一.矿井概述:
田庄煤矿位于济宁市高新开发区王因镇境内,兖州煤田的西南部。矿井于2002年11月投产,设计能力为30万吨/年,后经技术改造核定生产能力为90万吨/年。采用立井两个生产水平开拓,两水平分别为-167m和-256m。矿井西部、北部至各煤层露头,东与杨村煤矿为邻,西南与太平煤矿相邻,南与横河煤矿相邻,面积32.07km2。井田内基岩全为第四系覆盖,区内主要河流为自北而南的泗河。井田内主要含水层有:第四系含水层,石炭系太原组第十下层石灰岩与本溪组第十三、十四层石灰岩含水层,奥陶系石灰岩含水层。直接充水含水层为太原组第十下层石灰岩。
二.设站目的
为了最大限度回收煤炭资源,实现矿井的可持续发展,我矿在3603充填面采用“超高水充填材料和矸石复合充填开采”的工艺进行开采。通过对该工作面进行地表岩移观测,用以寻求薄煤层充填开采引起的地表移动变形与地质采矿条件的关系,求出薄煤层充填开采引起的最大下沉系数和水平移动系数等各项技术参数。通过观测了解16上煤层的充填开采对地表移动的影响,掌握地表移动情况,以便为指导田庄煤矿的“三下”采煤,提供可靠的数据依据。
三.地形及地质构造:
1.地形及工作面布置情况:
3603工作面位于田庄煤矿工业广场东南,广场以东393m~1210m,沙岗头村北端以北65~166m。该面位于沙岗头村北侧保护煤柱以内,属于沙岗头村庄保护煤柱下的压煤,有4条生产公路经过本工作面(三条南北方向,一条为东西方向)。西侧3701工作面正在回采,南侧3612工作面正在掘进,其他方向16、17煤均已回采完毕。南侧为沙岗头村庄,其余均为耕地,无其他建筑物,地势平坦,无河流、湖泊等地表水系。
充填工作面的布置为仰斜开采。煤层平均厚度为1.2m,平均坡度5°,工作面走向长770m,倾斜长95m。
2.地质构造:
本工作面总体形态为由西向东倾俯的单斜构造,工作面整体趋向延煤层倾向掘进,工作面内断层较少。回采煤层为16上煤,16上煤位于太原组下部主要含煤段的上部,上距15上煤40m左右,下距17煤6.4m左右,层间距稳定,为本井田主采煤层。16上煤为黑色块状,暗亮型,沉积稳定,厚度一般在1.22m左右,煤层结构简单,偶含夹矸,夹矸岩性为炭质泥岩及黄铁矿,厚度一般为0.1m~0.3m。
3.其他地质情况:
煤的自燃:属于Ⅲ类不易自然煤层。
煤尘:有强爆炸性危险,煤尘爆炸指数为47.89%。
瓦斯:16上煤为低瓦斯煤层,瓦斯相对涌出量:0m³/t,绝对涌出量:0m³/min。
地压:16上煤顶板为十下灰岩属3类I级顶板,底板属2类;16上煤直接顶板初次来压步距25m,老顶初次来压步距30m。周期来压步距13~14m。
根据各含水层的安全隔水厚度计算与比较得知,各承压含水层的实际隔水层的厚度均大于安全隔水厚度。本工作面不会受到底部含水层十三灰,十四灰和奥灰的威胁。由于工作面形态因素(西高东低),均无其他水源影响。掘进过程中水体已经基本疏干,因此,不会对工作面产生较大的影响。
四、开采方案及充填方法:
充分考虑超高水材料充填的技术优势,结合田庄煤矿实际情况最终确定选择“超高水充填材料和矸石复合充填开采”做为具体实施方案。
工作面采用充填法管理顶板,充填料主要是超高水材料。由充填站利用管路输送至采空区。
五、控制网及观测设计:
为了确保观测成果的可靠性,观测站的控制点应布设在地表不受采动影响的稳定区域,本次观测原始数据统一采用山东科技大学地测科学院GPS近井与副井联系测量技术报告(2005.02)提供的控制点坐标及高程。采用GPS静态长时间(超过2个小时)测量的方法。仪器支设在矿区工广附近“近6”点, “临1”点。
为了充分反映地表移动与变形规律,根据采深及煤厚等实际技术参数,按《煤矿测量规程》要求可设一条全盆地倾向观测线,一条全盆地走向观测线。这样倾向观测线共设置21个工作测点(编号1~21)和六个控制点(N1~N4、S1-S2)全长704米。走向线共设置76个工作测点(编号1~67、R1-R10、27号点为交叉点)和七个控制点(W1~W3、E1-E4),全长1492米。点间距离的确定方法:按《煤矿测量规程》规定,工作面内每两个工作测点间距离定为20米,控制点的间距为50米。
1. 测点结构及埋设方法要求:
在地面上选择一条适宜的路线,在其中的一些点上设置测站,采取GPS静态长时间(超过2个小时)测量测定控制点并进行平差改正后,再用全站仪测边和测角方法来测定监测点的水平位置,利用DSZ2水准仪测量所有点的高程。
选定展望良好、易于扩展的有利位置埋设观测点。用混凝土预浇灌,标石上面100*100mm,下面150*150mm,高400mm,埋350mm,外露50mm,用全站仪标定埋设。
