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深部开采上覆岩层移动的现场监测分析
2009-01-15
针对当前煤炭深部开采问题日益突出的现实,为了解深部开采上覆岩层移动规律,结合潘一矿开采 实际,通过在13-1槽底板瓦斯抽排巷布置上、下钻孔,采用多点位移计对其上覆岩层移动进行了位移监测,分析 了上覆岩层不同深度的位移、岩层弱化和破坏的范围,以及“三带”分布情况。结果表明,岩层沉降过程可分为3个 阶段(初始期、活跃期和衰减期),岩层随开采进度的沉降曲线符合负指数函数关系;并根据沉降位移和离层情况给 出了裂隙带与变形带分界线,推断岩层断裂与关键层的位置。研究结果为合理进行深部开采提供了依据。
Series No. 391 Januaryꢀ 2009 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 20总09第年 3第911期期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ METAL MINE 深部开采上覆岩层移动的现场监1测分析 1 , 2 1 1, 3 王 志 国 ꢀ 周 宏 伟 ꢀ 谢 和 平 ꢀ 左 建 平 ( 1. 中 国 矿 业 大 学 ( 北 京 ) ; 2. 河 北 理 工 大 学 ; 3. 四 川 大 学 ) 摘 ꢀ 要 ꢀ 针 对 当 前 煤 炭 深 部 开 采 问 题 日 益 突 出 的 现 实 , 为 了 解 深 部 开 采 上 覆 岩 层 移 动 规 律 , 结 合 潘 一 矿 开 采 实 际 , 通 过 在 13 - 1 槽 底 板 瓦 斯 抽 排 巷 布 置 上 、 下 钻 孔 , 采 用 多 点 位 移 计 对 其 上 覆 岩 层 移 动 进 行 了 位 移 监 测 , 分 析 了 上 覆 岩 层 不 同 深 度 的 位 移 、 岩 层 弱 化 和 破 坏 的 范 围 , 以 及 “ 三 带 ” 分 布 情 况 。 结 果 表 明 , 岩 层 沉 降 过 程 可 分 为 3 个 阶 段 ( 初 始 期 、 活 跃 期 和 衰 减 期 ) , 岩 层 随 开 采 进 度 的 沉 降 曲 线 符 合 负 指 数 函 数 关 系 ; 并 根 据 沉 降 位 移 和 离 层 情 况 给 出 了 裂 隙 带 与 变 形 带 分 界 线 , 推 断 岩 层 断 裂 与 关 键 层 的 位 置 。 研 究 结 果 为 合 理 进 行 深 部 开 采 提 供 了 依 据 。 关 键 词 ꢀ 位 移 监 测 ꢀ 深 部 开 采 ꢀ 上 覆 岩 层 ꢀ 移 动 规 律 ꢀ 长 壁 法 Analysis of the Field Monitoring of Roof Strata Displacement in Deep Mining 1 , 2 1 1, 3 1 Wang Zhiguo ꢀ Zhou Hongwei ꢀ Xie Heping ꢀ Zuo Jianping ( 1. China University of Mining and Technology; 2 Hebei University of Technology; 3. Sichuan University) Abstractꢀ The problems in deep coal mining are increasingly more serious. In order to understand the roof strata movement law in deep mining, in combination with the real case of Panyi Mine, displacement monitoring was carried out on the roof strata by using a multipoint displacement monitor, with the monitoring holes arranged on the roof and floor of gas drainage tunnel