西101地表岩移观测工作总结.doc

西101综放工作面灰渣库下综放开采资料甘肃靖远煤电股份有限公司大水头煤矿2013年10月26日一、 概 况 1、地理位置：西一采区101工作面地面位于刀楞山以北，罗家川、总机厂以南，西部有靖远电厂灰水坝，水体三面由地表出露的丘陵所围，西翼为人工坝体。西101东部地表大部分为旱田沙地，地表之上大部分地区为丘陵地带，地面标高为：1595m1625m。2、井下位置及四邻采掘情况：西101工作面处1120水平，工作面煤层底板标高为1080m1115m。东与西一采区运输上山、回风上山及中201工作面开切眼为界，西以勘探线为界，南以DF9断层为界，北以西1120运输大巷为界。3、工作面走向长507m，倾斜宽为110/90m，在回风顺槽靠切眼段因DF9号断层限制设计呈“刀把子”形状，面积合计为：54460，煤层厚度为5.5m8.5m，平均为6.5m。煤层结构为单一结构，倾角约212。4、地质构造：走向方向，西101工作面煤层底板总体变化是北东倾斜的背斜构造形态，东西部稍低，中部稍高，工作面中部小褶曲构造发育;倾向方向，工作面煤层底板运输顺槽整体低于回风顺槽，呈单斜构造，煤层倾角在 2 12。西一采区101工作面区域范围内南北向有DF9、F40号两大断层，两断层落差均较大，其中DF9断层落差约40m左右，F40号断层落差约45m左右，两断层走向大致与西101工作面走向一致，是制约工作面倾斜宽度的主要地质构造；由于F40断层为正断层，受断层牵引应力作用，F40断层附近煤层较薄，DF9断层为正断层，受断层拉应力作用，靠近DF9断层回风顺槽一侧煤层较薄。除以上两断层之外，在掘进过程中还揭露出F西101-1、F西101-2、F西101-3断层三条中小型断层，F西101-1、F西101-3断层均为与工作面斜交正断层，F西101-1在工作面内延展长度90m左右，F西101-1落差5米左右，煤层完全断开；F西101-3断层在工作面内延展长度100m左右，F西101-3落差2m以下；F西101-2断层为走向断层，落差3米左右，断层面在西101运输顺槽内展布，下降盘（南盘）整体在工作面内，延展长度100m左右。 西101工作面于2013年5月20日开始回采，截至2013年10月26日已推进440米。岩移观测点于2013年6月7日布设完毕，共布设观测点25个、观测线3条（包括回水道观测线），累计观测了15次。开采后岩移未对工作面作业造成影响，地表不存在明显塌陷，初采良好，这对后续工作面的开采提供了良好的经验。初步验证采用综采放顶煤采煤法可以在电厂灰渣库下安全开采，开采后地面灰渣库与井下的水利关系不妨碍综放开采，前提是井下与地面应当采取可行的技术措施。二、地质构造情况 西101工作面煤层底板总体变化是北东倾斜的背斜构造形态，东西部稍低，中部稍高，工作面中部小褶曲构造发育;倾向方向，工作面煤层底板运输顺槽整体低于回风顺槽，呈单斜构造，煤层倾角在 2 12。西一采区101工作面煤系地层综合柱状图（图1）系组柱 状层厚（m）岩石名称岩 性 描 述JJ2x3.04.0粗砂岩 浅灰色，灰白色，含少量矿物碎屑，块状较坚硬，分选中等，成份以石英为主，次为长石，部分区域为粉砂岩与泥岩互层，波状层理。J2y3.77泥质粉砂岩 紫褐色，灰绿色，中夹1.4米左右灰绿色粉砂岩，底部为1米左右厚的炭质粉砂岩。2.8砂质泥岩 紫红色，团块状裂隙面具光滑感，底部渐变为浅灰色，含铝质，较松软。1.52.4泥 岩 灰色含铝质、光泽强，裂隙面有滑感染手，含大量煤屑及煤线，不分区域底部有薄层炭质泥岩。6.5一层煤黑色，多为粉沫状。8.39粉砂岩 灰黑色，含炭质，块状，具缓波状层理，由上到下含煤量逐渐加少，底部1.5米左右为灰色粉砂岩，最底部0.2米左右为灰色坚硬石英砾岩。1.66含砾粗砂岩 致密，坚硬，波状层理，含石英砾岩30左右，含植物化石印痕，硅质胶结。 工作面区域范围内共F西101-1、F西101-2、F西101-3、DF9及F40号两大断层及，其中DF9断层落差在40m左右，F40号断层落差在1231米，两断层走向大致与西101工作面走向一致；由于工作面布置受大断层影响，尤其是工作面相遇次生断层区段，煤层底板及厚度起伏较大，受应力拉伸煤层变薄。 由于断层较多，所以可能会对灰渣库引起一定的变形情况，开采后可知对地面影响没有预计的大，未来临近工作面开采是否会受断层影响也不够明朗，有待进一步观察。