大强煤矿首采工作面地表下沉变形规律研究
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回采工作面地表沉降观测及规律研究随着我国煤炭资源的不断开采,煤炭开采对地质环境的影响也日益突出。
回采工作面地表沉降现象是煤炭开采中普遍存在的问题之一。
因此,对回采工作面地表沉降的观测及规律研究,具有重要的意义。
一、回采工作面地表沉降的原因分析回采工作面地表沉降主要原因是煤炭开采过程中煤层的变形和岩层的破坏,导致地层的体积变化,使地表产生彻底或部分沉降。
在煤炭开采过程中,煤层的变形是引起地表沉降的主要因素。
开采时,煤层受到采场顶板、底板以及外界地应力的影响,引起内部应力的变化,从而导致煤层的变形和收缩。
当煤层的变形量超过一定程度时,就会导致地表的沉降。
此外,岩层的破坏也是导致地表沉降的原因之一。
当岩层破裂,裂隙扩展时,岩层受到的应力分布会发生变化,导致地表沉降。
此外,当岩层中存在裂隙、节理等弱面时,岩层中的压力会集中在这些弱面上,加重了地表沉降的程度。
回采工作面地表沉降的观测方法主要有水准测量法和位移传感器法两种。
水准测量法是指用水平传感器将测量点的相对高程与一定基准点的高程比较,测得地表相对高程变化。
水准测量法具有精度高、数据稳定等优点。
但测量周期长,不能及时得出结果。
位移传感器法是指在测点周围安装位移传感器,测量地表在竖直方向的位移。
位移传感器法的优点是测量精度高、实时性强,能够及时发现地表沉降的变化,及时采取措施。
回采工作面地表沉降的规律是指随着开采深度的增加,地表沉降的变化趋势及其与时间的关系。
通过研究回采工作面地表沉降规律,可以为煤炭开采中的地质灾害防治、煤炭资源的合理开采提供参考。
研究表明,回采工作面地表沉降与开采时间、采高、采煤方法、覆岩厚度等因素都有关系。
一般来说,随着开采时间的增加,地表沉降量也随之增加。
采高的大小对地表沉降也有影响。
采用复杂工艺的采煤方法,地表沉降也比较大。
覆岩厚度越大,地表沉降量也越大。
总之,回采工作面地表沉降的特点和规律研究,对于煤炭开采中的安全生产和煤炭资源的合理开采具有重要意义。
煤矿地表塌陷规律及预测方法探讨煤矿地表塌陷形态多样、破坏程度可大可小,与开采深度、开采活动、矿体倾角、工作面开采区域、工作面数等因素有关。
我国常用的煤矿地面沉陷预测方法包括经验法、负指数法、概率积分法等。
概率积分法理论、方法基本成熟,国内正积极构建基于GIS技术构建的沉陷数据管理系统,已取得一定进展,但进行推广应用尚有一段时日。
标签:煤矿地表塌陷规律预测我国是一个煤炭资源利用大国,煤炭开采量居世界第一位,煤炭产生能源约占我国总能源消耗75%~80%,煤炭还是煤炭化工重要原料,为国民经济发展做出了巨大的贡献[1]。
但与此同时,煤炭开采与利用也带来一系列社会、环境问题。
我国煤炭多埋藏于地下,煤矿开采主要依赖于地下开采,约占90%。
地下开采可能致地表土地大面积塌陷、损毁,破坏耕地、林地以及地面建筑,存在安全隐患。
近年来,煤矿地表塌陷事故屡见不鲜,累计塌陷面积已达100km2,塌陷所造成的损失大、影响深远、恢复困难,引发的社会的广泛讨论。
深入研究煤矿地表塌陷,并进行预测,是降低煤矿塌陷危害的可行方法,本次研究就此进行探讨。
1煤矿地表塌陷规律1.1煤矿地表塌陷主要表现煤矿引起的地表塌陷具体表现不尽相同,按照形态、破坏程度大体可分为两类:(1)浅部开采,急倾煤层或厚煤层形成的漏斗状陷坑、台阶状断裂,此类塌陷往往发生较突然,破坏性较大,但多仅限于局部,范围小;(2)深部开采,急倾煤层和开采深度大、倾角较小的煤层发生大范围平缓下沉,发生较缓,但也可造成较大的损失,损毁地面构筑物。
按照塌陷体积与深度占开采面比重高低可分为充分开采塌陷与非充分开采塌陷,前者占比在70%以上,只有当采煤区长、宽尺寸达到过超过开采深度1.4倍才可能发生,后者占比在70%以下,可发生于任何类型开采区[2]。
通常来说,除开采区外,地下还留存各种未开采或无开采价值的煤柱,这些煤柱对地面具有一定的支撑作用,使地面塌陷空间并不完全与矿道相同,形成凹凸不平的复杂形状。