in coal seam No. 13 - 1. Analysis was made of the scope of the roof strata displacement, weakening and fracture at different levels and the distribution of the “ three zones” . The result indicates that the strata sedimentation process can be divided into three phases: initial, active and decay. The curve of the strata sedimentation with the mining progress a grees with negative exponential function relation. Based on the sedimentation displacement and delamination, the boundary between the fissure zone and deformation belt was decided and the strata fracture site and the key strata were deduced. The research result provides a basis for a rational deep mining. Keywordsꢀ Displacement Monitoring, Deep mining, Roof strata, Movement law, Longwall mining method ꢀ ꢀ 随 着 我 国 煤 矿 资 源 开 发 , 东 部 的 部 分 矿 区 如 开 2171( 1) 工 作 面 地 质 构 造 中 等 复 杂 , 基 本 为 一 单 斜 构 造 , 面 内 发 育 9 条 正 断 层 , 其 中 Fe7 断 层 落 差 较 大 , 斜 穿 该 联 合 面 。 上 覆 岩 层 中 新 生 界 土 层 厚 约 为 253 ~ 276 m, 二 叠 系 岩 层 厚 约 为 454 ~ 472 m。 11 - 2 煤 层 的 直 接 顶 为 泥 岩 、 砂 质 泥 岩 及 11 - 3 煤 , 厚 度 平 均 为 4. 2 m; 老 顶 为 中 细 砂 岩 , 厚 度 平 均 为 5. 8 m; 直 接 底 为 泥 岩 、 砂 质 泥 岩 、 炭 质 泥 岩 及 11 - 1 煤 , 厚 度 平 均 为 3. 5 m; 老 底 为 细 砂 岩 , 厚 度 平 均 为 7. 0 m。 滦 、 北 票 、 淮 南 、 长 广 、 新 汶 、 徐 州 等 都 相 继 进 入 深 部 开 采 , 相 应 深 部 开 采 的 问 题 逐 渐 突 出 14] 。 在 深 部 开 采 的 条 件 下 , 煤 层 开 采 后 其 上 覆 岩 层 的 活 动 规 律 是 一 个 值 得 研 究 的 课 题 , 而 进 行 该 研 究 的 最 直 接 方 式 之 一 就 是 现 场 位 移 监 测 57] 。 本 研 究 结 合 潘 一 矿 [ [ 2 171( 1) 工 作 面 开 采 , 对 其 上 覆 岩 层 移 动 进 行 了 位 移 监 测 , 分 析 了 上 覆 岩 层 不 同 深 度 岩 层 的 位 移 、 岩 层 弱 化 和 破 坏 的 范 围 , 以 及 “ 三 带 ” 分 布 情 况 。 2 ꢀ 监 测 仪 器 及 方 法 1 ꢀ 潘 一 矿 2171( 1) 工 作 面 工 程 地 质 概 况 本 次 位 移 监 测 工 作 采 用 KDW - 1 型 机 械 式 多 潘 一 矿 11 - 2 槽 煤 层 2171( 1) 工 作 面 , 位 于 潘 一 矿 东 部 11 槽 下 山 采 区 。 11 - 2 槽 煤 层 倾 角 为 6°  国 家 自 然 科 学 基 金 ( 编 号 : 50490272 ) , 973 项 目 ( 编 号 : ~ 9°, 属 于 近 水 平 煤 层 , 煤 厚 平 均 为 1. 