厚松散層綜放開采地表移動(dòng)規(guī)律與數(shù)值模擬.pdf

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1、第3期礦山測(cè)量NO．32015年6月MINESURVEYINGJun．2015doi：10．3969／j．issn．1001—358X．2015．03．16厚松散層綜放開采地表移動(dòng)規(guī)律與數(shù)值模擬張紅鳥(潞安環(huán)能股份公司常村煤礦，山西長(zhǎng)治046102)摘要：大量的觀測(cè)研究和生產(chǎn)實(shí)踐表明，不同地質(zhì)采礦條件下地表的巖移規(guī)律、巖移參數(shù)存在很大差異。文中以實(shí)測(cè)資料為基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)值模擬計(jì)算，深入分析了常村礦厚松散層綜放開采條件下地表移動(dòng)變形規(guī)律及機(jī)理，求取了巖移預(yù)計(jì)參數(shù)和巖移角值，本研究成果對(duì)建筑物下壓煤開采及保護(hù)煤柱的留設(shè)具有一定的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：厚松散層；綜放開采；開采沉陷；數(shù)值模

2、擬中圖分類號(hào)：TD325．2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1001—358X(2015)03—0047—03近年來(lái)，綜采放頂煤技術(shù)在開灤、晉城、潞安等直接頂板為黑色泥巖，平均厚1．93m；老頂為灰黑色礦區(qū)大量應(yīng)用，該技術(shù)適用性好，安全性高，現(xiàn)已成粉砂巖，平均厚3．33m；直接底板為黑色泥巖，平均為我國(guó)厚煤層開采的主要方法。然而綜放開采引起厚0．9m；老底為灰色細(xì)砂巖，平均厚1．1m，以石英的地表移動(dòng)變形更為劇烈，特別是在厚松散層開采為主。條件下，采動(dòng)區(qū)地表的移動(dòng)與變形表現(xiàn)出新的特征，2地表移動(dòng)觀測(cè)對(duì)建構(gòu)筑物的危害更大。本文以潞安礦區(qū)常村煤礦地表巖移觀測(cè)站實(shí)測(cè)資料為基礎(chǔ)，對(duì)厚松散層綜

3、放根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地形地貌條件，在工作面上方地表開采條件下的巖移規(guī)律及特點(diǎn)做了一些有益的探布設(shè)了2條觀測(cè)線，即A線、B線，見圖1。A線沿小討。路布設(shè)，B線布設(shè)于工作面走向主斷面上方，測(cè)點(diǎn)采用預(yù)制混凝土測(cè)樁，現(xiàn)場(chǎng)埋設(shè)，觀測(cè)線情況見表l。1開采條件試驗(yàn)面S6—7工作面為采區(qū)首采工作面，周圍均未開采，該面為一傾斜長(zhǎng)臂面，推進(jìn)長(zhǎng)度1400m，開采寬度280m。開采山西組3#煤，采厚6．2m，傾角3。，開采標(biāo)高+520～+590m，地面標(biāo)高+914m，開采時(shí)間2012年8月～2014年2月，正常推進(jìn)速度為3．66m／d。采煤方法為放頂煤一次采全高，全部垮落法管理頂板。上覆地層巖性主要為中、細(xì)

4、粒砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖及第四系黃土，其中黃土層厚度為132m。煤層圖1觀測(cè)站平面位置示意圖表1地表巖移觀測(cè)站情況動(dòng)變形值，并繪制了不同時(shí)期部分測(cè)點(diǎn)的下沉曲線，3地表移動(dòng)變形參數(shù)及規(guī)律見表2、圖2。由圖可以看出，地表下沉盆地邊界附3．1地表下沉形態(tài)近曲線異常陡峭，邊界內(nèi)側(cè)下沉量大，邊界以外較為根據(jù)觀測(cè)資料，計(jì)算了地表巖移測(cè)點(diǎn)的最大移平緩，影響范圍較大。47第3期礦山測(cè)量2015年6月表2地表最大移動(dòng)變形值3．2地表移動(dòng)變形參數(shù)(1)角值參數(shù)根據(jù)下沉盆地主斷面上移動(dòng)變形值的大小及移A線420040142018～一21動(dòng)特征，求取了上山、走向方向巖層移動(dòng)的邊界角、B線4090281

5、35018～一18移動(dòng)角和裂縫角，見表3。(2)動(dòng)態(tài)巖移參數(shù)在采動(dòng)過(guò)程中，測(cè)點(diǎn)都會(huì)經(jīng)歷起始、活躍、衰減、終止的過(guò)程，它在時(shí)間上和空間上的變化過(guò)程具有一定的規(guī)律性。根據(jù)實(shí)測(cè)資料，繪制了測(cè)點(diǎn)的下沉速度曲線，見圖3，并列出了動(dòng)態(tài)巖移參數(shù)，見表4。(3)概率積分法預(yù)計(jì)參數(shù)采用概率積分法對(duì)地表實(shí)測(cè)下沉曲線進(jìn)行擬合圖例——+一201010l5求參，確定巖移預(yù)計(jì)參數(shù)見表5。——-●一201211203．3地表移動(dòng)變形特征——e—一20121226——日一20130613(1)地表沉陷變形劇烈，變形分布集中。與一般地質(zhì)采礦條件下相比，厚松散層綜放開采條件下地表下沉系數(shù)偏大，下沉速度快，在采動(dòng)

6、過(guò)程中，巖層圖2下沉曲線與地表出現(xiàn)快速、連續(xù)的移動(dòng)與變形。表3巖移角值＼＼項(xiàng)目邊界角(。)移動(dòng)角(型堡魚——松散層移動(dòng)角一名疊：：：壁!!壁：：：：60626870777955下沉系數(shù)g主要影響角正切t水平移動(dòng)系數(shù)b影響傳播角系數(shù)拐點(diǎn)偏移系數(shù)S／H0．11(3)在時(shí)間上和空間上地表移動(dòng)變形更為集中。下在時(shí)間上，地表移動(dòng)變形集中在活躍期，活躍期約占總移動(dòng)時(shí)間的28．1％，下沉量占總沉降量的83．9％左右；在空間上，地表移動(dòng)變形集中在工作面正上方及邊界附近，邊界以外下沉值很小。4數(shù)值模擬分析4．1計(jì)算模型為進(jìn)一步分析厚松散層綜放開采條件下地表移圖3地表下沉速度曲線動(dòng)變形規(guī)律及機(jī)理

7、，應(yīng)用大型非線性有限差分軟件(2)地表下沉曲線拐點(diǎn)兩側(cè)具有不對(duì)稱性。拐FLAC，對(duì)綜放工作面巖層的破壞程度以及對(duì)地表點(diǎn)內(nèi)側(cè)曲線變化迅速，下沉值快速增大；拐點(diǎn)外測(cè)曲的影響規(guī)律進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。模擬工作面開采線收斂較慢，在開采邊界附近曲線趨于平緩，影響范寬度為280m，推進(jìn)長(zhǎng)度為1400m，煤層采厚為圍較遠(yuǎn)。6．0m，采深為358m。圖4為數(shù)值計(jì)算模型示意圖。48