第42卷第8期能 源 与 环 保Vol 42 No 8 2020年8月ChinaEnergyandEnvironmentalProtectionAug. 2020 收稿日期:2020-04-07;责任编辑:刘欢欢 DOI:10.19389/j.cnki.1003-0506.2020.08.043作者简介:王小凤(1983—),女,江苏新沂人,工程师,2006年毕业于中国矿业大学,主要从事煤矿地测技术管理工作。
引用格式:王小凤,赵迎春.大采高采煤工作面地表岩移规律研究[J].能源与环保,2020,42(8):199 203.WangXiaofeng,ZhaoYingchun.Studyonlawsofsurfacerockmovementofcoalfacewithlargeminingheight[J].ChinaEnergyandEnviron mentalProtection,2020,42(8):199 203.大采高采煤工作面地表岩移规律研究王小凤,赵迎春(鄂尔多斯市转龙湾煤炭有限公司,内蒙古鄂尔多斯 017200)摘要:煤矿开采对地表的建筑物、生态环境等产生了影响,为了实现煤矿的可持续发展,需要对开采沉陷规律进行研究。
采用现场观测的方法,布置了倾向观测线和走向观测线,对大采高23201、23103采煤工作面进行了全面观测和日常观测,并对观测结果进行了分析,确定了大采高采煤工作面地表沉陷的规律。
该地表沉陷规律符合概率积分法预计模型,为“三下”开采保护煤柱的留设提供了理论依据。
关键词:大采高;采煤工作面;沉陷观测;地表沉陷规律中图分类号:TD325 文献标志码:A 文章编号:1003-0506(2020)08-0199-05StudyonlawsofsurfacerockmovementofcoalfacewithlargeminingheightWangXiaofeng,ZhaoYingchun(ErdosZhuanlongwanCoalCo.,Ltd.,Erdos 017200,China)Abstract:Coalmininghasanimpactonthesurfaceofthebuilding,ecologicalenvironment,etc.,inordertoachievethesustainablede velopmentofcoalmines,miningsubsidencelawneedstobestudied.Usingthemethodoffieldobservation,theinclinationobservationlineandstrikeobservationlinewerearranged,andthecomprehensiveanddailyobservationwerecarriedoutonthelargeminingheight23201and23103workingfaces,andtheobservationresultswereanalyzed,thelawofsurfacesubsidenceinlargeminingheightcoalfacewasdetermined,too.Thelawofsurfacesubsidenceaccordswiththepredictionmodelofprobabilityintegralmethod,whichprovidesatheoreticalbasisforthesettingofprotectivecoalpillarin"ThreeUnder"mining.Keywords:largeminingheight;coalface;subsidenceobservation;subsidencelaws0 引言煤层开采会造成地表不同程度的变形,并形成沉陷盆地[1 3]。
回采工作面地表沉降观测及规律研究一、引言煤炭是我国重要的能源资源,其开采是我国能源产业的重要组成部分。
煤矿回采工作是煤炭开采的重要环节,同时也是煤矿生产中存在的一个重要问题。
在煤矿回采过程中,地表沉降是一种普遍存在的现象,它直接影响着地表的稳定性和周边环境的安全。
地表沉降的研究对于煤矿开采的安全和环境保护具有重要意义。
通过对回采工作面地表沉降规律的研究,可以为预防和减少地表沉降提供科学依据,并指导着煤矿生产的持续稳定发展。