8 m。 该 工 作 2 002CB412707) 。 面 走 向 长 为 1 780 m, 倾 斜 宽 为 206 m, 实 行 综 合 机 械 化 采 煤 , 工 作 面 推 进 速 度 为 3. 6 m/ d。 该 区 井 田 地 处 淮 河 冲 积 平 原 , 地 形 平 坦 , 平 均 采 深 为 742 m。 王 志 国 ( 1969— ) , 男 , 中 国 矿 业 大 学 ( 北 京 ) 岩 石 力 学 与 分 形 研 究 所 , 博 士 研 究 生 , 063009 河 北 省 唐 山 市 新 华 西 道 46 号 河 北 理 工 大 学 继 续 教 育 学 院 。 · 145· 总 第 391 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2009 年 第 1 期 点 位 移 计 。 位 移 监 测 工 作 在 13 - 1 槽 底 板 瓦 斯 抽 排 巷 钻 孔 进 行 , 底 抽 巷 位 于 距 11 - 2 槽 顶 板 约 40 余 m 的 粗 中 砂 岩 中 , 根 据 量 测 需 要 和 仪 器 要 求 , 从 底 抽 巷 向 上 、 向 下 打 垂 直 位 移 观 测 钻 孔 共 12 个 , 测 孔 间 距 为 6 m, 每 个 钻 孔 内 布 置 8 个 测 点 ( 依 据 岩 性 , 分 别 距 孔 口 2、 4、 6、 10、 13、 15、 19、 20 m) , 详 见 图 1 深 部 位 移 测 点 布 置 。 线 略 有 回 复 , 这 是 由 于 折 断 岩 块 反 向 回 转 , 造 成 近 煤 层 顶 板 岩 层 产 生 上 向 位 移 ( 如 图 3) 。 ③衰 减 期 。 工 作 面 已 远 离 位 移 监 测 区 , 在 工 作 面 推 进 到 158. 1 m 时 位 移 监 测 区 的 位 移 才 趋 于 稳 定 , 此 后 随 工 作 面 推 进 位 移 监 测 区 岩 层 沉 降 基 本 稳 定 。 距 煤 层 顶 板 高 度 ( m) : ■ - 40. 8; ● - 38. 8; ▲ - 36. 8;  - 32. 8; ◆ - 29. 8;  - 27. 8;  - 23. 8; - 22. 8 ○ 图 1ꢀ 深 部 位 移 测 点 布 置 观 测 时 要 求 首 个 测 孔 超 前 回 采 工 作 面 50 m 时 开 始 量 测 , 回 采 工 作 面 超 过 最 后 一 个 测 孔 时 量 测 结 束 。 测 孔 距 回 采 工 作 面 50 m 以 外 时 , 量 测 频 度 为 2 次 / 周 , 在 50 m 以 内 时 , 每 天 观 测 1 次 。 3 ꢀ 监 测 结 果 与 分 析 工 作 面 自 2005 年 10 月 20 日 开 始 回 采 , 位 移 监 测 始 于 11 月 11 日 , 至 2005 年 12 月 30 日 止 , 共 采 集 位 移 监 测 数 据 1 920 个 。 3  1ꢀ 上 覆 岩 层 移 动 规 律 距 煤 层 顶 板 高 度 ( m) : ■ - 47. 3; ● - 49. 3; ▲ - 51. 3;  - 55. 3; ◆ - 58. 3;  - 60. 3;  - 64. 3; - 65. 3 ○ 根 据 现 场 位 移 监 测 结 果 , 随 着 采 煤 工 作 面 推 进 , 图 2ꢀ 6# 测 孔 测 点 沉 降 位 移 随 开 采 进 度 变 化 曲 线 采 场 上 覆 岩 层 移 动 规 律 可 通 过 相 对 位 移 曲 线 来 分 析 。 其 中 6 号 测 孔 测 点 相 对 最 高 测 点 的 位 移 随 开 采 进 度 的 变 化 曲 线 如 图 2。 表 1ꢀ 采 动 影 响 显 著 阶 段 沉 降 速 率 ꢀ ꢀ ꢀ cm/ m # # # # # # 测 孔 编 号 下 向 孔 1 2 3 4 5 6 平 均 0. 92 0. 10 0. 66 0. 17 0. 69 0. 21 0. 56 0. 38 - 0. 