2000年第1期
中州煤炭
总第103期
收稿日期:1999-10-12
作者简介:郝延锦(1965-),男,山西翼城县人,讲师,硕士,现从事开采沉陷方面的教学与研究工作。
拐点偏移距的影响因素及形成机理
郝延锦,吴立新
(中国矿业大学北京校区,北京 100083)
摘要:在整理和分析实测资料的基础上,研究了拐点偏移距的统计规律,并分析了拐点偏移距在开采过程中的形成机理。
关键词:拐点偏移距;硬岩层;采深;采动系数中图分类号:TD821 文献标识码:A 文章编号:1003-0506(2000)01-0004-02
在开采沉陷预计中,概率积分法是应用最广的一
种预计方法,拐点偏移距是其预计过程中的一个重要参数,它的大小直接影响着预计地表下沉盆地的形状和范围,目前要提高概率积分法的预计精度,重要的是要提高它的预计参数的准确性,因此,研究拐点偏移距的变化规律和形成机理具有重要的意义。
1 影响拐点偏移距的因素
1.1 硬岩层对拐点偏移距的影响
根据规程规定:岩层硬度系数f >6的属坚硬岩层,硬度系数f =3～6的为中硬岩层,硬度系数f <3的属软弱岩层。一般情况下认为,如果覆岩中硬岩层所占比例较大,那么拐点偏移距也较大。但对我国各主要矿区(77个煤矿或观测线,工作面的地质采矿条件为较薄松散层、开采厚度平均2.6m 、均为走向长壁开采、全陷法管理顶板)实测的、比较完整的地表移动资料进行综合分析后发现:拐点偏移距的大小和拐点偏移距的正负与硬岩层所占覆岩比例的大小没有显著的统计关系,也就是说,有的工作面覆岩中硬岩层所占比例较大且拐点偏移距较小,而有的工作面覆岩中硬岩层所占比例较小且拐点偏移距较大。例如包头河滩沟矿西二区,硬岩层占覆岩比例为91%,拐点偏移距为-30.5m ,而彩屯矿走向硬岩层占覆岩的比例为64%,拐点偏移距为+52m 。还有覆岩中同样没有硬岩层,但也有出现较大的正偏移距和负偏移距的现象。从统计中还发现:拐点偏移距为负值的比例为58%,拐点偏移距为正值的比例为38%,拐点偏移距为0的比例为4%。1.2 采深对拐点偏移距的影响
在对实际资料分析中发现,采深对拐点偏移距的影响较为显著,如图1是采深与正拐点偏移距的关系曲线图,图2是采深与负拐点偏移距的关系曲线图
。
图1 采深与正拐点偏移距曲线
从采深与拐点偏移距的回归曲线(图1和图2)中可以看出,无论是正拐点偏移距还是负拐点偏移距都是随着采深的增大而增大,但正拐点偏移距随采深变化的曲线要比负拐点偏移距随采深变化曲线陡峭,即采深对正拐点偏移距影响较大,对负拐点偏移距影响较小;但对何时出现正拐点偏移距、何时出现负拐点偏移距的机理有待进一步研究和探讨
。
图2 采深与负拐点偏移距曲线
1.3 采动程度对拐点偏移距的影响
采动程度是指地下矿层开采使得地表移动和变形的程度,它一般情况下可用采宽与采深的比值(D /H )来表示,其表达式为
n =K D H
式中 D —工作面的采宽,m ;
H —工作面的平均采深,m ;
K —小于1的系数,由实测或类比确定,一般取
0.8;
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2000年第1期郝延锦等:拐点偏移距的影响因素及形成机理总第103期
n —采动系数,当n ≥1时为充分采动,当0<1时为非充分采动。
图3和图4分别是正、负拐点偏移距与采动系数的关系曲线图,是通过对实际观测资料分析后得出的回归结果
。
图3 正拐点偏移距与采动系数曲线
图4 负拐点偏移距与采动系数曲线
从拐点偏移距与采动系数曲线(图3、图4)中可以
看出:①拐点偏移距无论是正值还是负值,在非充分采动情况下(n <1),拐点偏移距随采动系数的增大而变化较快,即在非充分采动条件下,采动系数对拐点偏移距的影响较大。②当工作面达到充分采动(n ≥1)后,拐点偏移距受采动系数的影响较小,此时拐点偏移距稳定在较小值附近,正拐点偏移距稳定在+20m 左右,负拐点偏移距稳定在-10m 左右。
2 拐点偏移距的形成机理
矿山压力研究表明,在回采工作面推进到一定距离时,采空区的面积达到一定尺寸,其上覆岩层在一定高度上能形成“大的结构体”,这种“大的结构体”称为砌体梁结构,在砌体梁结构之上的岩层仍保持层状结构,而在砌体梁结构之下,采空区两侧的岩层呈悬臂梁结构状态,在砌体梁结构的保护下,呈悬臂梁结构的这部分岩层很难垮落(也发生较小的移动和变形),这种垮落和不垮落的岩层之间存在一条断裂线,断裂线在采空区一侧与煤层所夹角称为断裂角,断裂角的大小将直接影响着拐点偏移距的大小,在岩层移动过程中,砌体梁结构的形成又影响着断裂角的大小。
3 结论
(1)通过对大量实测资料的整理和分析可知,采深对拐点偏移距的影响有明显的统计规律,即:采深对正拐点偏移距的影响较大,对负拐点偏移距的影响次之。
(2)采动程度对拐点偏移距的影响较大。在非充分采动条件下,随着采动系数的增大,拐点偏移距将明显减小;达到充分采动条件时,拐点偏移距又稳定在一定值。
(3)砌体梁结构的形成和断裂角的大小是影响拐点偏移距的重要因素。③参考文献:
[1] 煤炭工业部.建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开
采规程[M ].北京:煤炭工业出版社,1987
[2] 何国清等.煤矿开采沉陷学[M ].徐州:中国矿业大学出版社,
1991
[3] 钱鸣高等.矿山压力及其控制[M ].北京:煤炭工业出版社,1991
(上接第3页)
5 标定
(1)根据导线点到胶带中线的距离,当该距离较小(<0.5m )时,用垂线配合小钢尺在目测巷道中线的垂直方向上量取相应的数,以确定胶带中线点。为减少目测误差,小钢尺一端可作弧形运动(图2),并选择最恰当的外切点。当距离较大或对目测法没有把握时,可在导线点下安置经纬仪,然后依据后(前)视边的方位与胶带中线的方位之间的关系,拨角找出中线的垂直方向,并在此方向上量距,直接获得胶带中线点。
(2)分别在确定的胶带中线点下安置经纬仪,瞄准相邻的后视中线点,再倒镜检查相邻前视点,若三点一线的误差在1/20000之内,则可取其平均镜位,按要求距离补测其它中线点。如果误差超限较大,则需考虑
重新进行第一步操作。
(3)除第一站仪器外,第二站仪器要在第一站仪器标定的基础上进行,即用已确定的中线点去检核前面要标定的中线点。依次类推。
6 体会
(1)上述方法只要操作得当,是完全可以满足生产安装需要的,而过程则十分简单。
(2)标定过程的第一步很关键,目测的巷道中线的垂直方向要尽可能与实际相符,量距也必须准确。
(3)在检查三点一线时,由于总是假设仪器点在胶带中线上,所以当发现其它两点相差较大时,就要分析原因,有针对性地重复操作,以防止误差积累。
(4)此计算与标定方法同样适用于其它巷道设备安装中线的确定。③
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