煤矿地表移动与变形规律研究报告课件.ppt

1、1 1龙固煤矿一采区南翼龙固煤矿一采区南翼地表移动与变形规律地表移动与变形规律研研 究究 报报 告告煤炭工业济南设计研究院有限公司煤炭工业济南设计研究院有限公司2011.092011.091 1报告要点：一一 区域地质采矿条件概况区域地质采矿条件概况地质条件煤层开采立项背景二二 地表移动观测概况地表移动观测概况观测站概述观测成果概述下沉速度与影响时间三三 地表移动参数拟合计算地表移动参数拟合计算计算方法地表移动参数拟合分析移动角量及部分动态参数分析四四 结论与建议结论与建议2 23 3一一 区域地质采矿条件概况区域地质采矿条件概况 地质条件龙固井田为全隐蔽的华北型石炭二迭系煤田，自上而下依次为

2、第四系、第三系、二迭系石盒子组和山西组、石炭系上统太原组、中统本溪组、奥陶系中、下统。该采区位于张楼背斜东翼，区内地质构造简单，断层不发育，区内有2条落差1012m断层。首采区工作面回采情况一览表工作面名称走向长（m）斜长（m）平均采深（m）采高（m）回采时间1302s 690607703.333.502008.102009.11303s694677453.103.502009.012009.041304s580697352.803.502009.042009.061305s730697203.52009.062009.10 煤层开采由于龙固矿井南翼一采区是首次在村庄及建筑物下采煤，地面上方对

3、应为龙固镇、管庄村等，加上铁路保护煤柱有小部分在影响范围之内，根据首采区南翼村庄压煤开采方案论证与设计，在村庄保护煤柱内，1302S、1303S、1304S、1305S工作面采用条带方式开采。各工作面采矿条件见下表所示：5 5 立项背景村庄压煤的合理开采是龙固煤矿面临的一个重大课题。为切实掌握本矿的开采沉陷规律，为更好地利用观测资料，山东新巨龙能源有限责任公司龙固煤矿特委托煤炭工业济南设计研究院有限公司对南翼一采区进行岩移观测和资料分析，力求得出符合该矿实际的地表移动参数。二二 地表移动观测站概况地表移动观测站概况 观测站概述倾向观测线位置：采区下山方向为村庄，不宜布设测点，故倾向观测线设置为

4、半盆地上山观测线。F线C线A线B线E线走向观测线位置：走向线通过预计下沉盆地中心，对应1302s、1303s工作面上方的观测线设置为半盆地走向观测线，对应1307s工作面上方的观测线设置为全盆地走向观测线。共布设了A、B、C、D、E、F、L七条观测线，其中测线A、F在一条线上，简称AF线；测线C、L在一条线上，简称CL线。各测站情况见表所示。表表3.1 地表移动观测站一览表地表移动观测站一览表测线测线名称名称测线测线描述描述测线测线长长/m测点测点数数观测时间观测时间观测次数观测次数开始开始时间时间结束结束时间时间时间跨时间跨度度/天天高高程程平平面面E线1302s走向1150182008.1

5、0.12010.11.1750226B线1303s走向1010182008.10.12010.11.1750216CL线1305s外，走向2150532008.10.12010.11.1750186AF线采区倾向1630562008.10.12010.11.1750336D线采区斜向1730562008.10.12010.6.276263158 8 观测成果概述 1302s工作面走向观测线-E线2008.10.12010.11.1期间进行了为期2年多的22次高程观测与6次平面观测。由观测成果可知，实测最大下沉点为E05号点，最大下沉值为345mm；-400-350-300-250-200-15

6、0-100-5005039074003907600390780039080003908200390840039086003908800w2008/11/2w2008/11/12w2008/11/27w2008/12/11w2009/1/1w2009/1/20w2009/2/14w2009/2/19w2009/3/9w2009/3/23w2009/4/8w2009/4/22w2009/5/13w2009/5/25w2009/6/12w2009/7/1w2009/9/12w2009/10/16w2010/3/23w2010/9/18w2010/11/1测点E15E14E13E12E11E10E9E