56 0. 32 0. 68 0. 23 分 析 各 测 孔 测 点 沉 降 位 移 曲 线 , 岩 层 沉 降 位 移 具 有 以 下 规 律 。 上 向 孔 0. 24 ꢀ ꢀ 注 : 沉 降 速 率 指 工 作 面 每 推 进 1 m 上 覆 岩 层 沉 降 位 移 值 。 ( 1) 沉 降 位 移 曲 线 总 体 特 征 。 根 据 岩 层 沉 降 位 从 垂 直 方 向 看 , 近 开 采 煤 层 顶 板 岩 层 沉 降 大 于 上 部 各 岩 层 , 随 高 度 增 加 , 呈 递 减 趋 势 , 沉 降 曲 线 的 斜 率 减 缓 , 即 越 向 上 越 沉 降 速 率 越 小 , 由 此 形 成 层 间 离 层 ; 由 沉 降 位 移 曲 线 看 出 , 在 垂 直 方 向 上 各 测 点 间 均 存 在 大 小 不 同 的 离 层 现 象 , 根 据 离 层 量 的 大 小 , 可 将 离 层 量 较 小 的 测 点 所 在 的 岩 层 看 成 同 一 类 岩 层 或 同 步 沉 降 岩 层 , 从 而 在 垂 直 方 向 上 推 测 出 煤 层 回 采 的 采 动 影 响 范 围 , 从 相 对 沉 降 位 移 来 看 , 下 向 孔 13 ~ 20 m 测 点 所 在 岩 层 与 其 上 部 岩 层 之 间 离 层 量 较 大 , 最 大 值 为 10 ~ 15 cm。 移 随 工 作 面 推 进 的 变 化 规 律 , 可 以 将 岩 层 沉 降 过 程 大 致 分 为 3 个 阶 段 。 ①初 始 期 。 工 作 面 采 到 测 孔 之 前 , 即 工 作 面 距 离 测 孔 约 50 ~ 0 m 时 , 临 近 工 作 面 端 的 岩 层 开 始 发 生 沉 降 位 移 , 此 时 超 前 影 响 较 小 , 引 起 的 岩 层 沉 降 较 小 , 位 移 曲 线 基 本 呈 水 平 状 态 。 ②活 跃 期 。 工 作 面 邻 近 或 采 过 测 孔 时 , 测 孔 邻 近 或 处 于 采 空 区 , 此 阶 段 采 动 影 响 剧 烈 , 沉 降 曲 线 突 然 变 陡 , 岩 层 沉 降 速 率 增 大 , 下 部 岩 层 沉 降 速 率 大 于 上 部 岩 层 ( 如 表 1) , 随 工 作 面 推 进 , 岩 层 沉 降 值 迅 速 增 加 , 当 工 作 面 推 过 位 移 监 测 区 约 50 m 时 , 采 动 影 响 减 小 ; 在 活 跃 期 末 期 , 即 工 作 面 通 过 测 孔 约 20 m 时 , 曲 ( 2) 采 动 影 响 范 围 。 根 据 实 测 数 据 , 可 计 算 上 覆 岩 层 采 动 影 响 范 围 。 对 下 向 孔 , 工 作 面 超 前 测 孔 · 146· ꢀ ꢀ ꢀ 王 志 国 等 : 深 部 开 采 上 覆 岩 层 移 动 的 现 场 监 测 分 析 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2009 年 第 1 期 的 影 响 距 离 平 均 为 17 m; 工 作 面 滞 后 测 孔 的 影 响 距 离 平 均 为 47. 6 m; 采 动 影 响 范 围 平 均 为 64. 6 m。 对 上 向 孔 , 工 作 面 超 前 测 孔 的 影 响 距 离 平 均 为 11 m; 工 作 面 滞 后 测 孔 的 影 响 距 离 平 均 为 45. 1 m; 采 动 影 响 范 围 平 均 为 56 m。 上 向 孔 所 在 岩 层 受 采 动 影 响 沉 降 起 点 滞 后 于 下 向 孔 , 平 均 滞 后 6 m; 上 向 孔 采 动 影 响 终 点 超 前 于 下 向 孔 , 平 均 超 前 2. 5 m; 上 向 孔 采 动 影 响 范 围 小 于 下 向 孔 , 平 均 小 8. 6 m。 平 均 超 前 影 响 角 为 53. 3°。 断 造 成 的 上 向 位 移 , 在 沉 降 曲 线 的 下 拐 点 略 有 偏 离 , 如 图 4( b) 。 