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1、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河南理工大学2013.7目 录1.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、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、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
2、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、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、观测站的设置- 24 -5.1 设置时间- 24 -5.2 设站要求- 24 -
3、6、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、观测资料的整理与分析- 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、附 图- 36 -9、主要参考文献- 3
4、7 -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1.矿井概况1.1 位置交通和自然地理1.1.1 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1-1 交通位置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11319411132249，北纬340544340716。矿区东西长4.8km，南北宽1.92.7km，面积10.33km2。 1.1.2 自然地理(1)地
5、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300704m，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200300m，西部较高，约400500m。(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0.5273.288m3/s，1957年7月涧渡村附近最高洪水位+142.96m。1.2
6、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1.9062.487m3/min，瓦斯相对涌出量一般为1.9862.892m3/td；二氧化碳绝对涌出量一般为4.4474.595m3/min，相对涌出量一般为4.6525.345m3/td；六2煤瓦斯绝对涌出量一般为1.2261.262m3/min，瓦斯相对涌出量一般为1.3592.210m3/td；二氧化碳绝对涌出量一般为2.0822.212m3/min，相对涌出量一般为2.2423.987m3/td；七4煤瓦斯绝对涌出量一般为0.6750.835m3/min，瓦斯相对涌出量一般为2.739m3/td；二氧化碳绝对涌出
7、量一般为1.278m3/min，相对涌出量一般为4.192m3/td；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1922，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1.3.1 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
8、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 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 （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1020，一般15左右。该区
9、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30280m，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30430m，总长度2530m，其中NE向8条，NW向2条，SN向4条。 2、设立观
10、测站的目的和任务2.1 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
11、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。2.2 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
12、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
13、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。（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。3、工作面地质采矿条件3.1 工作面位置C七401采面位于吕沟煤矿七
14、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、煤质及顶底板情况该面七4煤层煤种为焦煤，厚度0.6m1.2m，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1315，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
15、.66m，灰色。3.3 地质构造情况七4煤层走向270275，倾向180185，煤层倾角1315，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（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