7、8E6E5E4E3E1E0E16E17E线实测下沉曲线图9 9实测最大水平移动点为E12号点，最大水平移动值为165mm；最大倾斜0.77mm/m；最大拉伸变形0.45mm/m，最大压缩变形-0.99mm/m。-200-150-100-50 05010015039074003907600390780039080003908200390840039086003908800dy2009/02/19dy2009/7/1dy2009/10/16dy2010/3/25dy2010/11/1测点E15E14E13E12E11E10E9E8E6E5E4E3E1E0E16E17E线实测走向水平移动曲线图 10

8、10 1303s工作面走向观测线-B线B线于2008.10.12010.11.1期间进行了进行了为期2年多的21次高程观测与6次平面观测。由观测成果可知，实测最大下沉点为B16号点，最大下沉值为437mm；B线实测下沉曲线图-500-450-400-350-300-250-200-150-100-500503907600390780039080003908200390840039086003908800w2008/11/2w2008/11/12w2008/11/27w2008/12/11w2009/1/1w2009/1/20w2009/2/14w2009/2/19w2009/3/9w2009/

9、3/23w2009/4/8w2009/4/22w2009/5/13w2009/5/25w2009/6/12w2009/7/1w2009/9/12w2009/10/16w2010/3/23w2010/11/1测点B02B036B07B08B111314161718B01B0451111实测最大水平移动点为B06号点，最大水平移动值为189mm；最大倾斜1.60mm/m；最大拉伸变形0.51mm/m，最大压缩变形-1.18mm/m。B线实测南北方向（沿走向）水平移动曲线图-250-200-150-100-50 05010015039076003907800390800039082003908400

10、39086003908800dy2009/02/19dy2009/7/1dy2009/10/16dy2010/3/25dy2010/11/1测点B02B036B07B08B111314161718B01B0451212 1305s工作面外侧走向观测线-CL线CL线观测成果可知，实测最大下沉点为C4号点，最大下沉值为177mm；CL线实测下沉曲线图-200-150-100-50050390650039070003907500390800039085003909000w2009/7/1w2009/7/18w2009/8/6w2009/8/21w2009/9/12w2009/9/28w2009/10

11、/16w2009/11/9w2009/11/28w2009/12/17w2010/1/16w2010/3/16w2010/3/25w2010/5/23w2010/6/27w2010/9/18w2010/11/1测点45 69101112131415161718L19C4567891314151617181921222324251313实测南北方向最大水平移动点为C16号点，最大水平移动值为123mm；南北方向最大倾斜0.44mm/m；南北方向最大拉伸变形0.60mm/m，最大压缩变形-0.95mm/m。CL线实测南北方向（沿走向）水平移动曲线图-80-60-40-20 020406080100

12、120140390650039070003907500390800039085003909000dy2009/02/19 dy2009/7/1 dy2009/10/16 dy2010/3/25 dy2010/11/1测点45 69101112131415161718L19C4567891314151617181921222324251414 采区中部倾向观测线-AF线AF线是位于1302s、1303s、1304s与1305s工作面走向方向中央上方的全盆地倾向观测线，由观测成果可知，实测最大下沉点为A18号点，最大下沉值为520mm；AF线实测下沉曲线图-600-500-400-300-200-

13、1000100397000397200397400397600397800398000398200398400398600398800399000w2008/11/2w2008/11/12w2008/11/27w2008/12/11w2009/1/1w2009/1/20w2009/2/14w2009/2/19w2009/3/9w2009/3/23w2009/4/8w2009/4/22w2009/5/13w2009/5/25w2009/6/12w2009/7/1w2009/7/18w2009/8/6w2009/8/21w2009/9/12w2009/9/28w2009/10/16w2009/11

14、/9w2009/11/28w2009/12/17w2010/1/16w2010/3/16w2010/3/25w2010/5/23w2010/6/27w2010/9/18w2010/11/1测点F6F5F4F3F1A1A3A4A5A6A7A8A91011121314151617181920222324252627282930313233353637394041434444-1454649F2F7A21515实测东西方向最大水平移动点为A06号点，最大水平移动值为291mm；东西方向最大倾斜1.85mm/m；东西方向最大拉伸变形1.19mm/m，最大压缩变形-1.68mm/m。AF线实测东西方向（