为最大限度的确保安全开采必要做以下一些工作：F40断层是否出露地表不能确定，其含水性和导水性通过探水试验确定，都按最不利条件和煤矿防治水规定留设导水断层防隔谁煤柱，其中一侧留设到50m。 工作面地质构造情况（表1）地质构造构造名称走 向倾 向倾 角性 质落 差（m）F西101-1265E65正断层014F西101-2243NW58正断层03F西101-3260SW87正断层09F40171NE78正断层37DF9200SE60逆断层043煤层顶底板情况顶底板名称岩石名称厚度（m）岩 性老 顶砂质泥岩9.87灰色、紫红色，团块状，裂隙面具光滑感，底部渐变为浅灰色，含铝质，较松软，具可塑性。与薄层泥质粉砂及细砂岩互层。直接顶泥岩1.52.4灰色、灰黑色，含铝质、粉砂质、碳质，含煤屑及煤线，不分区域底部有薄层炭质泥岩。致密结构，块状构造。伪 顶碳质泥岩0.10.3黑色，含炭质，染手，松软破碎，粘结性差，易离层，不分区域较薄或没有碳质泥岩伪顶。直接底粉砂岩8.39灰黑色，含炭质，块状，具缓波状层理，由上到下含煤量逐渐减少，底部1.5米左右为灰色粉砂岩，最底部0.2米灰白色坚硬石英砾岩。老 底含砾粗砂岩1.66灰白色，波状层理，钙质、硅质胶结，以石英为主，含石英砾岩30左右，含植物化石印痕，含白云母碎片，结构致密坚硬。三、井下水文地质情况西101工作面水文地质条件比较简单，一层煤之上有、两个含水层，均为富水性极弱的含水层，该面回采前，通过对F40和DF9断层钻探分析，查明这两条断层均含水性较弱，无导水性，在工作面回采期间制定了相应的防治水措施，均未出现出水现象。由于生产用水最大涌水量3.9m/h,正常涌水量2.2m/h，均对正常开采不构成威胁。受采动影响时，覆岩中的导水裂缝带或垮落带未触及煤层之上的水体，原有的导水断层不与水体相通，所以没有对工作面涌入超限水量。 西101工作面井下涌水量（表2）日期运槽排水量（m）回风排水量（m）涌水总量（m）单位涌水量（m/d）7月27日3020502.0833333337月28日3030602.57月29日6035953.9583333337月30日3025552.2916666677月31日3020502.0833333338月1日3025552.2916666678月2日3025552.2916666678月3日3020502.0833333338月4日3020502.0833333338月5日3020502.0833333338月6日3025552.2916666678月7日3020502.0833333338月8日3025552.2916666678月9日3025552.2916666678月10日3020502.0833333338月11日3020502.0833333338月12日3020502.0833333338月13日3025552.291666667西101工作面涌水量图（图2 ）四、回采对地面设施影响 根据目前开采状况分析，西101工作面开采后造成了地表一定的移动和下沉变形。由于西101工作面地表为荒山沟壑区域，回采会引起与中201工作面开采后类似的地表移动和变形，主要表现为引起地表丘陵沙地裂缝及下沉。地面主要设施为灰渣库本身以及一些配套管路等，灰渣库边缘收采动影响有稍许变形，地面配套管路未见明显弯曲，日常观测和维护持续跟进。五、开采沉陷观测方法西101综放工作面采用综采放顶煤、一次采全厚、全部垮落法采煤方法。该面2013年5月20日初采初放，2013年6月7日在西101综放工作面地表设置地表岩移观测站，走向方向布设了10个观测点、倾向方向布设了9个观测点、回水道布设了6个观测点，详见附图4。西101工作面沿工作面倾向方向和走向方向各设一条观测线（包括回水道观测线），两观测线大致互相垂直，测点从移动盆地中央开始向两边的移动边界布置，根据地表形态不同，点间距在50100m。观测站建立完毕后进行观测，每周进行一次下沉量及积水变化的观测，并对数据进行分析及上报见附图5，截至2013年10月14日共观测了14次。科学有效的记录了地面下沉的幅度和变化速度，为整体采煤进度和技术研究提供了良好的数据资料，也为后续工作面的开采积累了初步直观的经验。随着开采的结束，地表的变化还要持续一段时间，我们的观测也要伴随着到移动基本处于停滞为止，综合所有的情况推断西采区整体变形趋势和对地表造成的破坏程度。科学有效地维护灰渣库的使用与安全稳定地开采灰渣库下的储煤要做到和谐统一、平稳过渡，开采沉陷观测的持续进行和判断分析功不可没。六、实验室试验 我矿开采前委托中国矿大做了模拟实验。