吕沟煤矿高水充填开采地表移动和变形监测研究 观测站设计说明书.doc

吕沟煤矿高水充填开采地表移动和变形监测研究 观测站设计说明书观测站设计说明书 河南理工大学河南理工大学 2013 72013 7 目目 录录 1 1 矿井概况矿井概况 1 1 1 位置交通和自然地理 1 1 1 1 位置与交通 1 1 1 2 自然地理 2 1 2 矿井开采技术条件 2 1 3 矿井地质 3 1 3 1 矿区地层 3 1 3 2 水文地质条件 3 1 4 矿井构造 4 2 2 设立观测站的目的和任务 设立观测站的目的和任务 5 2 1 目的和意义 5 2 2 主要任务 6 3 3 工作面地质采矿条件 工作面地质采矿条件 8 3 1 工作面位置 8 3 2 煤层赋存情况 煤质及顶底板情况 8 3 3 地质构造情况 8 3 4 水文地质条件 8 3 5 工作面开采技术条件 9 3 6 采煤方法及回采工艺 9 4 4 地表移动观测站设计 地表移动观测站设计 10 4 1 观测站设计的原则 10 4 2 观测站类型及布设形式 10 4 3 观测线设计所用参数分析 12 4 4 观测线位置确定 19 4 4 1 倾斜观测线位置的确定 20 4 4 2 走向观测线位置的确定 20 4 5 观测线长度的确定 21 4 5 1 走向观测线长度的确定 21 4 5 2 倾斜观测线长度的确定 22 4 6 测点数目及其密度 22 5 5 观测站的设置 观测站的设置 24 5 1 设置时间 24 5 2 设站要求 24 6 6 观测站的观测工作 观测站的观测工作 27 6 1 测量作业依据及测量控制系统 27 6 1 1 测量作业的依据 27 6 1 2 测量控制系统 27 6 2 观测内容及要求 27 6 2 1 连接测量 27 6 2 2 全面观测 29 6 2 3 日常观测工作 30 7 7 观测资料的整理 观测资料的整理与与分析分析 32 7 1 实测资料处理和分析的内容 32 7 2 观测数据的处理 32 7 2 1 观测数据的整理 32 7 2 2 移动和变形的计算 33 7 2 3 移动和变形曲线图的绘制 35 7 2 4 观测成果 35 8 8 附 附 图图 36 9 主要参考文献 主要参考文献 37 移动观测站设计说明书 1 吕沟煤矿高水充填开采地表岩移观测研究吕沟煤矿高水充填开采地表岩移观测研究 观测站设计说明书观测站设计说明书 1 1 矿井概况矿井概况 1 1 位置交通和自然地理位置交通和自然地理 1 1 1 位置与交通位置与交通 吕沟煤矿北东距禹州市10km 东距许昌市50km 矿区北有许昌 神后地方窄轨铁路至许昌市与京广铁路相接 北有许昌 洛阳的 豫31公路 往东至许昌市与107国道和京珠高速公路相连 区内沥青 公路与周围各县市相通 简易公路四通八达 交通较为便利 见图 1 1 图图 1 1 交通位置交通位置图图 吕沟煤矿位于河南省禹州煤田三峰山 米托寺矿区 地理坐标 为东经113 19 41 113 22 49 北纬34 05 44 34 07 16 矿区东 移动观测站设计说明书 2 西长4 8km 南北宽1 9 2 7km 面积10 33km2 1 1 2 自然地理自然地理 1 地形 地貌 矿区属于以构造剥蚀类型为主之低山丘陵区 地势西高东低 煤系顶部之 平顶山砂岩 因耐剥蚀力较强 在区内形成沿地层走 向延展之单面山地形 自东而西构成三峰山 玉皇山 凤翅山 大 刘山 牛颈山 云盖山 标高 300 704m 地形比高东部约 110m 西部达 380m 煤系地层因松软易风化 形成低凹丘陵地形 标高一 般为 200 300m 西部较高 约 400 500m 2 水文 区内冲沟较多 无长年有水河流 区外西部仅有一条常年性有 水河流 兰河 虽流量不大 但雨季流量倍增 据 1964 年 3 月到 1965 年 2 月对该河的观测 流量 0 527 3 288m3 s 1957 年 7 月涧渡 村附近最高洪水位 142 96m 1 2 矿井开采技术条件矿井开采技术条件 一 瓦斯 吕沟矿属低瓦斯矿井 全矿井瓦斯绝对涌出量一般为 1 906 2 487m3 min 瓦斯相对涌出量一般为 1 986 2 892m3 t d 二 氧化碳绝对涌出量一般为 4 447 4 595m3 min 相对涌出量一般为 4 652 5 345m3 t d 六2煤瓦斯绝对涌出量一般为 1 226 1 262m3 min 瓦斯相对涌出量一般为 1 359 2 210m3 t d 二 氧化碳绝对涌出量一般为 2 082 2 212m3 min 相对涌出量一般为 移动观测站设计说明书 3 2 242 3 987m3 t d 七4煤瓦斯绝对涌出量一般为 0 675 0 835m3 min 瓦斯相对涌出量一般为 2 739m3 t d 二氧化碳 绝对涌出量一般为 1 278m3 min 相对涌出量一般为 4 192m3 t d 随着开采深度的增加 矿井瓦斯含量可能有增加的趋势 二 煤的自燃 五2 六2 六4 七4 煤自燃倾向等级为 级 属自燃煤层 三 煤尘 六2 七4煤煤尘具有爆炸危险性 随着五2 六2 六4 七 4 煤开采强度的增加 煤尘将有所增大 四 地温 目前最大开采水平为 200m 据测 回风巷中的温度 22 左右 其它地区 19 22 浅部温度受季节影响明显 据此推断 未来最 大开采水平 