15、沿倾向）水平移动曲线图-400-300-200-100 0100200300397000397200397400397600397800398000398200398400398600398800399000dx2009/02/19dx2009/7/1dx2009/10/16dx2010/3/25dx2010/11/1测点F6F5F4F3F1A1A3A4A5A6A7A8A91011121314151617181920222324252627282930313233353637394041434444-1454649F2F7A2481616 采区斜向观测线-D线D线是斜穿1302s、1303s工

16、作面上方的全盆地伪倾向观测线，由观测成果可知，实测最大下沉点为D30号点，最大下沉值为379mm；D线沿南北方向（沿倾向）实测下沉曲线图-400-350-300-250-200-150-100-500503907000390720039074003907600390780039080003908200390840039086003908800w2008/11/2w2008/11/12w2008/11/27w2008/12/11w2009/1/1w2009/1/20w2009/2/14w2009/2/19w2009/3/9w2009/3/23w2009/4/8w2009/4/22w2009/5/

17、13w2009/5/25w2009/6/12w2009/7/1w2009/7/18w2009/8/6w2009/8/21w2009/9/12w2009/9/28w2009/10/16w2009/11/9w2009/11/28w2009/12/17w2010/1/16w2010/3/16w2010/3/25w2010/5/23w2010/6/27测点5655535149474543413937353331292725232119171513121075311717东西方向最大水平移动点为D22号点，最大水平移动值为223mm；南北方向最大水平移动点为D36号点，最大水平移动值为171mm；东西方

18、向最大倾斜1.85mm/m，南北方向最大倾斜2.17mm/m；东西方向最大拉伸变形1.19mm/m，最大压缩变形-1.68mm/m；南北方向最大拉伸变形1.32mm/m，最大压缩变形-1.65mm/m。D线实测南北方向（沿倾向）水平移动曲线图-200-150-100-50 05010015039068003907000390720039074003907600390780039080003908200390840039086003908800dy2009/02/19dy2009/7/1 dy2009/10/16 dy2010/3/25 测点565553514947454341393735333

19、1292725232119171513121075311818 下沉速度与影响时间 1302s工作面走向观测线-E线E线最大下沉点为E05号点，最大下沉点的最大下沉速度为0.93mm/d，发生时间在1302s工作面推进至E05号测点正下方时；1302s、1303s、1304s、1305s工作面开采过程中，最大下沉点的最大下沉速度为2.37mm/d，观测过程中最大下沉速度出现了两次较大峰值，一次是在1303s工作面回采将至停采线侧，另一次是在1305s工作面推进30m时。E线5号点下沉速度图 1919 1303s工作面走向观测线-B线B线最大下沉点为B16号点，最大下沉点的最大下沉速度为2.27

20、mm/d，发生时间在1303s工作面推过B16号测点260m时；1302s、1303s、1304s、1305s工作面开采过程中，最大下沉点（B16）的最大下沉速度为2.79mm/d，观测过程中最大下沉速度出现了两次较大峰值，一次是在1304s工作面推进到190m时；第二次是在1305s工作面推进到30m时。B线16号点下沉速度图 2020 1305s工作面外侧走向观测线-CL线CL线最大下沉点为C04号点，最大下沉点（C04）的最大下沉速度为1.53mm/d，CL测线在采区外侧，沉降量相对较小，达不到活跃程度 CL线C04号点下沉速度图(1.50)(1.00)(0.50)0.000.501.0

21、01.502.000100200300400500600700800总天数（d）V（mm/d）下沉速度(mm/d)2121 采区倾向观测线-AF线AF线最大下沉点为A18号点，最大下沉速度为3.33mm/d，时间是在1304s工作面推过A18号测点90m时；另三次较大的下沉速度介于了2.672.95mm/d，时间是在1305s工作面推进至AF线附近时。AF线A18号点下沉速度图(1.00)(0.50)0.000.501.001.502.002.503.003.504.000100200300400500600700800总天数（d）V（mm/d）下沉速度(mm/d)2222 采区斜向观测线-D

