兴能电厂管状皮带排灰通道沉降观测

耿高峰

(西山煤电股份公司镇城底矿，山西 古交 030203)

1 观测站建立的目的

南六采区是西山煤电股份公司镇城底矿的主要衔接采区，作为主采煤层的2．3#煤层和8#煤层总煤量为5 412．2万t，两煤层服务年限共计约25年，经济效益巨大。同时古交电厂在镇城底矿南六采区上方建设矸石转运站及皮带走廊排灰通道，还有灰库护坝等建构筑物。如果在这些建构筑物范围内留设煤柱，面积为99万m2，压煤量为952万t，煤炭资源损失严重。

为保证南六采区的顺利开采和古交电厂排灰通道的正常运转，镇城底矿在22620工作面上方建立电厂排灰通道地表岩移观测站。通过对排灰通道的现场实地观测，取得本矿区的移动参数，分析观测成果，掌握其移动规律，以便在电厂排灰支架出现裂缝和下沉后，及时采取措施进行修补、保护或进行抗变形预计，使皮带走廊架子免受开采的有害影响。

2 观测站周边环境以及地质采矿条件

2．1 观测站所处区域位置及地形情况

观测站布点区域位于22620工作面上方，该工作面地表位于元家山村以东，王家坡村以南，鸡儿沟西北部，盖山厚度为333～478 m;井下位置属于南六采区，北邻760东一回风、皮带、轨道大巷，南、东邻矿界，西为未开采区。

矿井南六采区位于吕梁山脉中段的东翼，属中低山区。区域内沟谷纵横，切割剧烈，地形十分复杂。除排灰场外，其余均为新生界黄土层覆盖。山头及山脊处较为平缓，沟谷多呈“V”字型，两侧呈台阶状。

2．2 管状皮带排灰通道实际情况

兴能电厂管状皮带排灰通道从镇城底矿22620工作面上方与工作面12°的方向斜交通过，皮带在工作面中心部位支架G48距切眼距离约237 m，轨道顺槽一侧支架G43距切眼距离222 m，皮带顺槽一侧支架G57距切眼距离282 m，自工作面边界共有12个支架(G43～G57)处于采空区的正上方。

2．3 管状皮带排灰通道下部回采工作面情况

22620工作面所采煤层为2．3#煤层，煤层稳定，整体呈一向斜构造，轴向98°，煤层倾角2°～10°，平均为6°，底板标高753～807 m，地面标高1 140 ～1 231m，平均采深431 m，工作面走向长1 207 m，倾向宽为170 m，平均采厚3．37 m。工作面开采方式为走向长臂式开采，顶板管理为全部跨落法，属于非充分采动。该工作面于2011年8月开始回采，2011年11月1日工作面在轨道顺槽一侧通过管状皮带，2011年11月21日工作面在皮带顺槽一侧通过管状皮带。

3 观测线和观测点的布置情况

根据《煤矿测量规程》第257条：地表移动观测站一般可设走向观测线和倾斜观测线各一条，设在移动盆地的主断面位置。如回采工作面的走向长度大于(1．4·H0+50)m，亦可设置两条倾斜观测线，但至少应相距50 m，并且应距开切眼或停采线0．7H0以上。

此次在布置观测线时，考虑到区内沟谷纵横、地形复杂、埋点和观测条件比较困难，应以管状皮带作为重点观测目标，共布置倾斜观测线2条，走向观测线1条，管状皮带观测线1条，控制点6个，观测点52个;其中管状皮带观测线布置观测点20个，走向观测线布置观测点7个，倾斜观测线两条，共布置观测点14个，离散观测点16个。

4 观测工作技术要求

4．1 控制点观测精度要求

控制点按一级导线布设，测角中误差为±5″。此次采用仪器DJ2索佳SET 230RK型全站仪，其特点是：跟踪测距模式 ±(5+2 ×10－6×D，D 为平距)，精度达到1 mm，测距时间0．5 s，测距精度高，速度快;测角精度达到1″，从而保证了角度、距离的高精度测量。