400m 以浅无高温区存在 属地温正常区 1 3 矿井地质矿井地质 1 3 1 矿区地层矿区地层 禹州煤田区域地层划分属华北地层区嵩箕小区 区域上主要发 育地层为震旦系上统马鞍山组 寒武系 石炭系上统 二叠系和第 四系 其中石炭 二叠系为主要含煤地层 1 3 2 水文地质条件水文地质条件 根据地层时代 岩性及富水程度来划分矿井中主要含水层和隔 水层 一 矿井中主要有以下含水层 移动观测站设计说明书 4 1 寒武 奥陶系灰岩岩溶承压含水层 2 太原组灰岩岩溶裂隙承压含水组 3 砂岩裂隙承压含水组 4 新生界松散岩类孔隙潜水含水层 二 矿井隔水层 根据岩性组合 本区隔水层段较发育 对本矿井有主要意义的 是二叠系地层中七4煤层上部和六2煤层下部的泥岩 砂质泥岩 粉 砂岩隔水层 1 4 矿井构造矿井构造 吕沟煤矿区总体构造形态为走向东西 倾向南的单斜构造 局 部有小的波状起伏 地层倾角 10 20 一般 15 左右 该区断裂不 发育 据矿井开采揭露 局部发育北东向和北西向两组小断层 且 以北东向为主 落差多小于 5m 本矿区构造复杂程度为简单 该矿区发育的主要断层为七西大巷正断层 F1 延展长度约 3 0km 断层走向北东向 倾向北西 倾角 60 左右 错断七4 六 2煤层 最大落差 19m 区内延展长度 2 2km 由七4 六2煤层五西 六西 七西大巷控制 七4煤层发育落差小于 5m 的小断层 7 条 密度 1 1 条 km2 长 度 30 280m 总长度 830m 其中 NE 向 5 条 NW 向 2 条 六2煤 层发育小于 5m 的断层 14 条 密度 1 7 条 km2 延展长度 30 430m 总长度 2530m 其中 NE 向 8 条 NW 向 2 条 SN 向 4 条 移动观测站设计说明书 5 2 2 设立观测站的目的和任务 设立观测站的目的和任务 2 1 目的和意义目的和意义 随着大量的煤炭资源从地下采出 所引起的地表沉陷及采动损 害问题日益突出 矿山开采沉陷不仅破坏矿区生态环境 而且对地 表及其村庄建筑物造成严重损害 影响工农关系和农村的稳定工作 同时为给煤炭企业带来巨大的经济赔偿负担 也影响到矿区乃至社 会工农业生产和可持续发展 为最大限度地解放村庄下压煤 提高 资源回收率 控制地表沉陷 同时最大限度地保护地表村庄建筑物 需要开展岩层与地表移动规律的研究 建立地表移动观测站进行地 表移动规律和岩移参数的研究是进行村庄下采煤的必备基础 为了最大限度地解放建筑下压煤 提高煤炭资源的采出率 延 长矿井服务年限 同时保护矿区生态环境 实现煤炭生产与矿区环 境协调发展的绿色开采目标 提高矿井技术经济效益 河南永锦能 源有限公司在吕沟矿实施高水充填开采技术 为了井下安全生产和 地表建筑物的安全 确保项目的顺利实施 需要进行充填开采的移 动变形监测研究 在 C 七401 工作面上方地面建立移动观测站 通 过建立地表移动变形观测站 对地表移动变形进行观测 掌握充填 开采引起的地表移动变形规律 获得矿区充填开采地表移动参数和 概率积分参数 为工作面充填开采的安全生产提供理论基础和技术 资料 因此 建立地表移动观测站进行充填开采地表移动规律和岩 移参数的研究具有重要的理论和实际意义 移动观测站设计说明书 6 2 2 主要任务主要任务 为了掌握由于充填开采引起的岩层与地表移动的基本规律 通 过建立充填开采地表移动观测站进行现场实测 综合分析 可实现 如下目的 1 收集煤矿地质采矿资料及有关工程图纸 结合上覆岩层结构及 岩性特征 分析吕沟煤矿岩层与地表移动规律及参数 分析地 表建筑物的现状及抗变形能力 2 进行地表移动观测站设计 根据实际地质采矿条件合理选择和 设计观测线 观测线沿走向一条 沿倾向一条 3 观测站的建立 按 建筑物 水体 铁路及主要井巷煤柱留设 与压煤开采规程 2000 及设计要求埋设控制点和测点 并 采取措施保护测点 4 现场观测 按 建筑物 水体 铁路及主要井巷煤柱留设与压 煤开采规程 2000 要求的精度进行现场测量 获得比较准 确 可靠的观测资料 5 数据分析研究 负责观测数据的整理与分析 获得岩层移动角 等角量参数 进行概率积分法预测参数求取 主要包括下沉系 数 水平移动系数 主要影响角正切 拐点偏移距等 研究地 表移动规律 6 通过现场观测及观测资料分析 分析评价充填开采效果 分析 地表村庄建筑物受影响情况 进行地表建筑物采动影响情况分 析评价 7 根据观测资料分析结果及井下充填情况 对井下高水充填开采 提出合理化建议及开采技术措施 进行技术指导 服务煤矿生 产 移动观测站设计说明书 7 8 提交成果资料 观测站技术设计说明书 观测原始记录 分析 计算图纸资料 观测站技术总结报告 观测站验收报告 提交 科技鉴定所需的研究报告 移动观测站设计说明书 8 3 3 工作面地质采矿条件 工作面地质采矿条件 3 1 工作面工作面位置位置 C 七401 采面位于吕沟煤矿七4煤层八号水平东翼 东至 Y 38441590 坐标线 西至Y 38441400 坐标线 北至七4集中运输平 巷保护煤柱 南至矿井边界 400m 水平等高线 采面上限标高为 198 49m 下限标高为 377 35m 地面标高 148 166m 走向长 190m 倾向长约736m 面积14 万 m2 3 2 煤层赋存情况 煤质及顶底板情况煤层赋存情况 煤质及顶底板情况 