金鸡滩煤矿首采工作面地表移动规律研究”项目实施方案.doc

“金鸡滩煤矿首采工作面地表移动规律研究”项目实施方案“金鸡滩煤矿首采工作面地表移动规律研究” “金鸡滩煤矿首采工作面地表移动规律研究”1. 项目研究的必要性（50字以上）煤炭是我国第一大能源。我国原煤生产95%来自井工开采，每年由井工开采引起的地面沉陷区面积达2000km2以上，造成了日益严重的地面破坏及生态环境损害。因此,煤矿开采引起的地表移动规律研究已成为煤矿安全生产和煤矿企业科学研究的重要课题。我国开采沉陷的系统研究始于上世纪60年代，刘宝琛院士、刘天泉院士、张玉卓院士、钱鸣高院士等在开采沉陷研究领域均取得了重要成果。在开采沉陷预计方面，先后发展和完善了典型曲线法、负指数函数法和概率积分法等，基本解决了简单条件下的地表移动预计问题。 上世纪80年代以来，我国开采沉陷理论与实践研究取得了重要进展，如郝庆旺（1988）发展了开采沉陷的孔隙扩散模型；余学义（1997）在克诺特理论基础上推出岩层与地表移动变形的极坐标普适模型表达式；王金庄（2000）、颜荣贵（1995）、李永树（1997）、戴华阳（2000）、郭增长（2002）、贺跃光（2003）、汤伏全（2005）等都发展了传统的概率积分法，使之适用于不同地质采矿条件的地表移动预计。在开采沉陷机理研究方面，近十多年来国内外学者取得了重要进展，其主要表现在三个方面：将弹塑性理论、断裂、损伤力学和岩层控制的最新研究成果，用于覆岩变形与破坏机理的研究，取得了许多应用成果；同时，分形几何、神经网络、协同论、突变论、人工智能等非线性科学也被引入开采沉陷研究中。随着计算机技术的发展，数值模拟方法因其周期短、成本低等优势，已经成为研究开采沉陷的重要技术手段。近十年来，我国学者在开采沉陷的计算机数值模拟方面也取得了许多研究成果。如谢和平院士等通过应用有限差分数值模型快速拉格朗日分析方法(FLAC)进行采煤沉陷数值模拟，王卫华等将FLAC模拟技术和误差反传(BP)神经网络技术相结合，建立了沉陷反分析神经网络模型，根据开采沉陷量测值反演岩体力学参数，并建立拉格朗日快速计算法（FLAC）模型，对地表沉陷进行预测，取得了比较理想的预测结果。国内外现有的开采沉陷研究成果表明，煤矿开采引起的地表移动特征主要取决于开采工作面上方的覆岩地质及开采条件，每个矿井的地质采矿环境千差万别，其开采沉陷与地表移动规律主要通过实地观测研究来获取。几十年来，许多矿区建立了完整的地表移动观测站，对开采引起的地表移动特征进行了系统的研究，获取了本矿区开采沉陷的规律。可以说，现有的开采沉陷理论和“三下”采煤成功经验都是基于大量实测资料分析所建立的。同时，理论研究和室内模拟研究结果亦有赖于实测资料来进行对比验证。当前，地表移动实地观测的技术手段也在不断进步，全站仪测量、GPS技术、电子水准测量、三维激光扫描技术、数字摄影测量技术、雷达遥感技术和GIS技术等，先后应用于煤矿区开采沉陷与地表移动的现场监测与数据处理工作中，取得了较好的效果。金鸡滩煤矿位于陕北榆神府煤田南部，地处毛乌素沙漠边缘与黄土高原的过渡地带，地表为厚松散风积沙覆盖，煤层埋藏深度较浅，平均采深246米，开采厚度超过5.5米，深厚比小于50倍，首采工作面开采宽度300米，开采长度4548米，按照现有的开采沉陷基本理论推算，工作面开采后，地表移动将达到超充分开采程度，采动覆岩裂缝带有可能发展到地面，将在地表形成大面积的塌陷区。由于本矿区的地质采矿条件不同于其它煤矿，其开采引起的地表沉陷变形分布特征及各项移动参数，并不能参照现有的开采沉陷理论和类似矿区的经验来确定，而这些参数对于今后的矿井保护煤柱设计和安全采煤工作却有着十分重要的意义。因此，在矿井投产初期迫切需要开展地表移动规律研究，否则将制约煤矿企业的安全生产及其长远发展。众所周知，实地监测是获取地表移动规律的主要手段之一，因此，有必要在首采工作面上方建立地表移动观测站，通过实地监测获取地表沉陷变形的基本规律，求取各种移动参数。同时，通过监测数据拟合来确定矿区开采沉陷预计模型的参数取值，实现地表开采沉陷的准确预测，通过室内计算机数值模拟手段来揭示浅埋煤层开采引起的上覆岩层变形破坏机理，这将为矿井安全生产提供第一手开采沉陷资料，为大型综合机械化放顶煤工作面开采的地面环保、生态复垦、建筑物保护及安保煤柱设计等提供可靠的技术依据。项目研究将为金鸡滩煤矿丰富集团公司在开采沉陷方面的科技成果，有利于促进煤炭资源开发与环境保护的协调发展，提升企业的科学研究水平，树立集团公司良好的社会形象。2. 项目研究内容及方案2.1 项目研究内容 项目研究的主要内容为：（1）根据首采工作面地形、地质开采条件，设置首采工作面地表移动观测站，并进行地表移动观测；（2）分析工作面开采地表稳定后的走向和倾向主断面上的移动角和边界角；2.2 地表移动观测站设计2.2.1 监测的目的和条件（100字以上）首采的101工作面位于一盘区东南部，地处工业广场东北部，204省道西北，相邻区域没有已采工作面。工作面西南方向为辅助运输联络巷；西北方向为辅助运输顺槽、输送机顺槽；东北方向为切眼；东南方向为1#回风顺槽、2#回风顺槽。首采面主采2-2及2-2上煤，煤层厚度8.7912.49m，平均9.40m；分层开采，设计上分层采厚5.5m5.8m。煤层倾角0.30.8，平均0.5。工作面标高+991.7+1010.4m，平均+1001.0m，整体西南高，东北低。地面标高+1229.8+1263.7m，平均+1246.7m。工作面地表为厚风积沙所覆盖，属于沙丘地貌，地形略有变化，但起伏程度不大。地面相对位置无地表水系通过，仅在切眼往停采线29003200m段地面相对位置局部有小水塘。首采工作面宽度为300米，长度为4548米，采厚5.8m-5.5m，平均开采深度为246米。属于水平煤层综放工作面充分开采条件。在首采工作面开采后，预计地表将发生严重的变形破环，其规律性则有待于深入研究。2.2.2 观测站设计原则（1）通用原则（2）观测站布设的形式（两条线）（3）观测线位置和长度的确定（图，计算公式）（4）测点数目及其密度2.2.3 观测线设计图2 走向断面图图3 倾向断面图图4 观测站布置图（详见观测站布置图4。）2.2.4 地表观测线布设（1）观测点实地标定方法（2）测点制作和埋设方法2.3 地表移动观测站的实地观测2.3.1 点位标定与测点埋设(列出5个点测点设计坐标)2.3.2 连接测量（画出矿区控制点位置及联网方案图）2.3.3 全面观测（说明测量方法，技术，仪器，精度，要求等）2.3.4 加密高程测量与地表破坏记录2.3.5 监测站观测程序安排（12次，每次的工作面推进距离，移动开始前2次-活跃期6次衰退