均与最大下沉值有关, 我国大部分矿区对地表移动盆地的最大下沉值常用一下方法预计。此工作面煤层厚度12.7m, 从2006年2月份开始投入开采。此煤层是倾斜煤层, 倾斜角度在25°左右, 最大下沉值Wo=qmcosa (mm) 。Wo=0.68×12.7cos25=7.827mm。式中q———下沉系数与覆岩的性质和定板管理方法有关, 此工作面采用全部垮落法, 一般认为上覆岩层较硬时q值稍小, 重复采动时岩层移动过程的加剧性很大, 重复采动时的q值显然大于初次采动, 目前这种影响下沉系数的规律还有待于研究。下沉参数该局采用q=0.65-0.7之间, 取0.68。m-煤层法向开采厚度, mm;a-煤层倾角。充分采动或接近充分采动时地表最大水平移动是随地表最大下沉值的增大而增大的。
⑴沿煤层走向方向上的最大水平移动;Uo=b Wo (mm) ;Uo=0.3×7.827=2.348mm;式中b-水平移动系数。一般选用0.3, 可由实测资料分析确定。
⑵沿倾斜方向的最大水平移动;Uo=Wo (b+0.7×ctgθ) (mm) ;Uo=7.827 (0.3+0.7×ctg62) =5.261mm;式中θ———是最大下沉角。该局通过多年的经验对于下沉理论采用三级保护的上山角和下山角分别是53°、62°。
4 矿山沉陷的危害及治理
因煤矿井下开采范围大, 开采层数多, 引起上覆岩层的破坏和变形可波及和影响到地面的湖泊河流、铁路交通、民用住房、工业厂房以及井下的生产等。该局双城矿四井和岭北煤矿开采浅部煤层就曾引起地表塌陷漏斗。更有多处发生塌陷漏斗和塌陷裂隙中掉人、房屋倒塌伤人以及因地面裂隙而导致的煤气和一氧熏人事件。近几年来, 国家对塌陷区的治理和防护给予了高度重视。充分了解和掌握矿井沉陷的规律对于有效对塌陷区域的治理和防护有着重要的意义。我国传统的保护工业广场 (地面建筑、井筒) 、铁路、水体免受采动影响的方法是对保护对象留设保护煤柱。多年来延用的是用移动角法留设保护煤柱。但是随着开采深度的增加, 留设的保护煤柱将愈来愈大, 可见用留设保护煤柱的方法保护工业广场、铁路、水体从技术上和经济上都是不合理的。
5 结论
随着煤炭工业的飞速发展, 三下 (建筑物、水体下、铁路下) 采煤的研究和实施成为我国目前迫切需要解决的问题。所以要及时观测和充分掌握地下采煤引起的地表移动与变形的规律, 为该局的三下采煤奠定可靠的技术保障。
摘要：以双城矿地表移动观测为例, 对地下采煤引起的地表移动观测与塌陷预测进行分析, 为三下采煤提供可靠的技术依据。
关键词：采矿,地表移动,塌陷,分析
参考文献
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[4]矿产督察实用手册, 黑龙江省矿产督察员培训教材, 2008, 8, 20.