该面七4煤层煤种为焦煤 厚度 0 6m 1 2m 平均厚度 0 9m 以薄煤层为主 煤层结构较稳定 硬度系数 f 1 5 煤层倾角 13 15 平均倾角为 14 基本顶为炭质泥岩 厚度 1 22m 特征为灰 黑色 底部含炭质 直接底为砂质泥岩 厚度 2 6m 深灰色 基本 底为中粒砂岩 厚度 2 66m 灰色 3 3 地质构造情况地质构造情况 七4煤层走向 270 275 倾向 180 185 煤层倾角 13 15 平均为 14 为缓倾斜煤层 根据现有 C 七401 采煤工作 面机巷揭露资料分析 C 七401 采煤工作面绕巷掘进范围内揭露 F6 断层 F6 断层为正断层 走向 242 倾向 152 倾角 85 落差 2 8m 对回采有一定影响 根据现有巷道揭露资料分析 在推进过 程中可能会出现小褶曲 对采面回采无大的影响 3 4 水文地质条件水文地质条件 本区域水文地质简单 正常涌水量为 5m3 h 最大涌水量 6m3 h 七4煤层顶板砂岩含水层 1 可造成七4煤层顶板淋水 但水量 移动观测站设计说明书 9 小 持续时间短 对开采偶有影响 C 七401 采面防治水工作简单 易行 采掘工程不受水害影响 3 5 工作面开采技术条件工作面开采技术条件 1 瓦斯 七4煤层东翼采区属于低瓦斯 低二氧化碳区域 七4煤层东翼瓦斯绝对涌出量为 0 31m3 min 二氧化碳绝对涌出量为 0 38m3 min 2 煤尘 煤层干燥无灰基挥发分为 19 39 具有中等强度 爆炸危险性 3 煤自燃倾向性 七4煤层的自燃等级为 类 属不易自燃 煤层 4 地温 温度在 20 23 之间 无地温危害 5 地压 无冲击地压危害 3 6 采煤方法及回采工艺采煤方法及回采工艺 1 采煤方法 工作面回采采用倾斜长壁后退式采煤法 超高 水材料充填采空区 回采循环进尺 1 0m 放顶步距 2 0m 充填循环 进尺 2 0m 即 两采一准 充 2 回采工艺 采用炮采工艺 回采工艺流程 第一班 打眼 装药 放炮 挂梁攉煤 运煤 移溜 纫柱 回柱 维修 第二班 打眼 装药 放炮 挂梁攉煤 运煤 移溜 纫柱 回柱 第三班 架设挡板封堵充填空间 维修 注浆充填 移动观测站设计说明书 10 4 4 地表移动观测站设计 地表移动观测站设计 4 1 观测站设计的原则观测站设计的原则 观测站是指在开采进行之前 在开采影响范围内的地表或其它 研究对象上 按照一定要求设置的一系列互相联系的观测点 在采 动过程中 根据要求定期地对这些观测点进行监测 以确定它们的 空间位置及其相对位置的变化 从而掌握地表移动和变形的规律 设计原则如下 1 观测线设计在移动盆地的主断面上 2 观测线的长度应大于移动盆地的范围 3 观测期间尽量不受临近采区的影响 4 观测线上应根据采深和设站的目的布置一定密度的测点 5 观测线的控制点应在移动盆地范围之外埋设牢固 在冻土 区控制点的底面应在冻土线 0 5m 以下 观测站设计包括编写设计说明书和绘制设计图两部分工作 其 中设计图包括平面图和断面图 比例尺一般与井上下对照图一致 观测站设站地点的选择取决于设站的目的 观测站设站地点的 选择会直接影响到观测成果的使用价值 选择设站地点时 应根据 我国生产发展的具体情况及开采沉陷的研究现状 密切结合开采影 响的实际问题 4 2 观测站类型及布设形式观测站类型及布设形式 按照观测站设置的地点分为地表移动观测站和专门观测站 地 表移动观测站是为了研究地表移动和变形的规律 在开采影响范围 移动观测站设计说明书 11 内的地表上所布设的观测站 专门观测站是为了某一个特定的目的 所设立的观测站 如建筑物观测站 铁路观测站 边坡移动观测站 等 根据 本项目的目的 本次设置地表移动观测站 按照观测的时间分为普通观测站和短期观测站 普通观测站观 测时间较长 一般一年以上 它是在地表移动的开始到结束的整个 过程中定期进行观测 主要为了研究地表移动和变形的规律 短期 观测站是观测时间较短 它是在地表移动过程中的某个阶段进行观 测 是在急需开采沉陷资料的情况下才采用 按布站的形式分为网状观测站和剖面线状观测站 网状观测站 是在产状复杂的矿层或在建筑物密集的地区开采时 可考虑多布设 一些测点 组成网格状观测站 网状观测站可以对整个采动影响范 围进行观测 所得资料比较全面 准确 但测点数目较多 野外观 测和室内成果整理工作量大 且受地形 地物条件的限制 剖面线 状观测站是目前各矿区用得较多的一种布站形式 它是在沿移动盆 地主断面的方向上 将观测点布设成直线的观测站 有时因条件限 制不能布设成直线时 也可布设成具有少量转点的折线形 剖面线 状观测站通常由两条互相垂直且相交的观测线所组成 观测站的布设形式 我国矿区大多数采用剖面线状观测站 走 向观测线和倾斜观测线互相垂直且相交 在充分采动条件下 通过 移动盆地的平底部分都可以设置观测线 在非充分采动的条件下 观测线设在移动盆地的主断面上 观测线的长度应保证两端 半条 观测线时为一端 超出采动影响范围 以便建立观测线控制点和测 移动观测站设计说明书 12 定采动影响边缘 采动影响范围内的测点为工作测点 在采动过程 中应保证其与地表一起移动 以反映地表的移动状态 本次观测站设计类型为剖面线状普通地表移动观测站 在地表 移动盆地的主断面上设计走向观测线 1 条 和倾斜观测线 1 条 互相垂直 4 3 观测线设计所用参数分析观测线设计所用参数分析 