此 负 指 数 函 数 曲 线 可 用 下 列 关 系 式 表 示 s = sm( 1 - e aZb ) , ( 1) - x 式 中 , sm 岩 层 移 动 基 本 稳 定 后 的 位 移 量 , cm; sx 为 以 开 切 眼 位 置 为 原 点 的 开 采 进 度 为 x 时 岩 层 某 点 的 位 移 量 , cm; Z = x / L; L 为 测 点 基 本 稳 定 时 离 工 作 面 的 距 离 , 可 取 50 ~ 60 m; a, b 为 随 着 岩 层 离 煤 层 的 距 离 以 及 岩 性 特 点 的 不 同 而 变 化 的 系 数 。 ( 3) 近 煤 层 顶 板 岩 层 上 向 位 移 的 分 析 。 老 顶 初 步 来 压 后 , 随 工 作 面 继 续 推 进 , 近 煤 层 顶 板 的 上 覆 岩 层 形 成 裂 隙 体 梁 , 而 距 离 煤 层 顶 板 较 高 的 上 覆 岩 层 则 主 要 表 现 为 变 形 沉 降 。 如 图 3, 工 作 面 推 进 至 距 测 孔 一 定 距 离 时 , 首 先 在 靠 近 工 作 面 一 侧 下 沉 , 岩 层 断 裂 为 A、 B 两 岩 块 , 工 作 面 通 过 测 点 后 一 段 距 离 , A 岩 块 回 转 , 而 B 岩 块 反 向 回 转 , B 岩 块 左 端 下 沉 , 右 端 发 生 上 向 位 移 。 即 裂 隙 体 梁 的 岩 体 结 构 随 回 采 工 作 面 推 进 不 断 变 化 。 由 于 A 岩 块 的 回 转 , 必 然 导 致 回 采 工 作 面 顶 板 的 不 断 下 沉 , 支 架 所 受 的 荷 载 也 随 之 增 加 。 此 间 应 加 强 工 作 面 顶 板 的 管 理 。 图 4ꢀ 岩 层 随 开 采 进 度 的 沉 降 变 化 曲 线 及 其 拟 和 曲 线 ■ - 实 测 曲 线 3  2ꢀ 岩 层 断 裂 与 关 键 层 识 别 由 不 同 高 度 岩 层 沉 降 位 移 曲 线 可 以 明 显 看 到 , 在 同 一 开 采 进 度 时 , 不 同 高 度 的 岩 层 沉 降 位 移 值 是 不 同 的 , 下 部 岩 层 的 沉 降 位 移 值 高 于 上 部 岩 层 , 由 于 各 岩 层 沉 降 值 的 不 同 造 成 了 离 层 现 象 的 发 生 ; 而 且 同 一 组 岩 层 由 于 沉 降 变 形 的 不 协 调 , 造 成 岩 层 的 断 裂 。 当 工 作 面 推 进 到 108. 6 m( 图 5( a) ) 时 , 距 煤 层 顶 板 36. 8 m 测 点 所 在 岩 层 均 存 在 离 层 量 约 为 10 cm 的 离 层 , 与 上 部 岩 层 离 层 量 较 大 , 最 大 约 为 15 cm; 38. 8 m、 40. 8 m 测 点 所 在 岩 层 则 又 与 其 上 部 岩 层 产 生 离 层 量 约 为 5 cm 的 离 层 。 由 离 层 的 状 态 可 见 , 位 移 监 测 区 岩 层 分 为 4 组 : 22. 8 ~ 32. 8 m 测 点 所 在 岩 层 ( a 组 岩 层 ) , 36. 8 m 测 点 所 在 岩 层 ( b 组 岩 图 3ꢀ 近 煤 层 顶 板 上 覆 岩 层 移 动 规 律 4) 上 覆 岩 层 沉 降 位 移 曲 线 特 征 。 分 析 岩 层 随 ( 开 采 进 度 的 移 动 曲 线 , 从 位 移 曲 线 趋 势 上 可 以 看 出 具 有 负 指 数 函 数 关 系 曲 线 的 特 点 , 在 距 离 煤 层 顶 板 近 40 m 以 上 岩 层 随 开 采 进 度 的 移 动 曲 线 符 合 负 指 数 函 数 关 系 曲 线 , 如 图 4( a) ; 40 m 以 下 的 岩 层 移 动 曲 线 也 具 有 负 指 数 函 数 关 系 曲 线 趋 势 , 由 于 岩 层 折 · 147· 总 第 391 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2009 年 第 1 期 层 ) , 38. 8 m、 40. 8 m 测 点 所 在 岩 层 ( c 组 岩 层 ) , 47. m 的 位 移 等 值 线 云 图 。 