1.埋设的控制点和观测点必须用全站仪标定,并应尽可能使观测点中心位于控制点连线的方向上。
2.埋点时尽量选择在路边或者比较隐蔽的地段,防止来往车辆等对观测点造成破坏。
3.标石上的十字线要尽量居中,线条清晰,粗细均匀。方便以后观测。
4.埋设观测点后要用红漆标注,并在周围显眼处指明观测点的位置。
2.连接观测:
观测点埋设10-15天后即可开始连接测量。平面连接测量以矿区工广附近“近6”点为起始点,采用走向观测法进行观测,按照一级导线和四等水准的精度要求进行施测。施测时要独立进行两次。符合规程规定后方可进行下一步。
3.采动前的全面观测:
控制点观测完毕后开始进行工作站的全面联测工作,在被采动前用全站仪进行两次全面观测,两次观测的时间不能超过5天。同一点高程相差不能大于10mm,支距不能大于30mm,同边长不能大于4mm,两次取平均值做为各测点的原始数据。
全面观测的内容包括:测定各测点的平面位置和高程,各测点的距离,各测点偏离方向的距离,记录地表原有的破坏状况,并作出素描。
①高程测量:
在确认观测站控制点未遭碰动,其高程值没有变化的前提下,可直接从观测
站控制点开始进行水准测量。所布设的走向观测线的两端和倾向观测线两端设有控制点,水准测量应附合到两端的控制点上。高程测量S3型水准仪配合水准塔尺按四等水准的测量规范要求采用闭附合水准路线进行观测的。
②平面位置测量:
水平角观测及距离测量按Ⅰ级导线规范要求,采用日本尼康厂生产的DTM-632观测一个测回,允许闭合差±10√n。倾角观测一测回。
4.巡视测量:
工作面采动后,应进行巡视测量。在走向线开切眼的上方选择10个观测点,每隔3-7天进行一次水准测量。当某一点累计下沉达到10mm时,就认为地表已经开始移动。
进入移动的开始期,要进行一次全面测量。移动期间水准测量按照四等水准测量要求进行。
5.移动后的全面观测:
当地表下沉达到50~100mm时,应进行采动后的第一次全面观测。当全面观测工作开始后,整个观测应该尽量在一天内完成,最长为两天。为了准确求出各项技术参数,对各项工作的时间间隔,根据有关的规定要求如下:
初级阶段:每月观测一次
活跃阶段(缓倾斜和倾斜煤层地表每月下沉值大于50mm,急倾斜煤层地表每月下沉值大于30mm):进行不少于四次的全面观测,为了获得准确的下降速度和研究岩移动态效果,在最大下沉阶段适当的增加水准测量的观测次数。力争2-5天一次。
6.后期观测:
当观测点下沉速度小于50mm/月时,进入衰退期。在走向观测线停采线上方选择10个观测点,每隔1个月进行一次水准测量,直到观测点在6个月内累积下沉不大于30mm时,认为地表移动结束。此时可进行两次稳定后的全面观测,精度要求同采动前的观测相同,最后一次全面观测,必须从矿区内的已知点开始。
7.注意事项:
1.采动后每次观测求得的各观测点高程附合差和边长附合差,应及时进行近似平差,并按照平差结果计算各种移动和变形值。
2.观测计算完毕后,及时按设计要求绘制移动与变形曲线及其他图纸。
3.地表移动和变形的主要参数和各种移动角值的求得,应根据最后一次全面观测的结果进行计算。
4.在进行上述观测工作时,还必须随时掌握和观察井上下的各种情况,观测地表出现的裂隙、塌沉的位置、形态、采动对农作物生长的影响、测点破坏记录等。为观测地表裂隙发展过程及铅垂和平面分布,选择有代表性的裂隙灌石灰水,观测是否存在隐蔽裂隙,观测几处机井和机房,便于分析资料。
5.在全面观测的同时,由技术科配合,定期对井下进行测记,包括工作面推进位置、采高、倾角、顶板冒落、水温及地质构造等,在有条件的情况下与地质人员配合,通过打钻的方法观测“三带”(冒落带、裂隙带、弯曲带)的变化情况。
6.一个观测站结束后应及时编写技术总结。多个观测站结束后,应进行综合分析,以便总结矿区地表移动和变形的基本规律。
六、设备配置:
GPS 1套 温度计 1只
水准仪 2台 气压计 1只
塔 尺 4副 记录本 6本
对讲机 4部 2H铅笔 6只
棱 镜 4组 小钢尺 4把
三角架腿 4个 测 伞 2把
后视对点器 2台 相 机 1架
尺 垫 4个 喷漆、水泥桩、钢钉等若干
七、人员配备:
负责人:尚洪祥
参加人员:郭洪运、刘建法、刘青山、李庆瑞、高修伟、孙钦浩、徐正喜、孟凡斌、孟超、郑帅。
资料整理人:刘建法、李庆瑞。
3603充填面地表岩移观测
设计说明书
临矿集团田庄煤矿
2010年2月28日
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