根据地表移动观测站设计的基本原理 需要确定以下参数 工 作面倾斜长度 l1 工作面走向长度 l3 上山移动角 下山移动角 松散层移动角 最大下沉角 走向移动角 工作面平均开 采深度 H0等 其参数选取与工作面上覆岩层的岩性及地质采矿条件 等有关 河南永锦能源有限公司吕沟煤矿 C 七401 工作面走向总长为 190m 倾斜长度为 736m 由于吕沟煤矿及附近区域尚未设置过地 表移动观测站 没有岩层与地表移动的实际观测资料 根据 建筑 物 水体 铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程 规定 在缺 少实际观测资料的矿区 可结合本区域上覆岩层岩性的综合评价系 数 P 地质条件 开采技术条件等确定所需参数 其中系数 P 取决于覆岩岩性及其厚度 可用下式表示 n i 1 1 i n i mQ P m 式中 mi 覆岩 i 分层的法线厚度 m Qi 覆岩 i 分层岩性评价系数 可由表 4 1 查得 当无实测 移动观测站设计说明书 13 强度值时 Q0值可从表 4 2 查得 表表4 1 分分层层岩性岩性评评价系数价系数 重复采动 岩 性 单向抗拉 强度 MPa 岩石名称 初 次 采 动 Q0 Q1Q2 坚 硬 90 80 70 60 很硬的砂岩 石灰岩和粘土页岩 石英矿脉 很硬的铁矿石 致密花岗岩 角闪岩 辉绿岩 硬的石灰岩 硬砂岩 硬大理石 不硬得花岗 岩 0 0 0 0 0 05 0 1 0 0 0 1 0 2 0 3 0 1 0 4 0 5 0 6 中 硬 50 40 30 20 10 较硬的石灰岩 砂岩和大理石 普通砂岩 铁矿石 砂质页岩 片状砂岩 硬粘土质片岩 不硬的砂岩和石灰岩 软砾岩 0 2 0 4 0 6 0 8 0 9 0 45 0 7 0 8 0 9 1 0 0 7 0 95 1 0 1 0 1 1 软 弱 10 各种页岩 不坚硬的 致密泥灰岩 软页岩 很软石灰岩 无烟煤 普通泥灰岩 破碎页岩 烟煤 硬表土 粒质土壤 致密粘土 软砂质粘 土 黄土 腐殖土 松散砂层 1 01 11 1 表表4 2 初次采初次采动动岩岩层评层评价系数价系数Q0 地 层 时 代 Q0 值 岩 性 震 旦 纪 寒 武 纪 奥 陶 纪 志 志 留 纪 泥 泥 盆 纪 石炭纪二叠纪三叠纪侏罗纪白垩纪第三纪第四纪 砂 岩 0 0 0 0 05 0 15 0 10 0 15 0 30 0 22 0 30 0 50 0 40 0 40 0 60 0 50 0 50 0 70 0 60 0 70 0 85 0 78 0 85 0 95 0 90 0 95 1 00 0 98 页 岩 泥 灰 岩 0 0 0 0 10 0 30 0 20 0 30 0 50 0 40 0 50 0 70 0 60 0 60 0 80 0 70 0 70 0 85 0 78 0 85 0 95 0 90 0 85 0 95 0 90 移动观测站设计说明书 14 砂 质 页 岩 0 0 0 0 10 0 20 0 15 0 20 0 40 0 30 0 40 0 60 0 50 0 50 0 70 0 60 0 60 0 80 0 70 0 80 0 90 0 85 0 85 0 95 0 90 表表4 3 吕吕沟煤沟煤矿矿覆岩覆岩综综合合评评价系数价系数计计算表 算表 0375钻钻孔 孔 岩层 序号 岩性 厚度 mi 岩性 评价 系数 qi miQi 岩层 序号 岩性 厚度 mi 岩性 评价 系数 qi miQi 1黄土2 7312 73103砂质泥岩1 90 61 14 2砾石0 540 90 486104粉砂岩2 460 51 23 3细粒砂岩3 350 51 675105粉砂质泥岩6 790 64 074 4细粒砂岩2 790 51 395106粉砂岩3 360 51 68 5中粒砂岩9 260 43 704107细粒砂岩0 870 50 435 6粉砂岩1 050 50 525108粉砂岩3 060 51 53 7中粒砂岩1 30 40 52109粉砂质泥岩6 840 64 104 8粗粒砂岩4 220 52 11110细粒砂岩1 050 50 525 9中粒砂岩1 760 40 704111粉砂质泥岩5 230 63 138 10粉砂岩0 50 50 25112粉砂岩5 370 52 685 11中粒砂岩4 820 41 928113中粒砂岩3 190 41 276 12细粒砂岩10 50 5114粉砂岩0 920 50 46 13粉砂岩5 460 52 73115泥岩1 680 71 176 14中粒砂岩6 10 42 44116煤层0 0510 05 15粉砂岩3 580 51 79117泥岩1 10 70 77 16中粒砂岩2 880 41 152118粉砂质泥岩1 40 60 84 17粉砂岩8 860 54 43119中粒砂岩1 510 40 604 18中粒砂岩1 360 40 544120粉砂质泥岩0 60 60 36 19粉砂岩20 51121粉砂岩1 890 50 945 20细粒砂岩2 570 51 285122砂质泥岩0 870 60 522 21粉砂岩6 20 53 1123粉砂岩2 350 51 175 22细粒砂岩3 950 51 975124硅质泥岩0 890 60 