22、线D线最大下沉点为D30号点，最大下沉速度为2.38mm/d，时间是在1304s工作面推进至200m时；另一次较大的下沉速度2.28mm/d，时间是在1305s工作面推进至290m时。D线D30号点下沉速度图(1.00)(0.50)0.000.501.001.502.002.503.000100200300400500600700总天数（d）V（mm/d）下沉速度(mm/d)2323三三 地表移动参数拟合计算地表移动参数拟合计算计算方法根据我国实际情况，采动沉陷的计算方法可以选用典型曲线法、负指数函数法、概率积分法等。本次计算选用目前国内应用最广泛的概率积分法。概率积分法把地下开采引起的岩层移

23、动过程看作是一个随机过程，并用概率论的方法建立由地下开采单元引起的地表下沉盆地表达式，从而利用积分方法建立地表移动下沉盆地的计算公式。2424 地表移动参数拟合分析矿井南翼采工作面进行依次开采，推进速度较快，开采时间较为紧密，针对此种情况一般有两种求参方式，一种是把各个条带面组合看成是一个大的条采区域进行盆地拟合，此法对于较充分采动条件下参数应用性较好；但缺点是条带面开采的地表沉陷规律与充分采动条件下大面开采的沉陷规律不尽相同，参数拟合过程中各个采面的采高不尽相同，因此得出的参数准确性受到一定限制。2525另一种方法是按照非充分采动情况下的小面进行拟合，此种情况下，因各个采面的采矿条件不尽相同

24、，求参难度较大，但此种情况下所得的参数能准确反映盆地动态与静态的沉陷量值，预计针对性、应用性较强。本次针对矿井南翼采区分别进行了条采区域拟合与小面拟合，以期更全面地反映其地表沉陷规律，为下一步指导其它采区的沉陷预计提供理论与技术支撑。获得的区域拟合与小面拟合成果表E线下沉拟合效果图图中红色线是按照条采区域求参的地表移动参数拟合结果图中蓝色线是按照小面求参的地表移动参数拟合结果 E17E16E15E14E13E12E11E10E9E8E6E5E4E3E1E03907500390800039085003909000-60-120-180-240-300-360W(mm)Ly(m)条采区域求参与小面

25、求参地表移动拟合结果比较E线南北方向水平移动拟合效果图图中红色线是按照条采区域求参的地表移动参数拟合结果图中蓝色线是按照小面求参的地表移动参数拟合结果 E17E16E15E14E13E12E11E10E9E8E6E5E4E3E1E03907500390800039085003909000Ly(m)-30-60-90-120-150-180306090120150180U90(mm)B线下沉拟合效果图图中红色线是按照条采区域求参的地表移动参数拟合结果图中蓝色线是按照小面求参的地表移动参数拟合结果 39077003907800390790039080003908100390820039083003

26、90850039086003908700Ly(m)-80-160-240-320-400-480W(mm)B01B02B03B06B07B08B11B13B14B16B17B183908400B线南北方向水平移动拟合效果图图中红色线是按照条采区域求参的地表移动参数拟合结果图中蓝色线是按照小面求参的地表移动参数拟合结果 39077003907800390790039080003908100390820039083003908400390850039086003908700Ly(m)-30-60-90-120-150-180-210306090120150180210U90(mm)B01B02B0

27、3B06B07B08B11B13B14B16B17B18 CL线下沉拟合效果图图中红色线是按照条采区域求参的地表移动参数拟合结果图中蓝色线是按照小面求参的地表移动参数拟合结果 3907500390800039085003909000Ly(m)-30-60-90-120-150-180W(mm)L4L5L6L910111213141516171819L20C456789101314151617212223C24 CL线南北方向水平移动拟合效果图图中红色线是按照条采区域求参的地表移动参数拟合结果图中蓝色线是按照小面求参的地表移动参数拟合结果 3907500390800039085003909000

28、Ly(m)-20-40-60-80-10020406080100120140U90(mm)L4L5L6L910111213141516171819L20C456789101314151617212223C24 A线下沉拟合效果图图中红色线是按照条采区域求参的地表移动参数拟合结果图中蓝色线是按照小面求参的地表移动参数拟合结果 397500398000398500399000Lx(m)-100-200-300-400-500-600W(mm)F6F5F4F3F1A13456789101214161820222426283032343639414345A46A49 A线东西方向水平移动拟合效果图图中

