刀柱复采工作面地表移动塌陷规律分析

时昌鹏

(山西兰花集团莒山煤矿有限公司,山西晋城 048002)

刀柱复采工作面地表移动塌陷规律分析

时昌鹏

(山西兰花集团莒山煤矿有限公司,山西晋城 048002)

通过对刀柱复采工作面地表地形、地物,在回采过程中的移动、变形、塌陷的实测,分析总结了刀柱复采工作面地表地形地物在不同跨煤柱地质条件下的移动、变形、塌陷规律,以便工作面开采时留设合理的保安煤柱,促进工作面的安全高效生产。

刀柱复采;跨煤柱;移动规律

1 工作面概况

1.1 地质概况

莒山煤矿 F108工作面位于复一采区左翼,工作面采用与原上层刀柱工作面内错布置,平均采深100m,东面为采区运输巷、回风巷,西面为原一采区 (已采),南面为矿 +760m水平运输大巷保安煤柱,北面为 F106工作面 (已采),煤柱 30m; F203工作面位于复二采区右翼,工作面采用跨越原上层刀柱工作面间 15m隔离煤柱布置,平均采深 105m,东面为采区隔离煤柱、西面为采区回风巷、运输巷,北面为原 409工作面 (上层已采),南面为原 407工作面 (上层已采)。

两工作面两巷均采用 12号矿工钢棚支护,上分层采用仓房刀柱式回采,采高 2.8～3.0m,顶板岩石坚固性系数 f=2～3。黄士层厚度 25～36m;煤层倾角 3～5°,工作面呈单斜构造,在两工作面中部均有一向斜构造。图 1为 F108工作面平面位置 (内错式布置),图 2为 F203工作面平面位置图 (跨工作面布置)。两工作面地表大多为农田、山坡,F108工作面地表有一宽度为 3.0m的小路, F203工作面地表有 2趟供电线杆。

1.2 工作面生产技术条件与开采设备

图 1 F108工作面平面位置 (内错式布置)

F108工作面走向长 356.7m,倾斜长 83.2m,可采高度 2.8m;F203工作面走向长 362.3m,倾斜长 81.5m,可采高度 2.8m,工作面中部跨上层刀柱工作面隔离煤柱,隔离煤柱宽度 15m。两工作面采用走向长壁、倾斜分层、留顶煤综合机械化的采煤方法,采煤机为MG150/375-W型,液压支架为 ZZS3800/1550/2500型支撑掩护式,工作面刮板输送机为 SGZ630/180型,工作面最大控顶距4.5m,最小控顶距 3.9m;采用自然垮落与强制放顶相结合控制顶板,工作面实际采高 2.4m。

2 观测情况

2.1 观测内容及方法

图 2 F203工作面平面位置 (跨工作面布置)

沿两工作面走向断面设置 1条移动观测线,倾向断面设置 2条移动观测线,走向观测线长 424m,沿工作面倾向长的中分线共设 40个点。倾向观测线长度200m,沿工作面倾向距切眼75m共设18个点。并在每条观测线两端各设 1个控制点,各观测点间距10m。

每个点位由木桩标定,加木桩交线法进行保护,利用全站仪对地表移动过程进行全面观测。

2.2 F108工作面地表移动

工作面平均推进 2.4m/d。回采过程中每天观测 1次;停采后 2个月内每 3d观测 1次,3～6个月每 10d观测 1次,观测结果如下:

(1)工作面推进至 18m处时,工作面地表初次移动。

(2)工作面回采至距工作面中心 56m时,走向剖面地表下沉值达到最大值 3.6m;回采过程中工作面倾向剖面地表下沉值均在工作面中部,最大值为3.1m。

(3)工作面地表移动超前影响距在回采经过工作面中心后,达到稳定值 50～55m。

(4)停采后 1.5个月地表移动停止,地表盆地形状为平底盆形。

(5)地表走向方向移动范围:两侧各超出工作面 33m;倾向方向移动范围:两侧分别超出工作面10～15m。

(6)地表公路的变形情况:工作面推进 21m时公路出现宽度 10mm的裂缝,推进 40m时裂缝宽度增至 50mm,推进 57m时公路北边发生倾斜,最大倾斜值达 150mm,推进 102m时公路中间裂缝达 100mm,推进 123m时公路中间裂缝达 150mm,此宽度保持至工作面地表移动结束时无任何变化。

2.3 F203工作面地表移动情况

工作面平均推进 1.8m/d。回采过程中每天观测 1次;停采后 2个月内每 3d观测 1次,3～6个月每 10d观测 1次,观测结果如下:

(1)工作面推进至 35m处时,工作面地表初次移动。

(2)工作面回采经过工作面中心 32m时,走向剖面地表下沉值达到最大值 2.7m;回采过程中工作面倾向剖面地表下沉值均在工作面中部,最大值为2.1m。

(3)工作面地表移动超前影响距在回采经过工作面中心 34m后,达到稳定值 42～56m。

(4)停采后 3个月地表移动停止,地表盆地形状为平底盆形。

(5)地表走向方向移动范围:采空区侧超出工作面 21m,煤柱侧超出工作面 41m;倾向方向移动范围:两侧各超出工作面 41m和 45m。

2.4 观测结果比较

复采工作面与正规分层长壁工作面地表移动参数比较如表 1。复采工作面地表移动盆地主断面如图3。

表1 地表移动参数比较

图 3 复采工作面地表移动盆地主断面

3 工作面地表移动、变形、塌陷规律及特点

(1)工作面地表移动塌陷速度、强度受工作面上覆岩层厚度影响较大 当工作面埋深较浅时(小于 50m),地表移动下沉速度大,有时达到0.5m/h;地表移动塌陷较强烈,出现较大错台阶下沉,变形裂缝宽度达 0.5～0.8m。当工作面埋深较深时 (大于 100m),地表移动下沉速度减缓,最大 0.2m/h;地表移动塌陷为盆地式缓慢下沉,地表变形裂缝不明显,有时宽度达 0.1～0.3m。

(2)工作面地表移动塌陷有超前性 当工作面过煤柱开采时,本煤柱上方地表随煤柱的破坏而及时出现下沉变形,同时下沉移动范围波及到前方下一煤柱,一般移动超前工作面 15～20m。

(3)工作面地表移动塌陷深度具有叠加性上层采用刀柱回采后,由于遗留煤柱的支撑,上覆岩层虽经历过冒落、裂缝、弯曲、离层和下沉等移动变形,但基本顶的整体强度未被破坏,上覆岩层未充分垮落实在;当二次大面积采动时,前次开采时岩层内产生的离层裂隙减小、闭合,而本次开采由于岩层变“软”,顶板离层裂隙随自重逐渐减小、消失;又由于工作面采深大,冒落的岩石所承受的压力大,而逐渐被压实,地表下沉量有所增加。所以,工作面地表下沉值比工作面的采高要大0.3～0.8m。

(4)工作面地表移动塌陷范围受刀柱隔离煤柱的位置影响较大 跨隔离煤柱式较内错式工作面在上、下山方向移动范围大,主要原因在于回采过程中跨隔离煤柱工作面两侧无隔离煤柱支撑作用,加之工作面中部隔离煤柱向两侧分散传递岩层压力,使工作面两侧受采动影响冒落充分,倾斜变形范围较大。

(5)工作面地表移动速度在过煤柱时的影响较大 进入刀柱煤柱 3.0m后因受前方煤柱支撑影响,工作面地表移动速度明显减小,持续至工作面推出煤柱 5～7m时,由于煤柱上方顶板已全部垮落,地表移动速度值方能恢复正常。通过观测,刀柱煤柱宽度在 10～30m时呈现出以上规律,煤柱宽度过小或过大时,地表移动速度变化不明显。

由以上 2工作面移动参数比较分析可看出:

(1)复采工作面的地表移动角、充分采动角、最大下沉角、主要影响半径、拐点偏移距均比正规分层长壁工作面小。

(2)复采工作面的下沉系数比正规分层长壁工作面要大。由此可知,复采工作面的地表移动受采动影响更大,移动更充分。

4 结论

(1)根据复采工作面地表移动启动距和移动步距,可知复采工作面顶板和上覆岩层压力波及的超前距离,进而确定出工作面两巷最大超前支护距离,并在跨煤柱过程中加强两巷支护强度,提高超前支护效果,增加工作面回采的安全性。

(2)复采工作面过煤柱时提前对刀柱煤柱上方顶板进行预爆破,以减小顶板及上覆岩层压力,减少顶板离层裂隙,避免煤柱上方顶板冲击来压,使地表移动更稳定、充分,从而更有效地促进工作面的安全回采。

(3)通过对主断面测线的布设和观测、计算、分析,取得了适合本矿井的地表移动参数及规律,为今后的“三下”工作面开采设计提供了有效的科学依据。

(4)以这些成果为依据,即可及时预警塌陷强度和破坏程度,因地制宜地采取工程措施,防患于未然。并对合理开发、充分利用国家资源、延长矿井寿命,挖掘现有矿井潜力具有重要现实意义。

[责任编辑:邹正立]

SurfaceM ovement and Subsidence Rule ofW edge-pillar SecondaryM in ing Face

SH IChang-peng

(Jushan CoalMine Co.,Ltd,ShanxiLanhua Group,Jincheng 048002,China)

The paper analyzed and concluded surface movement,defor mation and subsidence rule under different pillar conditions by the observation of surface movement,deformation and subsidence ofwedge-pillar secondarymining face.Resultsmight provide reference for rational coal-pillar designing and miningwith safety and high efficiency.

wedge-pillar secondarymining;across pillar;movement rule

TD325

A

1006-6225(2010)06-0093-03

2010-01-17

时昌鹏 (1983-),男,山西泽州人,工程师,现任莒山煤矿生产技术科科长。