534 23细粒砂岩3 170 51 585125泥岩0 520 70 364 24粉砂质泥岩7 190 64 314126煤层0 1810 18 25细粒砂岩3 270 51 635127粉砂岩0 550 50 275 26粉砂岩0 490 50 245128炭质泥岩0 640 60 384 27细粒砂岩1 70 50 85129煤层0 4210 42 28细粒砂岩0 350 50 175130粉砂质泥岩2 130 61 278 29粉砂岩0 510 50 255131细粒砂岩0 730 50 365 30粉砂质泥岩5 750 63 45132粉砂质泥岩1 010 60 606 31中粒砂岩9 550 43 82133中粒砂岩1 010 40 404 移动观测站设计说明书 15 32粉砂质泥岩10 050 66 03134煤层0 1910 19 33粉砂岩1 150 50 575135粉砂质泥岩2 520 61 512 34细粒砂岩0 80 50 4136泥岩0 450 70 315 35中粒砂岩4 450 41 78137粉砂质泥岩10 60 6 36细粒砂岩1 030 50 515138粉砂岩2 560 51 28 37粉砂质泥岩10 930 66 558139细粒砂岩3 40 51 7 38细粒砂岩3 450 51 725140粉砂质泥岩7 390 64 434 39中粒砂岩16 830 46 732141鲕状泥岩1 10 60 66 40砂质泥岩1 210 60 726142粉砂岩3 090 51 545 41粉砂岩5 180 52 59143细粒砂岩3 070 51 535 42粉砂岩3 480 51 74144粗粒砂岩3 380 51 69 43细粒砂岩1 640 50 82145中粒砂岩6 660 42 664 44粉砂质泥岩3 30 61 98146粉砂质泥岩2 240 61 344 45粉砂岩10 50 5147粉砂岩3 610 51 805 46细粒砂岩8 010 54 005148粉砂质泥岩2 780 61 668 47中粒砂岩1 250 60 75149鲕状泥岩0 50 60 3 48粗粒砂岩40 030 520 015150粉砂岩1 060 50 53 49粉砂质泥岩1 680 61 008151中粒砂岩2 330 40 932 50粗粒砂岩38 150 519 075152粉砂质泥岩3 250 61 95 51细粒砂岩0 890 50 445153细粒砂岩2 260 51 13 52粗粒砂岩0 690 50 345154粉砂质泥岩20 61 2 53中粒砂岩1 390 40 556155细粒砂岩0 650 50 325 54粗粒砂岩6 460 53 23156粉砂质泥岩2 710 61 626 55泥岩1 30 70 91157细粒砂岩1 10 50 55 56细粒砂岩0 750 50 375158粉砂质泥岩2 920 61 752 57泥岩0 740 70 518159泥岩0 60 70 42 58粉砂质泥岩6 610 63 966160煤层0 210 2 59泥岩2 240 71 568161泥岩0 890 70 623 60炭质泥岩0 050 60 03162粉砂质泥岩1 150 60 69 61粉砂岩4 550 52 275163泥岩1 20 70 84 62中粒砂岩0 340 40 136164煤层0 9110 91 63粉砂质泥岩3 480 62 088165细粒砂岩0 810 50 405 64中粒砂岩5 810 42 324166中粒砂岩2 720 41 088 65粉砂质泥岩2 390 61 434167煤层0 6210 62 66中粒砂岩0 80 40 32168粉砂质泥岩1 920 61 152 67粉砂质泥岩0 550 60 33169细粒砂岩1 580 50 79 68细粒砂岩0 650 50 325170粉砂岩0 870 50 435 69泥岩0 830 70 581171煤层0 4210 42 70粉砂质泥岩4 420 62 652172粉砂岩0 690 50 345 71细粒砂岩0 650 50 325173中粒砂岩1 160 40 464 72泥岩0 440 70 308174煤层0 1210 12 73泥岩1 040 70 728175泥岩1 970 71 379 74粉砂质泥岩1 060 60 636176细粒砂岩1 350 50 675 75粉砂岩1 30 50 65177泥岩3 670 72 569 76粉砂质泥岩3 030 61 818178鲕状泥岩0 50 60 3 77细粒砂岩0 550 50 275179粉砂质泥岩3 480 62 088 移动观测站设计说明书 16 78粉砂岩0 890 50 445180泥岩0 70 70 49 79中粒砂岩0 940 40 376181粉砂质泥岩1 140 60 684 80粉砂质泥岩2 610 61 566182粉砂岩2 230 51 115 81粉砂岩0 60 50 3183粉砂质泥岩5 040 63 024 82粉砂质泥岩6 230 63 738184紫斑泥岩12 550 78 785 83粉砂岩0 530 50 265185细粒砂岩1 420 50 71 84粉砂质泥岩0 50 60 3186粉砂质泥岩4 050 62 