表2:袁莊礦Ⅲ3193工作面巖移觀測結(jié)果
圖1:Ⅲ3193工作面巖移觀測主剖面
5、袁莊礦區(qū)最大下沉值的計(jì)算。
地表移動(dòng)穩(wěn)定后的最大下沉值是反映表移動(dòng)和變形程度的一項(xiàng)重要參數(shù),又是決定地表水平移動(dòng)、傾斜、曲率、水平變形等參數(shù)的基礎(chǔ),因此正確的預(yù)計(jì)地表移動(dòng)的最大下沉值具有重要意義。目前,礦區(qū)常用如下公式來預(yù)計(jì)充分采動(dòng)后的最大下沉值:
W0=ηmcosα
式中η—地表下沉系數(shù);
m—采高,m;
α—煤層傾角,(°)。
此公式適用于近水平、緩傾斜及中傾斜煤層。在煤層厚度的傾角一定的條件下,地表最大下沉值只取決于地表下沉系數(shù)η。根據(jù)此次觀測數(shù)據(jù)可知:
η=W0/(mcosα)
≈1.2÷(2×cos22.5°)
=0.65
此次觀測為首次采動(dòng),隨著袁莊礦下部煤層的開采。31煤開采引起的地表穩(wěn)定后,開采下一煤層時(shí)地表移動(dòng)較為劇烈,下沉系數(shù)將增大,移動(dòng)范圍也有所擴(kuò)大。這可看作是首次采動(dòng),導(dǎo)致上覆巖層變軟,從而導(dǎo)致的一系列參數(shù)變化。重復(fù)采動(dòng)后的地表下沉系數(shù)要比初此采動(dòng)要增大10%,隨分層數(shù)增多而漸趨于穩(wěn)定。袁莊礦上覆巖性為軟弱巖性,下沉系數(shù)極限0.95。
袁莊礦以后在采32煤層時(shí),地表下沉最大值計(jì)算時(shí),可按η=0.72進(jìn)行計(jì)算。采4煤時(shí),η取0.79計(jì)算。至于回采深部的6煤層,η取值得視具體情況,考慮6煤層與首采煤層的間距與采深的比例得進(jìn)行計(jì)算。可近似按下式計(jì)算:
η=0.79+0.65h/H
式中h—6煤與4煤的層間距;
H—6煤采深(基巖段)。
6、袁莊礦區(qū)地表移動(dòng)時(shí)間。
在觀測地表巖移的過程中,以地表下沉10mm作為移動(dòng)過程的起始時(shí)間,并以6個(gè)月內(nèi)下沉量小于30mm作為移動(dòng)過程終止時(shí)間。在整個(gè)巖移過程中,按照下沉速度指標(biāo)將其分為三個(gè)階段:
開始階段—由移動(dòng)開始至下沉速度達(dá)到50mm/月;
活躍階段—下沉速度大于50mm/月;
衰退階段—下沉速度小于50mm/月。
按照此標(biāo)準(zhǔn),可知此次觀測,地表移動(dòng)時(shí)間如下表。
表3:地表巖移持續(xù)時(shí)間
總時(shí)間 開始階段 活躍時(shí)間 衰退階段
持續(xù)時(shí)間(月) >15 <6 5 >4
回采結(jié)束間隔時(shí)間(日期) 93.7~ ~94.1 94.2~94.7 94.8~94.12
由上表可知,下沉活躍階段在整個(gè)巖移過程中,所占時(shí)間較短。活躍階段下沉量占總下沉總量不足50%。巖移活躍階段,地表下沉速度最大,變形最劇烈,對地表建筑物的危害也最大,常稱之為危險(xiǎn)變形期。因此,在對塌陷范圍內(nèi),建筑物破壞程度進(jìn)行觀測時(shí),活躍時(shí)間為最佳階段。
值得說明的是,此次觀測結(jié)束時(shí),地表巖移過程尚未終止。故不能確定地表巖移的持續(xù)時(shí)間。但考慮到袁莊礦區(qū)上覆巖層,巖性軟弱,故可參照上覆巖層亦為軟弱巖層的其它礦區(qū)的實(shí)測數(shù)據(jù)。例如各項(xiàng)巖移參數(shù)與淮北礦區(qū)均較為類似的開灤礦區(qū),地表巖移持續(xù)時(shí)間為19個(gè)月。此數(shù)據(jù)對我礦有一定的參照意義。
3、地面保護(hù)煤柱的留設(shè):
袁莊礦區(qū),位于蕭縣附近,鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)不發(fā)達(dá),礦區(qū)內(nèi)多為農(nóng)村。地表建筑多為普通磚木、磚混結(jié)構(gòu)房屋,建筑物保護(hù)等級均屬Ⅲ級。保護(hù)煤柱的邊界實(shí)際為預(yù)計(jì)的地表巖移危險(xiǎn)移動(dòng)邊界。在正常設(shè)計(jì)村莊保護(hù)煤柱時(shí),都會(huì)增設(shè)一圍護(hù)帶,以抵消移動(dòng)角的誤差引起的煤柱尺寸不足,以及抵消井上下位置關(guān)系確定不準(zhǔn)確而造成保護(hù)煤柱尺寸和位置的誤差。Ⅲ級建筑物應(yīng)留10m圍護(hù)帶。各礦區(qū)都有自己的移動(dòng)角數(shù)值。淮北礦區(qū),基巖移動(dòng)角選75°,松散層移動(dòng)角選45°進(jìn)行計(jì)算。而針對袁莊礦,利用該組參數(shù)計(jì)算出來的煤柱尺寸偏大,不宜再增加煤柱尺寸,以免造成資源浪費(fèi)。在計(jì)算過程中,可根據(jù)所選參數(shù)反算決定井下煤層開采邊界。這樣計(jì)算出來的結(jié)果更接近真實(shí)情況,也更具有實(shí)際指導(dǎo)意義。
由于煤柱開采后形成的采空區(qū)大多數(shù)為長方形,而關(guān)鍵層的破壞因?yàn)殚L方形的邊角效應(yīng)而呈橢圓形。因此,地表塌陷范圍均為橢圓形,塌陷邊界也均為曲線。反之,地面呈方形的保護(hù)范圍,實(shí)際保護(hù)煤柱邊界也應(yīng)為曲線邊界。在煤住的留設(shè)過程中,根據(jù)各特征點(diǎn)連線確定的拐角,必要的時(shí)候,亦可以作為三角塊段回采。
由于各煤層賦存狀態(tài)的差異,在留設(shè)多煤層各分層保護(hù)煤柱時(shí),不應(yīng)簡單的由上分層煤柱邊界往外直推。應(yīng)分層進(jìn)行計(jì)算,以便造成煤柱尺寸過大或過小。尤其在煤柱的留設(shè)過程中,應(yīng)充分考慮重復(fù)采動(dòng)的影響。
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