3 ~ 65. 3 m 测 点 所 在 岩 层 ( d 组 岩 层 ) 。 此 时 , a 组 岩 ( 1) 随 工 作 面 向 前 推 进 , 沉 降 范 围 逐 渐 向 上 、 向 前 扩 展 。 工 作 面 进 入 位 移 监 测 区 以 及 推 过 该 区 一 段 距 离 内 , 岩 层 移 动 进 入 活 跃 期 。 在 活 跃 期 , 如 图 6 层 的 最 大 倾 斜 度 为 27 mm/ m, 说 明 a 组 岩 层 已 经 折 断 , 断 裂 约 位 于 118 m 附 近 。 ( a) , 距 顶 板 较 近 的 上 覆 岩 层 沉 降 较 大 , 位 移 等 值 线 分 布 较 密 、 较 为 均 匀 , 说 明 各 岩 层 相 互 之 间 的 沉 降 位 移 差 较 大 , 并 且 各 岩 层 沉 降 协 调 。 采 宽 增 加 时 , 上 覆 岩 层 下 部 的 位 移 等 值 线 变 得 稀 疏 , 上 部 的 位 移 等 值 线 变 得 密 集 , 这 说 明 下 部 岩 层 的 离 层 裂 隙 逐 渐 闭 合 , 上 部 的 位 移 沉 降 差 加 大 , 即 产 生 离 层 裂 隙 。 ( 2) 由 沉 降 稳 定 后 的 位 移 等 值 线 图 ( 图 6( b) ) 可 见 , 距 离 煤 层 顶 板 50 m 左 右 高 度 的 岩 层 沉 降 相 对 下 部 岩 层 已 经 较 小 , 该 高 度 以 上 岩 层 的 位 移 等 值 线 较 为 稀 疏 ; 根 据 前 面 分 析 , 该 部 分 岩 层 属 于 d 组 岩 层 , 主 要 为 变 形 沉 降 ; 并 且 从 现 场 监 测 情 况 看 , 在 工 作 面 推 过 位 移 监 测 区 后 , 在 底 板 抽 排 巷 进 行 位 移 监 测 时 , 下 部 钻 孔 向 内 抽 吸 空 气 , 说 明 由 于 岩 层 断 裂 形 成 横 向 或 纵 向 裂 隙 , 钻 孔 与 瓦 斯 抽 排 孔 连 通 , 底 板 抽 排 巷 两 帮 局 部 片 帮 离 层 , 顶 板 有 小 块 支 护 层 掉 落 。 由 此 可 初 步 推 断 距 离 煤 层 顶 板 22. 8 ~ 50 m 之 间 岩 层 应 属 于 裂 隙 带 , 距 离 煤 层 顶 板 50 m 左 右 高 度 为 裂 隙 带 的 上 边 界 , 此 高 度 以 上 为 弯 曲 变 形 带 。 图 5ꢀ 不 同 工 作 面 推 进 距 离 时 岩 层 沉 降 曲 线 距 煤 层 顶 板 高 度 ( m) : ■ - 22. 8; ● - 23. 8; ▲ - 27. 8; - 40. 8;  - 29. 8; - 47. 8; ◆ - 32. 8; - 49. 3;  - 36. 8;  - 38. 8;  ★  ○ - 51. 3; + - 55. 3; × - 58. 3;  - 60. 3; … - 64. 3; — - 65. 3 当 工 作 面 推 进 到 139. 8 m( 图 5( b) ) , 各 岩 层 均 产 生 较 大 的 沉 降 , 在 其 中 c 组 岩 层 沉 降 剧 烈 , 与 b 组 岩 层 的 离 层 减 小 ; a、 b 组 岩 层 同 步 沉 降 , 岩 层 倾 斜 度 进 一 步 加 大 , c 组 岩 层 沉 降 剧 烈 部 分 倾 斜 度 与 下 面 岩 层 相 同 达 到 40 mm/ m, 说 明 c 组 岩 层 也 已 经 折 断 。 此 时 d 组 岩 层 才 开 始 发 生 伴 随 的 较 大 变 形 沉 降 。 由 以 上 分 析 知 , c 组 岩 层 在 工 作 面 推 过 后 , 在 相 当 一 段 时 间 内 , 其 没 有 断 裂 , 支 撑 着 上 部 岩 层 , 同 时 由 现 场 知 c 组 岩 层 岩 性 较 好 , 主 要 为 粗 中 砂 岩 ; 而 d 组 岩 层 由 现 场 获 取 岩 芯 知 其 主 要 为 泥 岩 和 砂 质 泥 岩 , 岩 性 较 软 , 垂 直 位 移 主 要 为 变 形 沉 降 。 