43 85粉砂岩1 010 50 505187粉砂岩1 060 50 53 86细粒砂岩1 080 50 54188粉砂质泥岩0 810 60 486 87泥岩0 640 70 448189粉砂岩1 830 50 915 88细粒砂岩1 60 50 8190粉砂质泥岩13 960 68 376 89中粒砂岩2 940 41 176191粉砂岩1 50 50 75 90砂质泥岩0 740 60 444192细粒砂岩2 770 51 385 91粉砂质泥岩1 330 60 798193中粒砂岩2 550 41 02 92粉砂岩1 250 40 5194粉砂质泥岩7 020 64 212 93中粒砂岩1 550 40 62195炭质泥岩0 10 60 06 94粉砂质泥岩5 30 63 18196泥岩0 980 70 686 95粉砂岩0 950 50 475197鲕状泥岩0 60 60 36 96粉砂质泥岩4 180 62 508198粉砂质泥岩0 680 60 408 97中粒砂岩1 520 40 608199泥岩0 230 70 161 98粉砂质泥岩3 050 61 83200泥岩2 490 71 743 99中粒砂岩1 980 40 792201鲕状泥岩2 870 61 722 100粉砂岩1 510 50 755202粉砂岩5 60 52 8 101细粒砂岩1 360 50 68203细粒砂岩10 50 5 102中粒砂岩10 970 44 388204中粒砂岩1 020 40 408 注 同一岩性开采深度不同综合评价系数值不同 表表4 4 吕吕沟覆岩沟覆岩综综合合评评价系数价系数计计算表 算表 0394钻钻孔 孔 岩层 序号 岩性 厚度 mi 岩性 评价 系数 qi miQi 岩层 序号 岩性 厚度 mi 岩性 评价 系数 qi miQi 1黄土7 5917 5961炭质泥岩0 30 60 18 2中粒砂岩12 110 44 84462泥岩4 60 73 22 3粉砂岩1 750 30 52563中粒砂岩5 830 42 332 4中粒砂岩12 250 44 964泥岩0 970 70 679 5泥岩10 80 77 5665粉砂岩0 350 50 175 6中粒砂岩11 370 44 54866中粒砂岩3 750 41 5 7粗粒砂岩4 120 52 0667泥岩5 10 73 57 8中粒砂岩4 410 41 76468粉砂岩2 460 51 23 9泥岩4 10 72 8769砂质泥岩2 940 61 764 10细粒砂岩3 180 51 5970粉砂岩10 50 5 11粉砂岩1 820 50 9171泥岩1 230 70 861 12中粒砂岩7 350 42 9472粗粒砂岩0 80 50 4 13泥岩3 560 72 49273泥岩4 270 72 989 移动观测站设计说明书 17 14粉砂岩5 80 52 974粉砂岩3 030 51 515 15细粒砂岩1 70 40 6875泥岩4 80 73 36 16泥岩8 850 76 19576细粒砂岩4 730 52 365 17中粒砂岩2 040 40 81677泥岩2 540 71 778 18细粒砂岩1 780 50 8978粉砂岩1 860 50 93 19泥岩0 80 70 5679中粒砂岩4 640 41 856 20中粒砂岩0 50 50 2580粉砂岩1 750 50 875 21粉砂岩1 950 50 97581泥岩2 050 71 435 22泥岩0 50 70 3582粉砂岩0 80 50 4 23细粒砂岩1 350 40 5483细粒砂岩1 10 50 55 24泥岩4 620 73 23484中粒砂岩4 630 41 852 25细粒砂岩3 140 51 5785泥岩0 970 70 679 26中粒砂岩2 260 40 90486煤层0 1310 13 27泥岩6 150 74 30587泥岩2 770 71 939 28细粒砂岩2 130 51 06588煤层1 0811 08 29粉砂岩4 50 52 2589砂质泥岩2 60 61 56 30砂质泥岩2 20 61 3290中粒砂岩2 660 41 064 31细粒砂岩4 20 52 191泥岩1 10 70 77 32粉砂岩4 970 52 48592煤层0 1410 14 33细粒砂岩1 50 50 7593粉砂岩1 370 50 685 34砂质泥岩1 050 60 6394泥岩0 450 70 315 35细粒砂岩0 980 50 4995炭质泥岩0 20 60 12 36砂质泥岩2 90 61 7496粉砂岩0 860 50 43 37粉砂岩0 680 50 3497泥岩2 490 71 743 38细粒砂岩1 350 50 67598中粒砂岩0 450 40 18 39中粒砂岩2 30 40 9299粉砂岩0 50 50 25 40粗粒砂岩2 80 51 4100细粒砂岩0 550 50 275 41细粒砂岩1 80 50 9101粉砂岩10 50 5 42泥岩0 50 70 35102泥岩4 090 72 863 43细粒砂岩1 340 50 67103细粒砂岩2 50 51 25 44泥岩2 90 72 03104粉砂岩1 60 50 8 45细粒砂岩1 750 50 