程庄煤矿2305工作面开采沉陷观测站设计

宁永香

（山西工程技术学院，山西阳泉 045000）

程庄煤矿2305工作面开采沉陷观测站设计

宁永香

（山西工程技术学院，山西阳泉 045000）

矿山开采会引起岩层和地表移动，其是由复杂的地质采矿因素综合影响的结果，在采空区上方建立开采沉陷观测站进行实地观测是获取岩移规律的主要手段。本文以程庄煤矿2305工作面建立开采沉陷观测站为例，详细地论述设立地表移动观测站的要点及步骤。

开采沉陷；观测站；地表移动；设计

程庄矿井“建（构）筑物”下压煤甚多，浪费了大量资源，缩短了矿井的服务年限。所以，如何解决压煤问题是程庄矿井的当务之急，必须尽快解决。由于程庄矿井远离老区，井田的地质地貌条件不同于老矿，差距明显，所以老矿的一些地表移动规律尚且不能使用，加之矿井煤炭储量有限，未来很长时间内要推广“建筑物下”采煤技术，为进一步研究工作面回采和掘进对本井田范围内的地表破坏程度，使之能为程庄矿井未来的开拓设计提供更加科学的技术保证，必须进行地表移动规律的研究及岩移参数的探讨。为此，首先应实地建立岩移观测站并进行后续的观测及数据采集。本文针对2305工作面情况，探讨在其地面设立地表移动观测站的要点及步骤。

1 设站地区工作面概况

1.1 工作面位置及井上下关系

2305工作面位于南翼盘区，其北部为工业广场，南部为徐沟村，东部为上段村，西部为柳沟村。2305工作面北侧为东轨道大巷、东胶带大巷和东回风大巷，东侧为上段村保安煤柱边界，南侧为徐沟保安煤柱，西侧为2308设计工作面［1］。2305工作面开采煤层为3#煤层，属于山西组。3#煤层位于山西组下部，上距K8砂岩35.00～46.78m，平均40.10m。该工作面煤层平均开采厚度为5.36m，倾向长度146.90m，走向长度538.70m，可采储量525 968.4t。

1.2 工作面地质采矿特征

2305工作面采高为381.2～469.1m，其煤层为褐色块状半光亮型，亮煤为主，发热量高、性脆、低硫。煤层底板标高493～581m，地面标高960.0～992.8m，工作面所采煤厚平均5.36m，煤层倾角-10°～-3°，平均-6°，煤层稳定，变异系数为5.23%，可采指数为1.0。

2 移动观测站的布设

2.1 岩移观测站设计原则

观测站设计应遵循以下原则［1］：①在移动盆地的主断面上设置观测线，其长度应大于盆地范围；②观测线上测点的密度由采深和设站的目的而定；③观测期间测点尽可能不受其他采区影响；④测线的控制点应牢固地埋设在盆地范围以外。

2.2 观测站的类型及布置形式

观测站的布设形式有网状观测站和剖面线状观测站［1］。根据井田特征，2305工作面观测站应设计为剖面线状观测站，其测线沿走向和倾向布置，并且位于盆地的主断面上。

为了准确观测2305综放面回采过程中地表岩层移动规律，最终能够绘制出地表三维沉降曲面，首先拟布置3条测线，即沿煤层倾向布置1条主断面观测线，平行于煤层走向布置1条走向主断面观测线和半条走向观测线，如图1所示。

图1 2305工作面地表移动观测线布置示意图

2.3 观测线设计所用参数分析

根据观测站设计原理，现需确定以下必要的参数：倾斜长度l1、走向长度l3、最大下沉角θ、平均采深H0及移动角（上山γ、下山β、走向δ、松散层φ）等。参数选取与覆岩的岩性及地质采矿条件有关。

2305 工作面观测站设计所用上覆岩层移动参数确定如下：①最大下沉角θ=90°-（0.6～0.7）α=90°-0.6×6°= 86.4°；②走向移动角δ=75°；③上山移动角γ=75°；④下山移动角β=δ-（0.6～0.7）α=75°-0.6×6°=71.4°。

2.4 观测线位置的确定

根据剖面线状观测站设计的规定，工作面推进距离l3＞1.4H0+50m时，可在其采动区内设置2条走向测线（相距50～70m）或者只设置1条，而倾向方向设置1条测线或者0.5条。

根据以上情况，参照2305工作面的地质采矿条件及《煤矿测量规程》的规定，设计倾向测线1条，走向测线1.5条，且走向、倾向的测线互相垂直［2］。

2.4.1 倾向方向测线位置的确定。首先判断地表是否达到了充分采动。根据程庄煤矿采掘工程平面图可知，2305工作面是沿煤层倾向推进，工作面推进长度538.6m，其值小于575.9m（1.3H0），因此沿工作面推进方向为非充分采动。工作面长度145.8m，其值小于575.9m（1.3H0），因此平行于工作面方向为非充分采动，因此沿倾向方向观测线布置在采空区的中心。