二、回采工作面地表沉降的影响因素1. 地质条件:地下矿床的类型、倾角、埋深等因素都会对地表沉降产生影响。
2. 煤层开采方式:采煤工艺和采煤工序的不同,都会对地表沉降产生不同的影响。
3. 回采工作面的规模:回采工作面的规模越大,挖掘煤炭的数量越多,地表沉降的影响也越大。
4. 支护方式:支护方式的不同会影响到地下空间的稳定性,进而影响地表的沉降情况。
5. 采空区域的管理:对采空区域的管理不当,将导致地表的大范围沉降。
1. 自然地面观测法:通过自然地面的标志(如建筑物、树木等)来观测地表的沉降情况。
2. 地面测量法:利用地面测量设备进行测量,如全站仪、GPS等。
3. 地下测量法:通过在地下进行测量,获取地表沉降的数据。
四、地表沉降规律的研究1. 地表沉降的时间规律:在煤矿开采过程中,地表沉降并非一蹴而就,而是一个长期的过程,其时间规律性也需要我们关注。
2. 地表沉降的空间规律:不同地区、不同煤矿的地表沉降情况也会有所不同,需要针对性的研究。
1. 对地表设施的影响:地表的沉降会对地面的建筑物、道路、管线等设施产生不利影响,影响设施的使用寿命。
2. 对地下水系统的影响:地表沉降会影响地下水系统的流动方向和流速,可能导致地下水系统的变化。
3. 对生态环境的影响:地表沉降对周边的生态环境也会产生不利影响,影响当地的植被和野生动植物的生存。
1. 地表沉降的预测:通过对地表沉降规律的研究,可以对未来的地表沉降情况进行预测,为采取预防措施提供科学依据。
煤矿井工开采引起地表变形问题探究摘要:煤矿井工开采中,因为会受到各种矿山地质环境造成的影响,会出现沉降、塌陷、裂缝等地表问题,不仅影响了采矿单位的经济发展,同时也会给企业带来严重的经济损失。
要想降低煤矿地表变形出现损失,在矿山开采中要研究变形的机理和规律等特点,对于变形等问题要进行预测,来降低地表变形问题,因此,要重视煤矿井工开采地表变形的机理,同时分析阐述变形等各种问题。
关键词:煤矿井工;地表变形;探究引言:在煤矿井工开采中,因为会受到各种因素的影响,会造成地表变形等问题,让煤矿安全隐患的发生率有所上升,因此要采取有效的措施针对地表变形开展动态的监测,同时采取合理地措施进行预防,才能降低地表变形等问题发生。
本文将阐述煤矿井工开采中引发地表问题因素进行研究,确保煤矿开采工作的顺利开展。
1 煤矿井工开采引起地表变形的形式分类1.1地面沉降地面沉降主要是由于地下空间缺失导致土地下沉,使地面出现碟状洼地。
地面沉降能够对建筑物、生活生产设施等造成损害,例如:生活区域产生积水,海水倒灌等问题。
1.2地面塌陷地面塌陷主要是指人员所在的洞室、巷道位H的土地失去其原有的稳定性而突然之间塌陷掉落,出现地面下沉、开裂等现象。
地面塌陷造成的地表变形,其速度相对较快、变形量较大,而且事发较为突然,很难在,故发生之间进行预判,此外,地面塌陷一旦发生,将导致地面上的建筑物损坏,严重时发生倒塌,公路、桥梁等交通通道损害.甚至威胁着人们的生命安全,造成人员伤亡的后果。
1.3地裂缝地裂缝主要可以分成两个方面:(1)第一方面是永久性的裂缝,这种裂缝带处于煤矿开采区域的边沿拉抻K域,裂缝通常与煤矿开采区域的界限相平行.总的来看,其宽度相对较宽、深度相对很深。
这种情况下的地面裂缝.往往在以下三种情况下有可能再次重新合拢,一是在其紧紧相邻工作面进行煤矿开采,二是使用人工对裂缝进行充填,三是在天然作用的情况下,但是此种情况时间相对漫长。
(2)第二方面是动态的裂缝,在煤矿开采工作面的推动下,动态裂缝往往发生在煤矿开采工作面前面方位地处于动态的拉伸区域。
探析煤矿井工开采引起地表变形问题摘要:本文着重分析了煤矿井工开采过程中产生的地表变形问题,针对实际问题提出了相应的优化策略,既能保证开采的效率,又能保护环境,以及降低采煤过程中出现的环境问题,从而达到防治环境污染的目的,以此来提高煤炭开采的效率和质量。
关键词:煤矿;开采;地表变形在矿井生产中,各种因素都会导致地表变形的产生,从而提高矿井的安全风险,因此必须对地表变形进行实时动态监测,并采取相应的措施,减少地表变形的发生。
本文通过一家煤矿的实例,对煤矿井工开采所引发的地表变形问题进行了剖析与探讨,从而保证了矿井的正常生产。
1煤矿井工开采引起地表变形的形式分类井工开采产生的地表变形指的是由于开采而引起的地面沉降、地面裂缝、地面塌陷等地质灾害。