由 此 可 初 步 判 断 c 组 岩 层 为 一 关 键 层 。 3  3ꢀ 岩 层 沉 降 等 值 线 云 图 与 两 带 的 判 断 图 6ꢀ 不 同 工 作 面 推 进 距 离 时 岩 层 沉 降 等 值 线 根 据 位 移 监 测 结 果 , 可 以 绘 制 不 同 开 采 进 度 时 3  4ꢀ 下 沉 系 数 与 岩 层 高 度 和 采 厚 比 的 关 系 位 移 监 测 区 的 岩 层 沉 降 等 值 线 云 图 , 图 6( a) 、 ( b) 分 别 为 工 作 面 在 位 移 监 测 区 内 和 超 过 监 测 区 79. 2 上 覆 岩 层 移 动 稳 定 后 , 由 中 间 竖 向 观 测 线 各 测 · 148· ꢀ ꢀ ꢀ 王 志 国 等 : 深 部 开 采 上 覆 岩 层 移 动 的 现 场 监 测 分 析 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2009 年 第 1 期 点 的 最 终 下 沉 值 可 计 算 出 不 同 高 度 的 岩 层 下 沉 系 数 , 以 及 下 沉 系 数 与 岩 层 高 度 和 采 厚 比 的 关 系 。 据 此 可 绘 制 出 各 点 的 下 沉 系 数 与 该 点 煤 层 顶 板 高 度 H 和 煤 层 采 厚 D 之 比 的 关 系 图 ( 如 图 7 所 示 ) , 通 过 曲 线 拟 合 可 得 出 二 者 之 间 的 函 数 关 系 式 为 53. 3°。 ( 3) 根 据 位 移 监 测 区 沉 降 位 移 分 布 特 点 , 可 推 断 距 离 煤 层 顶 板 22. 8 ~ 50 m 之 间 岩 层 应 属 于 裂 隙 带 , 距 离 煤 层 顶 板 50 m 左 右 高 度 为 裂 隙 带 的 上 边 界 , 此 高 度 以 上 为 弯 曲 变 形 带 。 y = 0. 492 27 - 0. 013 36x, ( 2) ( 4) 下 部 岩 层 沉 降 速 率 大 于 上 部 岩 层 , 随 高 度 增 加 , 呈 递 减 趋 势 , 由 此 形 成 层 间 离 层 ; 根 据 离 层 量 的 大 小 及 其 随 工 作 面 推 进 的 变 化 特 点 , 以 及 各 岩 层 岩 性 , 可 初 步 确 定 由 粗 中 砂 岩 组 成 的 c 组 岩 层 为 一 关 键 层 。 式 中 , y 为 不 同 深 度 的 岩 层 下 沉 系 数 ; x 为 岩 层 距 煤 层 顶 板 的 高 度 H 和 煤 层 采 厚 D 之 比 , 即 H/ D。 上 式 表 明 , 不 同 深 度 的 岩 层 的 下 沉 系 数 与 岩 层 高 度 和 采 厚 比 成 线 性 关 系 , 随 岩 层 高 度 的 增 大 , 其 下 沉 系 数 逐 渐 减 小 。 ( 5) 岩 层 随 开 采 进 度 的 沉 降 曲 线 符 合 负 指 数 函 数 关 系 , 在 距 离 煤 层 顶 板 近 40 m 以 上 岩 层 随 开 采 进 度 的 沉 降 曲 线 符 合 度 较 好 ; 40 m 以 下 则 略 有 偏 离 。 ( 6) 上 覆 岩 层 移 动 稳 定 后 , 不 同 深 度 的 岩 层 的 下 沉 系 数 与 岩 层 高 度 和 采 厚 比 的 关 系 具 有 线 性 关 系 : y = 0. 492 27 - 0. 013 36x , 随 岩 层 高 度 的 增 大 , 其 下 沉 系 数 逐 渐 减 小 。 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 图 7ꢀ 岩 层 下 沉 系 数 与 岩 层 高 度 和 煤 层 采 厚 比 的 关 系 图 [ 1] ꢀ 谢 和 平 , 彭 苏 萍 , 何 满 潮 . 深 部 开 采 基 础 理 论 与 工 程 实 践 [ M] . 北 京 : 科 学 出 版 社 , 2006. ■ - 实 测 下 沉 系 数 ; — - 线 性 拟 合 曲 线 4 ꢀ 结 ꢀ 论 [ 2] ꢀ 谢 和 平 . 矿 山 岩 体 力 学 及 工 程 的 研 究 进 展 与 展 望 [ J] . 