4．2 观测点观测精度要求

在设站地区未受采动影响之前，独立进行两次全面观测，两次测得的同一高程不大于10 mm、同一边的长度差不大于4 mm时，取平均值作为观测站的原始观测数据。

在地表稳定后，进行最后一次全面观测，地表稳定的标志是：连续6个月观测地表各点的累积下沉值均小于30 mm。

观测方法和精度要求严格按照《煤矿测量规程》第262条和263条规定执行。平面测量采用支导线测量方法，按10"级导线精度要求，采用全站仪进行两测回观测。观测点的距离观测按四等光电测距边的要求进行。

5 观测资料成果的整理

按照《煤矿测量规程》第269条的规定：每次观测工作结束后，应及时完成下列工作：

1)检查外业手簿。

2)计算所有观测点的高程。

3)计算相邻点间的水平距离在观测方向上的投影长度。

4)按观测线计算各种移动与变形，包括各观测点的下沉值W及水平移动值U;相邻各点间的垂直变形(倾斜i与曲率k)与水平变形ε(拉伸与压缩);测点的下沉速度Vw(可只计算个别观测点)。

根据以上规定，管状皮带走廊每次野外手簿经过整理后，便计算各观测点的坐标数据，随后计算观测线上各测点间的移动和变形。

6 观测资料成果

管状皮带走廊观测站从2011年10月15日在受影响区域开始布置变形观测网，至2012年3月31日皮带观测点下沉速度均小于1．67mm/d(衰退期衡量值)，共观测28次。

截至2012年3月31日，22620工作面从切眼推进了712 m，22620皮带巷回采过皮带走廊423 m，22620轨道巷回采过皮带走廊490 m。从皮带支架布置的观测点数据来看，位于22620工作面范围以外皮带走廊左侧的4个观测点(G63～G57)和右侧的5个观测点(G42～G35)的平均累计下沉量分别为361．3 mm和196．8 mm。位于22620工作面范围内的皮带走廊的7个观测点(G43～G55)累计下沉量已549～1 392 mm，平均累计下沉量为1 068．1 mm，累计水平移动量达到268．8～579 mm。其中，位于皮带走廊观测线中心的观测点G50累计下沉量最大，达到1 392 mm;累计水平移动量最大的观测点G46达到579 mm，累计下沉量最小的是G43，其累计下沉量为549 mm;累计水平移动量最小的G50为268．8 mm。

7 开采对皮带的影响

1)经过28期的观测，位于皮带走廊观测线中心的观测点 G50的累计最大下沉量最大，达到1 392 mm。

2)从各期的观测结果显示，第15期皮带走廊观测线中心观测点G50的下沉速度最大，达到45 mm/d，之后下沉速度逐渐减小。

3)轨道巷和皮带巷内侧支架受到最大倾斜变形，轨道巷一侧出现在G42～G43之间，皮带巷一侧出现在G55～G57之间，最大倾斜值为6．3 mm/m。

4)工作面边界外支架部位受到拉伸变形和正曲率变形，轨道巷一侧出现在G38～G39之间，皮带巷一侧出现在G61～G63之间，最大拉伸变形达2．13 mm/m;工作面中心部位支架受到压缩变形和负曲率变形的影响，出现在G48～G50之间，最大压缩变形值达到5．18 mm/m。

8 采取的措施

由于采取了以下措施，镇城底矿22620工作面开采对兴能电厂管状皮带走廊的运营并未产生影响。

1)在支架周边挖变形补偿沟，减少了压缩变形对支架的影响。

2)在支架上加轨枕支撑，抵消了不均匀沉陷变形。

3)解开支架固定螺栓，卸载地表沉陷引发的结构应力。

4)在支架侧面加斜拉力，避免倾斜变形的影响。

9 结语

镇城底矿22620工作面上方兴能电厂管状皮带走廊岩移观测站的建立，为该矿的开采沉陷寻找规律，并通过岩移观测获得的成果进一步指导以后的地表建筑物保护及煤柱留设，保护该矿区范围内地表建筑物等免受开采的有害影响。同时，可对西山以及其他矿区的的开采沉陷提供经验借鉴，为将来西山地区采煤沉陷控制提供技术支持。

［1］ 何国清．开采沉陷学［M］．徐州：中国矿业大学出版社1991：89－93．

［2］ 中华人民共和国能源部．煤矿测量规程［S］．北京：煤炭工业出版社，2000：73－79．