从定义上讲,它主要分为三类。
1.1地面沉降地面沉降的原因地表塌陷,形成了一个碟形的凹陷。
地面沉降会对建筑物、生活设施等产生危害,如生活场所出现积水、海水倒灌等。
1.2地面塌陷地面塌陷是指洞室、巷道等区域的地面突然崩塌,导致地面下沉、开裂。
由于地表塌方所引起的地表变形,其变形量相对较大,且发生的时间比较短,难以预测。
而且,一旦发生塌方,会引起地面建筑物的破坏,严重时会引起公路、桥梁等交通要道的破坏,严重时会危及人身和财产的安全。
1.3地裂缝(1)首先是在煤矿采掘区边缘拉伸区内的永久裂缝,这些裂缝一般平行于矿井采掘区的边界,总体上,它的宽和深度相对较深。
在这样的情况下,有三种情况会发生,一是在邻近的工作面上进行采矿,二是利用人工来填充裂缝,三是自然现象,但需要很长一段时间。
(2)二是动力断裂,由于受矿井工作面的驱使,在工作面前方方向上处于动态张拉区,常出现动态裂缝。
动态裂缝呈弓形分布,与永久裂缝的宽度、深度相比,其宽度和深度较短,与采掘工作面大致平行,但与采掘工作面的推进方向垂直。
为了使动态裂缝重新闭合,必须在采场持续的作用下,将动态张拉带改为动态压缩带,这样才能使动态裂缝闭合[1]。
大强煤矿首采工作面地表下沉变形规律研究作者:佟玉娥
来源:《科学与财富》2017年第24期
摘要:为了获取大强煤矿地表岩层移动和变形的分布规律及其主要参数,在大强矿首采工作面S2901工作面上方地表岩层移动范围内布设地表岩层移动观测站并定期进行观测,结合首采S2901工作面上方地表实际情况,布设两条观测线:一条倾向观测线和一条走向观测线。
其工作测点布设于沉陷范围之内,以采动前全面观测为基础数据进行沉降观测,根据各个时期的观测数据进行内业计算并进行分析总结,最后确定大强矿地表岩层移动和变形的分布规律及其主要参数。
关键词:移动;变形;观测站;规律
1.引言
大强煤矿井田位于辽宁省康平县张强镇及内蒙古通辽市科尔沁左翼后旗的交界处,东距康平县25Km。
范围:东以地卜、华家、孟酒局子连线为界,西以官宝、十二家子连线为界,南以三棵树、后辛屯、前辛屯连线为界,北以扎兰营子、地卜连线为界。
井田东西宽6.87km,南北长7.92km,面积 54.41 。
勘查深度为1780m,标高-1650m。
大强煤矿设计年产150万吨。
大强矿S2901工作面工作面宽度240米,平均长度1150米,最大采深1240米,最小采深1040米,平均采高9.5米,走向坡度 10—15°,采煤方法:综采放顶。
该工作面为首采,地质情况复杂,断层纵横交错,国内尚没有此类条件下采煤的先例。
于2014年 2月开始回踩,2015年10月25日回采结束。
2.建站目的及地质构造
2.1建观测站的目的
设立首采S2901工作面观测站的目的是为了取得大强煤矿地下煤层开采后,采动地表的移动、变形及破坏规律,包括各种移动角、边界角、最大下沉角、移动与变形预计等参数;在矿区总体规划、环境评价和矿井设计时,为建筑物、水体、铁路及主要井巷的压煤开采论证提供评价依据;为安全合理的留设保安煤柱提供技术参数,也为安全合理开采保安煤柱提供理论依据。
2.2地质构造
工作面开采1煤层,为单斜构造,煤层走向70~80°、倾向160~170°、倾角10~15°,本工作面内有7条断层,分别是HDF88-f3、HDF97、HDF117、HDF120、HDF121、F5、
HDF119号断层。
煤层有4-12个自然分层,夹矸3-11层,煤厚度5.25~8.32m,平均厚度为6.88m;煤层厚度4.81~11.2m,平均厚度9.35m;夹矸厚度0.05~3.99m,平均厚度1.41m,岩性为泥岩、炭质泥岩、粉砂岩。
初期回采1煤层,厚度4.81~7.0m,回顺回采400m,运顺回采300m处时,1煤层1-1层煤合成,厚度9-11.2m,回顺回采700m,运顺回采1200m处时,煤层厚度8-9m,回采至采止线煤层厚度6-7m。
1煤层顶板为泥岩,灰黑色,厚度70.0~75.0m,平均厚度73.0m,上部为粉砂岩、粗砂岩;煤层底板为泥岩,浅灰色,厚度0.45~0.55m,平均厚度0.50m,下面为细砂岩、中砂岩,灰绿色,厚度2.40~2.60m,平均厚度2.50m;老底为泥岩。
3.建站
3.1观测线布置