2.4.2 走向方向测线位置的确定。平行于工作面观测线应位于该方向主断面上，其位置应在倾斜主断面上按θ来确定。考虑到煤层倾角的影响，观测线应向下山方向平移，由采空区中心向下山方向偏移一段距离d（见图2），即：

2305工作面的平均采深H0约为443m，最大下沉角θ取86.4°。经式（1）计算可知，走向观测线位于自采空区向下山方向偏移水平距离为27.87m处。

图2 走向观测线位置确定计算示意图

2.5 观测线长度的确定

2.5.1 倾向方向观测线长度的确定。一般沿工作面推进方向测线长度是在移动盆地的倾斜主断面上确定［3］，如图3所示，测线长度L按下式计算：

图3 倾向观测线长度计算示意图

式（2）中，h为表土层厚度，15m；ψ为松散层移动角，45°；l1为工作面沿煤层倾向长度，538.7m；Δγ为上山移动角的修正值，结合表1分析确定取20°；Δβ为下山移动角的修正值，根据表1取18°；H1、H2分别为采区下山边界和上山边界的开采深度，根据工作面地质采矿资料可知，H1约为476m，H2约为410m。根据以上数据，计算得出沿工作面推进方向观测线长度L约为1 179.9m。

表1 移动角修正值

2.5.2 走向方向观测线长度的确定。平行于工作面方向观测线的长度是在移动盆地的主断面上确定［4］，如图4所示，观测线长度L按下式计算：

式（3）中，H0为平均开采深度，443m；l3为工作面长度，146.9m；Δδ为走向移动角的修正值，由于工作面在倾向方向为非充分采动，结合表1取20°。经计算，L走约为776.3m。由此，半条走向观测线长度L走半=387.6m。

图4 工作面走向观测线长度计算示意图

3 观测点的布置

3.1 走向测线A的布置

根据设计要求，在走向方向布置1.5条观测线，如图5所示，半条走向测线AII位于工作面开切眼前方120m处，整条走向测线AI位于开切眼前方240m处。其中，半条线AII长390m，上面共布置了13个测点，其相邻间距为30m。整条测线AI长780m，共布置30个观测点，具体布设位置见图5。

图5 观测点布置示意图

3.2 倾向方向测线B的布置

沿工作面推进方向布置1条观测线，理论布置长度为1 179m，受地形影响测线共布置1 180m，共布置48个测点，编号为B1、B2、……、B48。由于端头B1、B2、B3、……、B7距离村庄较近，属于移动边界范围，测点布置较为密集，间距为10m；B8～B35相邻测点间距为30m；B36～B48由于地形条件较差，相邻测点间距为50m，见图5。

4 结语

程庄煤矿布设2305工作面开采沉陷岩移观测站，通过实地观测采集数据，获得该矿区岩层移动参数，大大解放了“建（构）筑物下”压煤问题，提高了矿井储量，延长了矿井服务年限，增加了矿井经济效益。对指导该矿今后的“建（构）筑物下”采煤具有重要的意义，可以最大限度地解决压煤问题，同时可以控制地表沉陷，确保矿井安全及留设保护煤柱提供强有力的技术支持及保障。

［1］何国清，杨伦，凌庚娣.矿山开采沉陷学［M］.江苏：中国矿业大学出版社，1991.

［2］宁永香，崔建国.程庄煤矿23501工作面地表移动参数探讨［J］.中国矿业，2015（s1）：333-335.

［3］张敬华，王合涛，陈豪.鹤煤八矿地表移动观测站设计［J］.科技资讯，2012（33）：90.

［4］宁永香，崔建国.东山煤矿81504工作面开采沉陷规律研究［J］.煤炭技术，2015（6）：102-104.

Design of Mining Subsidence Observation Station in 2305 Working Face of Chengzhuang Coal Mine

Ning Yongxiang

（Shanxi Institute of Technology，Yangquan Shanxi 045000）

Mining will cause the movement of rock and ground,which is the result of the comprehensive effect of com⁃plex geological and mining factors.Doing observatory by establishing mining subsidence observation station is the principal means to get the movement regularity of rock and ground.Taking the 2305 mining face as the example,this paper discussed the essentials and steps of establishing the ground movement observation station in detailed.

mining subsidence；observation station；ground movement；design

TD82

A

1003-5168（2017）02-0094-03

2017-01-06

2016年山西工程技术学院科研项目资助（201607002）。

宁永香（1971-），女，硕士，副教授，研究方向：开采沉陷方面的教学和研究。