实验室试验内容包括岩性试验、相似材料模拟试验和数值模拟。岩性试验的目的是确定上覆岩性特点及隔水性能。由于进行覆岩破坏观测和水位观测仅能获得几组观测结果，而相似材料模拟试验和数值模拟可以得到不同条件下的覆岩、地表移动破坏的全部变化情况，是实际观测结果的必要补充。 岩性试验：岩性、矿物成分、颗粒分级、岩石力学强度（拉、压、剪、弹模、泊松比）、水理性质（饱和吸水率、膨胀及崩解特性）、泥质成分及其变化。模拟试验以库下开采工作面为实例，按比例模拟，考虑相似材料配比，模拟不同的开采高度，进行试验的观测，监测岩层内部及地表变形破坏，确定覆岩和地表的变形和破坏规律。实验室试验结果为库下开采提供了借鉴的依据。七、观测结果分析根据实测数据分析，观测线的地表移动和变形分布特征为：西101工作面开始推进160m时地表沿走向、倾向出现移动，工作面开始回采到地表开始下沉的时间为2个月。当工作面推进至230m处位于走向线和倾向线相交处时，走向观测点6号点最大下沉量为92mm、倾向观测点1号点下沉量为33mm、回水道观测点3号点最大下沉量为29mm。工作面回采期间，最近一次观测于2013年10月22日，走向观测5号点最大下沉量为377mm、倾向观测点1号点下沉量为353mm、回水道观测点4号点最大下沉量为65mm，地表处于持续下沉的状态。西101工作面月推进度及岩移观测最大下沉量（表3）观测次数一二三四五六七八九十十一十二十三十四十五推进度（m）305683114160216230256285326347373404410436走向最大 下沉量（mm）0000142492137158207251289357368377倾向最大 下沉量（mm）000061038638092202223254321353回水道最大下沉量（mm）000056293240434949646465西101地表岩移观测下沉量曲线图（图4）八、回采安全技术措施根据以上水害分析，西101工作面回采时防治水的重点是防治地表灰坝积水溃入井下。我矿委托中国矿业大学研究并提交了大水头煤矿蓄水池下综采放顶煤安全开采可行性研究报告，根据报告结论及提出的安全技术措施，结合工作面井上下实际，制定以下安全技术措施。1、采高是影响采后导水裂隙带高度最重要的因素，在蓄水池正下方安全开采论证所用的采高是7.5m，非正下方安全开采论证所用的采高是9.49m。因此，要求自切眼向前推进50米段，采高不得超过7.5m，之后采高不得超过9.49m。2、如附图2所示，放顶煤线以东正常采放；在放顶煤线以西，只割煤不放顶煤，直至工作面推进至回风顺槽H9导线点。工作面放顶煤过程中，必须严格执行见矸石就关闭放煤口的措施，不得超放或放出矸石，以防止实际采高超过设计采高。3、在回采工作面出现淋水或裂隙涌水现象时，必须停止生产，撤出人员，汇报矿调度，经技术人员现场查看和采取相应的措施，确保安全后再恢复生产。4、在西101工作面回采前完善了西一采区排水系统，包括西一采区水泵房排水设施，并进行联合试运转，确保其运转正常，达到排水设计要求。5、在西101工作面回采前运输顺槽增设4寸和3寸两趟排水管路，配备扬程不小于25m，流量不小于150m/h的水泵。水仓随工作面的推进进行设置。6、加强对采区和工作面涌水量观测点的观测，并及时分析和汇报。7、回采期间，每月对灰坝积水及地面变形情况进行观测，发现积水急剧减少或出现地下渗入现象时，必须立即汇报矿调度，停止工作面生产，撤出人员，采取有效措施，确保安全后恢复生产。8、利用推土机修筑临时坝体，将积水堵截在距西101工作面切以西眼最小法线距离160m范围外（地表移动角按72计），将南灰坝积水控制在西101地表塌陷范围外。9、编制完善矿井水害应急救援预案，并进行演练。10、由于西101工作面为我矿首个水体下采煤工作面，要求回采期间按重点工程管理，编制西101工作面水体下采煤重点工程管理通知11、加强职工培训，增强现场工作人员突水预兆的观察与判断能力，掌握应急措施。九、总结我矿西101开采前通过背景分析、理论论证以及综合分析的前提下，采取了井下技术措施和地面技术措施，以保证水体下安全开采。经过实测数据分析来看，西101的回采未对地表造成大的影响，灰渣库总体保持良好的外貌特征，不影响后续的使用。地表未出现因回采造成的裂缝，库内出水量保持正常水平，电厂灰渣库内的积水没有透过地表裂缝渗入西101工作面，整个回采过程有序平稳的进行，无因地表塌陷而产生的连锁反应。工作面的积水为生产用水所致（详见表2），