结合首采S2901工作面上方地表实际情况,布设两条观测线:一条倾向观测线和一条走向观测线。
根据地表沉陷预计数据(采用大平矿参数预计)来确定地表移动盆地的边界范围(取下沉2mm为地表移动盆地边界)。
为了减少征地,降低建站成本,两条观测线分别沿着大车道布置,倾向观测线全长2452m,走向观测线全长1812m。
根据开采深度,布设工作点间距为50m。
为了保证测点有效密度,在变形比较大的观测线范围内增加了测点的密度。
倾向观测线布置54个测点,走向观测线布置39个测点。
总计93个观测点。
在观测线长度以外设置观测站控制点。
倾向线4个,走向线2个,控制点据最外测点距离为70m,两条测线共计布置6个控制点。
在观测站观测期间,以控制点的空间位置(x,y,z)做为观测站的起算数据。
3.2埋设测点
在采动过程中,需要定期观测测点的空间位置,以反映地表点的移动情况。
因此,测点的埋设深度应在本地区冻土深度以下0.5m,本区历年平均冻土深度1.3m,最大冻土深度1.5m,从而测点深度为2.0m,并保证它和土层密实固结,以使测点和地表一起移动;同时考虑冬季冻土时间长,解冻之前测点不随地表下沉现象发生,测点在距地表1.5米范围内围一层油毡纸,以确保测点正常下沉。
测点采用现场水泥灌注桩,为了有利于保存,测点尽量设在路边,标志与地面一平,以防车辆通过时损坏。
4.地表移动观测站观测
4.1联接测量
在观测点埋设好点位固结之后,为了保证与井下坐标、高程系统一致,首先进行了观测站控制点与矿区控制网之间的联测,确定主要控制点的平面位置和高程。
然后再根据它来测定其余的控制点和工作测点的平面位置。
平面连接测量采用GPS快速静态单频观测方法进行,精度为E级。
高程连接测量采用Ni007自动安平水准仪和线条式铟瓦水准标尺以三等水准测量的精度进行观测。
平面和高程起算控制点为矿区GPS点,达子营(T453)和后辛屯(T322)。
4.2首次观测
全面观测的平面位置采用GPS-RTK方法测量,直接测定点的平面坐标。
具体做法如下:
⑴在连接测量中构成GPS控制网上的观测站控制点设置基准站;
⑵在开始测量前,RTK测量手簿中的测量参数设置为120个历元。
⑶在测点上架设仪器对中整平,仪器高要量两次,读至mm,取中数后输入手簿。
⑷每个点独立观测两次,计算出点位的平均值作为采前测点的平面位置数据。
全面观测的高程观测按着三等水准精度进行,每条观测线进行往返观测,各观测点往返高程之差不大于±10mm,取平均值作为采前测点的高程值。
4.3日常观测
日常观测指的是首次和末次全面观测之间适当增加的高程测量工作,由于下沉速度缓慢,基本上每月观测一次,共观测25次,观测结果及时的发送给大强矿地测大队,以利于对地面建(构)筑物变形的掌控及处理。
4.4最终观测
由于该工作面地表下沉量偏小,与2016年10月进行了最终观测。
平面位置采用GPS-RTK方法测量,历元数设置120,高程采用四等水准进行。
5观测过程中发生的问题
5.1测点被破坏
由于测点设在道边,有的测点很快被车压坏;村里要修“村村通”,对原有道路加宽、加高、整平,一些测点被挖,被埋;最为严重的是村里安装自来水,铺设条管路挖沟,将半条倾斜线上的测点几乎全部破坏。
5.2控制点受另一工作面下沉影响
在每月进行日常高程观测过程中,发现倾斜线起始控制点R1、R2及GPS点达子营下沉,怀疑是受另一开采工作面下沉影响所致。
6.观测成果简单分析
(1)通过对高程的日常观测,初步可以判定当工作面回踩到220米时,下沉波及到地表,相当于采深的0.18倍;
(2)S2901工作面岩移站最终存在的测点保存的基本都比较完整,观测成果是可信的;
(3)从最终观测成果看,地表下沉量和水平移动量不大,简单方法很难求出各种参数;
(4)因两条观测线的布设不在主断面上,测点也不再一条线上,观测结果是单点的平面和高程位移,所以应采用适当的方法求取各种参数。
(5)地表下沉量小的原因:采深大必然下沉缓慢、时间长;断层多对下沉和变形会产生影响,不符合正常下沉规律;工作面偏窄,没有达到充分采动,所以如果临近工作面开采,下沉还将继续。
参考文献:
[1]桌建成.工程控制测量建网理论【M】.成都:西安交通大学出版社.
[2]朱鸿禧,杨忠秀.测量学【M】.徐州:中国矿业大学,1995.。