矿区地表移动观测站的建立与观测 篇6
地表与岩石移动的研究方法主要有观测法、模拟法和材料模型法等。而主要的方法则是观测法,就是在受开采影响的地表范围内,设置专门的地表移动观测站,通过观测取得大量信息资料,在对这些资料综合分析的基础上,找出各种因素对地表和岩层移动的影响规律,把这些规律用以解决实际问题。岩层与地表移动是一个复杂的过程,受到诸多地质、采矿因素的影响。为通过实地观测找到其移动的规律,按一定要求在开采影响范围内的地表、岩层内部或其他研究对象上设置一系列相互联系的观测点。定期观测这些点的位置及其变化情况,从而找到地表和岩层移动的规律。
1 地表移动观测站的设计
1.1 设计需要收集的资料
设计地表移动观测站前,要具备以下信息资料:(1)设站地区的井上、井下对照图和开采计划图,有利于确定观测地区井下开采和地面位置的对应关系;(2)设站地区的地质和水文资料,如地形地质图、岩层柱状图、煤层赋存条件、覆岩的物理力学性质和水文地质条件等;(3)设站地区的回采工作面设计资料,如巷道布置、开采方法、顶板管理方法、开采厚度、工作面推进速度、回采时间及其周围开采情况等;(4)设站地区的井上、井下测量资料,如控制点、导线点、水准点的坐标和高程等;(5)矿区要备有地表移动资料,如移动角、最大下沉角和松散层移动角等有关参数,如果设站矿区还没有或缺乏上述参数,可选用地质采矿条件相似的相关参数。
1.2 观测站的设计方法
地表移动观测站一般采用剖面线(通常为直线)状与煤层走向垂直或平行。如果受地面建筑物等设施的限制,也可设计成折线或其他形状。为了研究整个移动盆地则需布置成网状观测站。应以线状观测站说明观测线的位置和长度的确定方法。
(1)倾斜观测线位置及其长度的确定。倾斜观测线一般设置在移动盆地的倾斜主断面上,若回采工作面的走向长度大于1.4H0+50m(H0为平均开采深度),也可设置两条倾斜观测线,但至少应相距50m,且应距开切眼或停采线0.7倍的采深以上。
(2)走向观测线位置及其长度的确定。走向观测线应设置在移动盆地的走向主断面上。当工作面的倾斜宽大于0.9H0时,可只设半条走向观测线。走向观测线的位置是在倾斜主断面上确定的。
(3)测点数目及其密度。每条观测线两端都应设置观测站控制点,且每端不得少于两个。如因条件限制,也可只在观测线的一端设置控制点,但不得少于3个。相邻控制点的间距应大于45m。控制点应布设在观测线的工作长度外,不应该受相邻采区或工作面开采的影响。在每条观测线的工作长度之间应布设观测点,观测点的密度一般取决于开采深度。
2 地表移动观测站的观测
2.1 地表移动观测的内容
地表移动观测站观测的主要内容是:定期、重复测定观测线上各测点在不同时期内空间位置的变化情况。可分为观测站的连接测量、全面观测、单独进行的水准测量、地表破坏的测定和编录。
2.1.1 连接测量。连接测量是按照矿区控制网测定出某个测站
控制点的平面位置和高程,再根据该控制点来测定其他观测点和控制点的位置,以便确定观测线与回采工作面间的相互位置关系。连接测量应在工作面开采之前、测站点埋设好10-15天以后进行。
连接测量中测定第一个控制点和观测线交点的位置时应按近井点的测量要求进行。其余控制点的平面位置采用一级导线的观测方法测定,高程连测要高于三等水准测量的精度要求进行。
2.1.2 全面观测。全面观测包括采动前的全面观测和采动后的
全面观测。在连接测量之后,设站地区未受采动影响之前,要对工作测点进行两次全面观测,以确定工作测点在地表移动前的位置。当地表下沉达到50-100mm时,应进行采动后的第一次全面观测;在地表受采动影响稳定后,需进行最后一次全面观测,以确定移动稳定后各工作测点的空间位置。除此之外,还需在地表移动的活跃期(即缓倾斜和倾斜煤层地表每月下沉值大于50mm,急倾斜煤层地表每月下沉值大于30mm)进行不少于四次的全面观测,并适当加密水准测量。
全面观测的内容主要包括测定各工作测点的高程、丈量两相邻工作测点间的距离和测量各测点偏离观测线方向的距离(又称支距)。工作测点和控制点的离程测量应组成水准网,按三等水准测量的要求进行;各测点间的距离须用比长过的钢尺沿观测线往、返丈量,经过改正后的往返测量边长的互差,在边长小于15m时,应小于2mm,当边长大于15m时,不得大于3mm,或采用光电测距仪按四等光电测距边的要求进行。各测点离观测线的支距,应用经纬仪正、倒镜观测或照准另一端控制点后,以一个镜位读数两次取平均值。当经纬仪至所测支距点的距离超过150m时,应在观测线方向上两个测回标定临时测站,再由临时测站测量其他各点的支距值。在最初两次测量同一点的高程相差小于10mm,支距相差也应小于30mm,同一边长相差小于4mm时,可取真平均值作为原始观测数据。