29、红色线是按照条采区域求参的地表移动参数拟合结果图中蓝色线是按照小面求参的地表移动参数拟合结果 397500398000398500399000Lx(m)-50-100-150-200-250-30050100150200250300U0(mm)F6F5F4F3F1A13456789101214161820222426283032343639414345A46A49 D线下沉拟合效果图图中红色线是按照条采区域求参的地表移动参数拟合结果图中蓝色线是按照小面求参的地表移动参数拟合结果 3907500390800039085003909000Ly(m)-70-140-210-280-350-420W(

30、mm)D55D52D47D4341393735333129272523211917151313-1117D5D3D1 D线南北方向水平移动拟合效果图图中红色线是按照条采区域求参的地表移动参数拟合结果图中蓝色线是按照小面求参的地表移动参数拟合结果 3907500390800039085003909000Ly(m)-30-60-90-120-150-180306090120150U90(mm)D55D52D47D4341393735333129272523211917151313-1117D5D3D13737 移动角量及部分动态参数分析1）边界角上山边界角与下山边界角：在上山侧，AF下沉10mm的

31、点位于A49，其影响距为450m，因此上山综合边界角约58.0；下山方向最外侧测点F7号点下沉约30mm，其下山影响距约560m，下山综合边界角约54.0。走向边界角：B测线下沉10mm的点介于测点B02与B03之间，其影响距为410m，得走向综合边界角61.1；E测线下沉10mm的点介于测点E15与E16之间，其影响距为390m；得走向综合边界角约63.1。38382）移动角由于各工作面实采面积未达充分采动，因此地表下沉变形较小，将各煤层的工作面尺寸扩大，使其达到充分采动，然后利用已模拟出的概率积分法的相关参数，进行地表移动变形反演，得到其倾斜、曲率、水平变形等值仍未超过一般砖石结构建筑物的

32、临界变形值（倾斜变形3mm/m，曲率变形0.210-3/m，水平变形2mm/m）的标准，因此无法确定出该地质采矿技术条件下一采区南翼的综合移动角。39393）启动距的计算1302s工作面为南翼一采区首采面，E线是该工作面开切眼侧走向半盆地观测线，因此该测线适合做启动距的分析。由工作面进尺与测线观测数据可知，该测线E11号测点下沉10mm时1302s工作面已推进120m，因此启动距为120m，约0.16H。4）超前影响距和超前影响角的计算通过对1302S工作面推进过程中的地表移动变形观测分析，选取了工作面上的E7点计算超前影响距，根据实测数据，E04点在2008年11月12日中的下沉值为10mm

33、，量测超前影响距为330m，根据超前影响距和超前影响角关系，得超前影响角66.8。4040四四 结论与建议结论与建议通过对龙固煤矿南翼一采区地质条件的研究、地表移动变形观测站实测数据的分析，得出结论如下：1）移动参数按照条采区域计算适用参数为：下沉系数为0.27，水平移动系数0.38，主要影响角正切1.15，开采影响传播系数0.3，拐点移动距为零；按照小面计算适用参数为：下沉系数为0.48，水平移动系数0.39，主要影响角正切1.25，开采影响传播系数0.3，拐点移动距为零；该参数适用于概率积分法计算地下开采引起的地表移动盆地变形。41412）边界角矿井南翼一采区煤层的走向综合边界角为61.1

34、，倾向上山综合边界角为58.0，倾向下山综合边界角为54.0；3）岩移参数：首采区南翼煤层条带法开采启动距约为120m，相当于0.16H；超前影响距约330m，超前影响角66.8；回采工作面引起的地表测点的最大下沉速度为3.33mm/d；地表点整个移动过程的三个阶段持续时间为：地表移动初始期约150天，活跃期约140180天，衰退期约150250天，地表移动周期总计介于440480天。4242建议建议1）地表移动观测线E线、B线、F线已基本稳定，以后可以停止观测；2）CL线、A线与D线将受到长壁工作面1306s、1307s开采的影响，应继续观测，以取得长壁工作面开采条件下的地表沉陷规律；3）为更好地观测1306s、1307s工作面开采引起的地表沉陷，应将A线向西沿长约250m。谢谢！