大倾角多煤层条带开采地表移动的研究

2005/10/9 12:01:06

摘要　本文根据实测资料，系统分析了大倾角多煤层条件下条带开采的地表移动规律。指出在这种条件下只要进行合理设计仍能取得良好的减沉效果。
关键词　大倾角　煤层群　条带开采　地表移动规律

　　迄今为止，国内外进行了大量的条带开采试验研究，取得了丰富的实践经验。但在大倾角多煤层条件下条带开采的实例还不多，其地表移动规律的研究尚处在起步阶段，本文通过九个开采实例对这一问题进行了探讨。

1　攀枝花太平煤矿241524工作面条带开采
　　241524工作面位于太平煤矿北二采区的浅部，走向长150m，倾斜长93m，开采15-2^#煤层，煤层厚度2.5m，煤层倾角31°，采深57m～103m，平均80m，分两个区段进行开采。煤层上覆岩层主要由砂岩，粉砂岩等组成，属中硬偏硬。
　　该工作面采用倾斜条带布置。在上区段，东翼采7m留6.5m，西翼只掘不采；在下区段，西翼和中部采8m留7.5m，东翼一角只掘不采。在地表布设了走向和倾向观测线，并进行了长期观测。
　　实测地表最大移动变形值为：下沉109mm，倾斜1.5mm/m，正曲率0.18×10^-3/m，负曲率0.16×10^-3/m，水平移动32mm，水平变形0.7mm/m。附图分别绘出了走向观测线和倾向观测线的地表下沉曲线。

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附图　241524工作面实测地表下沉曲线

　　利用实测资料，求出241524工作面条带开采的地表移动概率积分法预计参数（见表1）。为便于对比，表中同时列出了太平煤矿垮落全采的岩层移动预计参数。由表1不难看出，条带开采地表下沉系数减小约89％，主要影响角正切tgβ，开采影响传播系，数K明显减小。

表1　太平煤矿岩层移动预计参数

预计参数	条带开采	垮落全采
下沉系数q	0.06	0.55
水平移动系数b	0.28	0.30
主要影响角正切tgβ	1.2	2.0
拐点偏移系数S/H	0.08	0.10
开采影响传播系数K	0.37	0.70

2　峰峰一矿工人村下厚煤层条带开采
　　试采区为1293工作面，受断层影响，又分为上、下两个工作面。1293上工作面走向长300m，倾斜长50～100m，煤层厚度5.1m，煤层倾角18°～20°，平均采深122.4m，采用分层垮落条采，采25～29m留25～40m。1293下工作面走向长280m，倾斜长80～110m，煤层厚度5.1m，煤层倾角20°～30°平均采深222.4m，分层垮落条带，采36～50m留30m。条带布置方式采用倾斜条带，顶底分层的条带煤柱要求上下严格对齐。
　　煤层上覆岩层主要由砂岩、页岩、粒土岩和第四纪表土层组成，其中第四纪表土层厚20m。
　　表2列出了1293上、下工作面顶底分层开采的各种实测岩层移动预计参数，同时列出了峰峰矿区垮落全采的岩层移动预计参数。

表2　峰峰一矿岩层移动预计参数

预计参数	1293上		1293下		垮落全采
预计参数	顶分层	底分层	顶分层	底分层	垮落全采
下沉系数q	0.045	0.09	0.12	0.12	0.78
水平移动系数b	0.21	0.29	0.20	0.27	0.24
主要影响角正切tgβ	1.57		1.45		2.0
拐点偏移系数S/H	0.05		0.06		0.12
开采影响传播系数K	0.31	0.41	0.22	0.44	0.60

　　由表2看出，条带开采下沉系数降低了94％～84％，主要影响角正切、拐点偏移系数、开采影响传播系数明显减小，底分层条带开采没有产生大的活化影响。

3　鹤壁九矿广场工人村下条带开采
　　试采区以+15北大巷为准分上山、下山两部分，开采煤层为六煤、八煤2个煤层，共采出走向条带4个，倾斜条带8个，采出煤炭29.6万t。表3列出了采区的地质采矿条件。

表3　鹤壁九矿试采区地质采矿条件

开采煤层（m）	上山采深（m）	下山采深（m）	倾角（°）	采厚（m）	走向长度（m）	倾斜长度（m)	层间距
六煤八煤	147.5 157.9	80.0 190.4	9 9	0.93 2.40	320 300	300 190	6～8

　　煤系上覆岩层为第三系粘土层，砾石层，再上为厚15m的第四系表土层。
　　在上山部分，主要为倾斜条带，采32m留17m；在下山部分及+67北大巷附近为走向条带，采42～50m留23m。上下煤层的条带煤柱要求严格对齐，对于倾斜条带沿铅垂线对齐，对于走向条带沿法向对齐。
　　表4列出了条带开采的各种实测岩层移动预计参数，同时列出了鹤壁九矿垮落全采的岩层移动预计参数。

表4　鹤壁九矿岩层移动预计参数

预计参数	条带开采		垮落全采
预计参数	六煤	八煤	垮落全采
下沉系数q	0.164	0.206	0.77
水平移动系数b	0.197	0.197	0.25
主要影响角正切tgβ	1.22	1.06	3.2

　　由表4可以看出，条带开采除下沉系数大幅度减小外，主要影响角正切tgβ也显著减小。上下煤层的下沉系数仅增大25.6%，说明只要条带煤柱严格对齐，多煤层条带开采仍能取得良好的技术效果。

4　结　论
　　a　实践证明：在大倾角多煤层条件下，只要合理地设计条带采留尺寸，严格地执行条带煤柱对齐原则和开采程序，就能够取得良好的地表减沉效果，达到条带开采的目的。
　　b　条带开采与垮落全采相比，除下沉系数q大幅度减小外，主要影响角正切tgβ、拐点偏移系数S/H，开采影响传播系数K均明显减小。其中，开采影响传播系数明显减小是大倾角煤层条件下条带开采的一个显著特点。

作者简介：滕永海，男，36岁，高级工程师，研究室主任。1983年毕业于山东矿业学院，一直从事“三下”采煤技术研究。主持或参加完成国家、省部级研究课题11项，其中有5项获国家、省部级科技进步奖，发表论文20余篇。

作者单位：（煤炭科学研究总院唐山分院）

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