875105砂质泥岩21 290 6 12 77 4 46泥岩2 830 71 981106砂岩4 770 41 908 47细粒砂岩1 650 50 825107泥岩2 180 71 526 48中粒砂岩4 470 41 788108粉砂岩1 240 50 62 49粉砂岩2 50 51 25109泥岩4 230 72 961 50泥岩3 950 72 765110泥岩6 70 74 69 51中粒砂岩0 60 40 24111细粒砂岩7 290 53 645 52硅质泥岩0 20 60 12112泥岩8 520 75 964 53细粒砂岩1 750 50 875113鲕状泥岩0 740 60 444 54粉砂岩2 350 51 175114泥岩11 530 78 071 55炭质泥岩0 30 60 18115煤层0 1510 15 56泥岩3 20 72 24116粉砂岩1 220 50 61 57细粒砂岩0 570 50 285117泥岩0 580 70 406 58粉砂岩10 50 5118煤层0 0710 07 移动观测站设计说明书 18 59细粒砂岩0 820 50 41119泥岩0 60 70 42 60泥岩0 210 70 147120炭质泥岩0 290 60 174 注 同一岩性开采深度不同综合评价系数值不同 通过上述对吕沟煤矿提供的 0375 0394 号钻孔资料的覆岩岩性 综合评价系数的计算 见表 4 3 表 4 4 分别算得覆岩综合评价系 数 P 0 530448 P 0 566711 平均值 P 0 55 参照 建筑物 水 体 铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程 中的岩性综合评价 系数 P 与岩性影响系数 D 的对应关系表 见表 4 5 吕沟煤矿开采 区域上覆岩层岩性影响系数 D 为 1 73 为中硬岩层 表表4 5 岩性岩性综综合合评评价系数价系数P与系数与系数D的的对应对应关系关系 坚硬P0 000 030 070 110 150 190 230 270 30 D0 760 820 880 951 011 081 141 201 26 中硬P0 300 350 400 450 500 550 600 650 70 D1 261 351 451 541 641 731 821 912 00 软弱P0 700 750 800 850 900 951 001 051 10 D2 002 102 202 302 402 502 602 702 80 由于 C 七401 工作面的上覆岩层为中硬岩层 根据 煤矿测量规 程 中第 258 条规定 在最大下沉角 尚未求得前 可按其近似公 式计算 见表 4 6 同时 根据 建筑物 水体 铁路及主要井巷 煤柱留设与压煤开采规程 中的规定 其走向移动角 上山移动 角 和下山移动角 可通过覆岩岩性确定 见表 4 7 表表4 6 按覆岩性按覆岩性质质区分的最大下沉角区分的最大下沉角 移动观测站设计说明书 19 最大下沉角 覆岩 类型 50 坚硬 90 0 7 0 8 90 0 4 0 2 中硬 90 0 6 0 7 90 0 4 0 2 软弱 90 0 5 0 6 90 0 4 0 2 注 为煤层倾角 表表4 7 按覆岩性按覆岩性质质区分的地表移区分的地表移动动一般参数一般参数综综合表 合表 50 覆岩性质移动角 覆 岩 类 型 主要岩性 单向抗 压强度 Mpa 下沉 系数 q 水平 移动 系数 b 坚 硬 大部分以中生代地层硬砂 岩 硬石灰岩为主 其它 为砂质页岩 页岩 辉绿 岩 60 0 27 0 5 4 0 2 0 3 75 8 0 75 8 0 0 7 0 8 中 硬 大部分以中生代地层中硬 砂岩 石灰岩 砂质页岩 为主 其它为软砾岩 致 密泥灰岩 铁矿石 30 60 0 55 0 8 4 0 2 0 3 70 7 5 70 7 5 0 6 0 7 软 弱 大部分为新生代地层砂质 页岩 页岩 泥灰岩及粘 土 沙质粘土等松散层 30 0 85 1 0 0 2 0 3 60 7 0 60 7 0 0 3 0 5 注 为煤层倾角 根据上述计算分析 吕沟煤矿 C 七401 工作面上覆岩层移动参 数确定如下 走向移动角 72 上山移动角 72 下山移动角 0 6 0 7 72 0 6 14 63 6 最大下沉角 90 0 6 0 7 90 0 6 14 81 6 移动观测站设计说明书 20 4 4 观测线位置确定观测线位置确定 本次观测站设计类型为剖面线状普通地表移动观测站 观测的 主要目的是研究地表移动规律 根据 煤矿开采损害与保护 中对 剖面线状观测站布设形式与设计方法的规定 当工作面长度满足下 述公式时 可考虑设置两条倾斜观测线 l3 D1 D2 D3 1 4H0 50m 式中 l3 工作面走向长度 为 190m D1 外侧倾斜观测线到开切眼的距离 D2 两条倾斜观测线的间距 D3 内侧倾斜观测线到终采线的距离 H0 平均开采深度 约为 485m 经计算 l3 1 4H0 50m 说明工作面走向较断 为非充分采动 根据对剖面线状观测站设计方法的规定 地表在走向方向上为非 充分采动 倾斜观测线布置在采空区中心 沿煤层走向设置一条走向 观测线 根据以上计算公式和方法 参照吕沟煤矿的地质采矿条件以及 煤矿测量规程 的规定 