中 国 工 程 科 学 , 2003, 5( 3) : 3138. ( 1) 根 据 岩 层 沉 降 位 移 随 工 作 面 推 进 的 变 化 规 [ 3] ꢀ 周 宏 伟 , 谢 和 平 , 左 建 平 . 深 部 高 地 应 力 下 岩 石 力 学 行 为 研 究 进 展 [ J] . 力 学 进 展 , 2005, 35( 1) : 9199. 律 , 可 以 将 岩 层 沉 降 过 程 大 致 分 为 3 个 阶 段 。 ①初 始 期 。 工 作 面 距 离 测 孔 约 50 m 时 开 始 , 岩 层 沉 降 较 小 。 ②活 跃 期 。 工 作 面 邻 近 或 采 过 测 孔 , 测 孔 处 于 采 动 剧 烈 影 响 区 , 岩 层 沉 降 增 大 。 ③衰 减 期 。 在 工 作 面 推 进 到 超 越 测 孔 28. 1 m 时 位 移 趋 于 稳 定 。 [ 4] ꢀ 张 玉 卓 . 深 部 资 源 开 发 造 成 的 上 覆 岩 层 移 动 与 破 坏 规 律 . 第 1 75 次 香 山 科 学 会 议 《 深 部 高 应 力 下 的 资 源 开 采 与 地 下 工 程 》 学 术 讨 论 会 专 题 报 告 [ R]  北 京 : 175 次 香 山 科 学 会 议 , 2001 [ 5] ꢀ 郭 奉 贤 . 矿 山 压 力 观 测 与 控 制 [ M] . 北 京 : 煤 炭 工 业 出 版 社 , 2 005 ( 2) 采 动 影 响 剧 烈 期 工 作 面 推 进 距 离 与 上 覆 岩 [ [ 6] ꢀ 钱 鸣 高 , 石 平 五 . 矿 山 压 力 与 岩 层 控 制 [ M] . 徐 州 : 中 国 矿 业 大 学 出 版 社 , 2003 层 沉 降 的 关 系 。 上 向 孔 所 在 岩 层 受 采 动 影 响 沉 降 起 点 滞 后 于 下 向 孔 , 平 均 滞 后 6 m; 上 向 孔 采 动 影 响 终 点 超 前 于 下 向 孔 , 平 均 超 前 2. 5 m; 上 向 孔 采 动 影 响 范 围 小 于 下 向 孔 , 平 均 小 8. 6 m。 平 均 超 前 影 响 角 7] ꢀ 李 庶 林 . 岩 层 移 动 监 测 及 预 测 研 究 [ J] . 矿 业 研 究 与 开 发 , 1 998, 18( 2) : 1618 ( 收 稿 日 期 ꢀ 20081108) 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 ( 上 接 第 114 页 ) 速 性 能 优 良 、 故 障 率 低 、 可 靠 性 高 , 便 于 现 场 维 护 等 优 点 , 完 全 满 足 了 矿 井 生 产 的 需 求 。 障 性 质 , 并 根 据 当 时 的 提 升 机 运 行 状 态 作 出 相 应 的 处 理 。 同 时 判 断 首 发 故 障 并 记 录 , 以 便 于 现 场 人 员 查 找 和 排 除 故 障 。 一 般 情 况 下 , 提 升 机 故 障 根 据 其 严 重 程 度 可 分 为 提 升 终 了 停 车 ( 报 警 ) 故 障 、 减 速 停 车 故 障 ( 轻 故 障 ) 和 紧 急 停 车 故 障 ( 重 故 障 ) 。 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 [ [ 1] ꢀ 王 清 灵 , 龚 幼 民 . 现 代 矿 井 提 升 机 电 控 系 统 [ M] . 北 京 : 机 械 工 业 出 版 社 , 1996 2] ꢀ 陈 伯 时 . 电 力 拖 动 自 动 控 制 系 统 [ M] . 北 京 : 机 械 工 业 出 版 社 , 4 ꢀ 结 ꢀ 论 系 统 经 过 研 制 、 开 发 和 现 场 安 装 调 试 , 已 正 式 投 2 005 ( 收 稿 日 期 ꢀ 20081210) 入 现 场 工 业 运 行 。 现 场 运 行 结 果 表 明 , 系 统 具 有 调 · 149·
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