2.1.3 日常观测工作。日常观测工作是指在地表移动的初始期
和衰退期之间适当增加的水准测量工作。进行日常观测工作所间隔的时间,可根据开采深度、回采工作面的推进速度和顶板岩性等具体条件而定,一般每隔1-3个月测量一次。测量时可采用单程附合水准路线或往返支水准路线,按四等水准测量的要求进行。
此外,还要测量地表产生裂缝的位置和塌陷要素,注明发现日期。在每次观测时,还应实测回采工作面的位置、煤层厚度、采高,并记录采矿地质和水文地质情况。
2.2 观测成果的整理与分析
每次观测工作结束后,首先应检查外业记录手簿,保证外业成果无误,然后再进行内业整理工作。观测成果的整理包括计算和绘图两部分。观测成果的计算是根据外业成果首先算出各观测点的高程及相邻点间的水平距离在观测线方向上的投影长度,然后再按测线计算各种移动与变形值。
摘要：本文主要阐述了地表移动观测站的设计需要收集的资料和观测站的设计方法等问题,分析了地表移动观测站的观测内容及观测成果的整理等问题。
山区地表移动 篇7
井下煤炭开采造成的地表沉陷, 随着时间和空间的变化而发生变化[1,2,3,4]。由于地质条件的改变, 地表移动变形规律及预测参数都将发生巨大变化[5]。为了更好地掌握岳城矿的地表移动变形规律, 获取岳城矿区地表移动变形参数, 为今后“三下”压煤开采和留设保护煤柱提供基础数据, 指导矿井安全生产。因此, 对岳城矿区进一步开展地表岩移观测显得尤为重要。
1 工作面概况
岳城煤矿位于沁水县东南部, 井田东西长约6.25km, 南北宽约1.76 km, 井田面积约13.859 7 km2。1307工作面地表及其附近区域内, 地表西北低东南高, 区域内地物稀少, 地表松散层极薄, 属山地丘陵地貌。该工作面为一走向北东的向斜构造, 两翼煤层倾角较大, 煤层倾角0°~13°, 平均倾角为6, 工作面走向长365.7 m, 倾向长206.0 m, 采用走向长壁式综合采煤和全垮落式顶板管理方法, 工作面推进速度为5.5 m/d。
2 地表移动观测站设计
2.1 观测形式
工作面地表及其附近区域, 地物稀少, 设计为延走向和倾向方向且成十字形观测线的线状观测站。依据相关公式并综合考虑规则布点, 故取走向观测线长度为1 270 m, 倾斜观测线长度为1 145 m。
2.2 测点数的确定
根据实际情况, 走向和倾向观测线各点间距选取50 m, 其中C1~C6为控制点, 1号~61号为观测点, 观测站布设情况见表1、图1。
3 地表移动变形规律研究
根据实际的观测数据, 得出实测地表移动变形最大值, 见表2。并对下沉曲线、水平移动、曲率等进行综合分析如下。
走向、倾向观测线各观测期下沉曲线, 及地表沉陷达到稳定状态时的水平移动、曲率等曲线见图2~图7。
由图2和图3可知走向观测线和倾向观测线最大下沉处和下沉值分别为58号点3 923 mm和17点3 900mm, 走向观测线和倾向观测线最大下沉值基本一致, 下沉曲线也比较规则。由图2走向观测线下沉曲线可知, 地表下沉超前距为145 m, 由于平均采深为406.5 m, 依据公式得出超前影响角为70°, 下沉系数为0.65。由图5和图7可知走向、倾向观测线最大正曲率为0.18 mm/m2、0.19 mm/m2, 最大负曲率为-0.29 mm/m2、-0.27 mm/m2。由图4和图6可得走向观测线最大水平移动为1 158 mm和-1 140 mm, 倾向观测线最大水平移动为1 227 mm和-1 063 mm, 结合最大下沉值可知水平移动系数为0.3。同时, 结合倾向观测线最大下沉点处的下沉与水平移动之间的关系, 计算得出开采影响角为87°。
4 结语
通过对岳城矿1307工作面地表移动观测及分析计算, 得出1307工作面开采对地表下沉和水平移动变形均有较大的影响。同时获得了超前影响角、开采影响角、下沉系数和水平移动系数等参数, 这为岳城矿进行“三下”采煤和留设保护煤柱提供了参考依据。
参考文献
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