设计走向观测线一条 倾斜观测线一条 走向观测线和倾斜观测线互相垂直 且均布置在地表移动盆地的主 断面上 4 4 1 倾斜观测线位置的确定倾斜观测线位置的确定 首先判断地表是否达到了充分采动 如果地表在走向方向上为 移动观测站设计说明书 21 非充分采动 将倾斜观测线布置在采空区的中心 若地表达到了超 充分采动 倾斜观测线应布置在平底部分 根据吕沟煤矿实际地质 采矿条件 C 七401 工作面地表移动沿走向为非充分采动 倾斜观 测线布置在采空区的中心 4 4 2 走向观测线位置的确定走向观测线位置的确定 走向观测线应位于走向主断面上 确定走向主断面的位置应在 倾斜主断面上按最大下沉角 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 结合工作面上面地表具体情况 走向观测线沿潘庄村道路布设 4 5 观测线长度的确定观测线长度的确定 4 5 1 走向观测线长度的确定走向观测线长度的确定 走向观测线的长度是在移动盆地的走向主断面上确定 为了保 证观测线不受邻近开采的影响 一般情况下 走向观测线一般只设 一条 同时 走向观测线应与倾斜观测线垂直相交 并稍微超过一 段距离 然后在倾斜观测线和走向观测线交点处再向外延伸一定距 离 适当加设 1 2 个观测点 在走向主断面上 走向影响距离 D 及走向观测先线长度 L走计 算公式如下 D H0 h cot hcot 式中 H0 平均开采深度 485m h 松散层厚度 35m 走向移动角 取 72 走向移动角修正值 根据表 4 8 取 20 移动观测站设计说明书 22 松散层移动角 45 l3 工作面走向长度 190m 经计算 走向影响距离为 386m 工作面内长度取 120m 走向 观测线长度 L走为 506m 表表4 8 移移动动角修正角修正值值 煤层倾角 02020 20 101720 20 201520 20 301320 20 401220 20 501120 20 60920 20 70720 20 80 及以上620 20 4 5 2 倾斜观测线长度的确定倾斜观测线长度的确定 一般情况下 倾斜观测线的长度是在移动盆地的倾斜主断面上 确定 倾斜观测线长度 L倾按下公式计算 L倾下 H1 h cot h cot 式中 H1 工作面下山边界开采深度 523m h 松散层厚度 35m 下山移动角 63 6 下山移动角的修正值 根据表 4 8 取 16 松散层移动角 45 经计算 倾斜方向上下山长度 480m 结合走向观测线的位置 工作面内倾斜长度取 350m 倾斜线长度 L倾为 830m 移动观测站设计说明书 23 为不影响观测数据采集和分析 一般情况下 不对倾斜观测线 和走向观测线的长度及位置进行调整 4 6 测点数目及其密度测点数目及其密度 观测线上的测点数目及其密度 主要取决于开采深度和设站的目 的 见表 4 9 工作测点设置在预计的移动盆地范围内观测线上 布设一般是从移动盆地中央开始向两边的移动边界布置 为了反映 地表点的移动情况 工作测点要与表土层牢固地固结在一起 以使 测点和地表一起移动 并保证它和土层密实固结 工作测点应有适 当的密度 为了以大致相同的精度求得移动相变形值及其分布规律 一般是等间距布设 控制点应埋设在观测线的两端 每端布置 2 个 若只在一端设置控制点时 控制点不得少于 3 个 控制点与最外端 工作测点的距离为 50 100m 观测线和测点的设计位置确定以后 将它们绘制到观测站设计平面图上 表表4 9 测测点密度点密度 开采深度 M 测点间距 M 开采深度 M 测点间距 M 505200 30020 50 10010300 40025 100 20015 40030 C 七401 工作面下山方向平均采深为 485m 故测点间距为 30m 由于本次观测站设计类型为剖面线状普通地表移动观测站 走 向观测线与倾斜观测线均在移动盆地主断面 且互相垂直 设计走 移动观测站设计说明书 24 向观测线半条 总长度 506m 在走向观测线上可布置 17 个测点 可以适当增加 1 2 个测点 倾斜观测线一条 总长度 830m 由于 走向观测线与倾斜观测线垂直 有一个交点 因此在倾斜观测线上 可布置 27 个测点 可以适当增加 1 2 个测点 根据工作面上方实 际条件 控制点布置在潘庄村东公路上 设置 3 4 个控制点 因此 本次观测站总共 51 个观测点 走向观测线上观测点的编号按从西到 东方向顺序增加 分别为 A1 A2 A3 倾向观测线上观测点的编 号自上山向下山方向顺序增加 分别为 B1 B2 B3 两条观测 线交点编号为 AB 控制点编号分别为 R1 R2 R3 移动观测站设计说明书 25 5 5 观测站的设置 观测站的设置 5 1 设置时间设置时间 在工作面开始回采之前 或者是工作面已开始回采 但至观测 线还有一定的距离 并且移动尚未波及到设站地区地表时 就应将 设计好的观测站标定到实地上 其方法是 在观测站设计平面图上 根据设计的测点间距 利用观测站附近的矿区控制点确定各观测线 及观测线上各测点的平面位置 并对各测点进行编号 如果矿区控 制点离观测站较远 则需在观测站地区进行插点 也可利用其它控 制点或图根点标定观测站 测点不应布置过早 以防丢失 应该在 工作面开采前 10 天左右进行布置为宜 5 2 设站要求设站要求 观测站的控制点和工