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名称 建筑物下“采—充—留”协调开采相似材料模拟对比分析
发布机构 科技外事处 索引号 2189234/2020-00257
主题分类 科技发展 文号
发布日期 2020-12-25 主题词

建筑物下“采—充—留”协调开采相似材料模拟对比分析

发布日期:2020-12-25 17:25 信息来源:科技外事处 访问量:? 字体 :[ 大 ][ 中 ][ 小 ]

建筑物下协调开采相似材料模拟对比分析

建(构)筑物、水体、铁路压煤开采(简称“三下”采煤)是长久以来的开采难题,尤其在我国,许多地区“三下”压煤量极高,严重影响着国民经济的发展。常规方法进行“三下”采煤,势必会引起地面建(构)筑物以及其他地表设施不同程度的破坏。条带开采和充填开采是“三下”采煤的常用采煤方法,但缺点是条带开采采出率低,浪费资源严重;充填开采工艺复杂,开采成本较高。随着煤炭资源愈加宝贵和开采成本的提高,传统采煤方法无法满足新时代“三下”采煤的要求。“三下”采煤旨在保护地表设施不受开采损害影响,同时尽可能提高煤矿的采出率,降低开采成本,保护周边的自然环境。针对该问题,戴华阳提出了“采”协调式开采方法,实行“留设煤柱十部分充填十部分开采”的协调式布设,是一种综合了条带开采和充填开采两者特点的开采方法。郭俊廷等和陈东进行了深入的研究和验证。在相似模型试验研究方面,文献的相似模拟试验仅对“采”开采方法进行单一的开采模拟研究,未能提供一个对比模型进行对比分析。文献的相似模型试验对某采区两个煤层采用不同的方法先后进行模拟开采,存在重复采动的影响,且对比分析没有控制单一变量,而是基于不同煤层。

本文以开滦钱家营矿七采区为研究对象,采用相似材料模型试验,对7煤层、12煤层进行模拟开采,分别建立了“采”模型和全采模型,从覆岩破坏特性、岩层移动变形的控制效果等角度进行对比分析,能有效直观地说明“采”协调式开采方法的优良性。

1试验区与开采方法概况

1.1试验区概况

钱家营井田隶属于开平煤田,位于开平向斜的东南翼。井田内地形为冲积平原,有82780m厚的第四系冲积层覆盖,地势平坦。地形呈东北高,西北低,标高介于+7.0+24.6m,地形坡度约为1‰。开平煤田地层属华北型沉积,古生代地层广泛分布,井田含煤地层为石炭系上统和二叠系下统,基底地层为中奥陶统马家沟组灰岩,含煤地层总厚度约为500m。由上至下的主要可采煤层是5煤层、7煤层、9煤层和12煤层。

试验原型为钱家营矿七采区,位于钱家营矿井田西翼,采区东部为五采区,西部为八采区。采区松散层厚度约为275m,地面标高约为+50m,井下煤层标高约为-850m。采区正上方地表建(构)筑物分布密集,分布有村庄、工厂、河流(附有河堤)等,东部为工业广场保安煤柱线。本试验区属于“三下”压煤范畴,开采势必损害周围建(构)筑物等I地表设施。本实验模拟开采7煤层、12煤层。7煤层:全部可采,煤层厚度0.923.20m,平均厚度2.20m。直接顶板为深灰色粉砂岩,夹细砂岩条带,厚211m。底板为深灰色粉砂岩。12煤层:全部可采,煤层厚度1.875.45m,平均厚度3.10m。直接顶板为黑色腐泥质黏土岩,厚4m左右。底板为深灰灰色粉砂岩,富含根化石,厚2.20m左右,老底为浅灰色中细砂岩,厚90m

1.2“采”协调开采技术原理与机制

“采”协调式开采方法是一种基于极不充分原理的开采方法。该方法将采区分成多个开采单元,每个单元以“留设煤柱十部分充填十部分开采”的方式进行工作面布设,通过合理地分配煤柱、充填面和开采面的大小,使煤柱与充填体的联合支撑体共同支撑上覆岩层,以达到控制覆岩与地表移动变形的目的。

该方法有两种布设模式:单侧充填模式是在留设煤柱一侧依次布置充填工作面和开采工作面,适用于较大倾角煤层、工作面沿走向布置的情况;双侧充填模式则在两侧依次布置充填工作面和开采工作面,适用于缓倾斜煤层、工作面沿倾向布置的情况。

以单侧充填模式为例,具体实施步骤如下:①将采区划分为m个开采单元,m为正整数;②对每个开采单元,在留设煤柱一侧依次布置充填工作面和开采工作面,煤柱宽度由基本稳定原则确定,充填工作面宽度和开采工作面宽度由极不充分开采要求确定;③对第n个开采单元的充填工作面进行开采并充填形成充填体,n为正整数且n小于或等于m;④对第n个开采单元的开采工作面形成采空区,n为正整数且,n小于或等于m

综合考虑研究区的地质条件,本实验采用“采”单侧充填开采方法进行模拟开采,并通过回采充填体与小煤柱模拟垮落法全采。

2相似材料模型试验设计

2.1模型设计

综合本井田特殊地质采矿条件,根据矿区实测资料的综合边界角为52.5°,本模型选取综合边界角δ0=48°。根据模型试验架的实际尺寸,设计模型尺寸为:长3000mm,宽250mm,高1503mm

为确保模型与矿区地质条件相吻合,首先根据钱家营矿的综合柱状图和七采区的钻孔资料,对具体地层进行综合与简化,确定模型试验的地层为14层;其次,通过矿井的岩石力学实验资料与查阅文献,确定各地层的岩石力学参数,最后,通过相似性原理,确定模型的试验尺寸和材料配比,材料配比方法如下:基岩以河沙为骨料,以碳酸钙和石膏为胶结材料,层间采用云母片作为层理面,松散层以散砂和少量胶结物,并配有一定比例的锯末铺设。

2.2开采方案与测点布设

2.2.1开采方案

由于七采区为“三下”压煤区,地表有村庄、工厂、河堤等设施,本文模拟采出率较高的部分开采方法,即“采”协调开采,分别建立“采”协调开采模型和垮落法全采模型,其中全采模型为对比方案。模拟开采区域为900m,开采工作面左侧留设60m的条带煤柱,为避免边界效应的影响,右侧留设600m的煤柱,以上设计参数均与实际情况保持一致。

1)“采”模型:模拟实际情况下用“采”单侧充填开采法进行开采,模型设计5个开采单元,每个开采单元包括充填面D充、留设煤柱D留及条带开采面D采,设计D=DD=60m,采出率67%,开采顺序如下:先采7煤层,再采12煤层。其中各煤层开采顺序为:充采面1→充采面3→充采面5→充采面2→充采面4

2)全采模型:在模型1的基础上通过回收煤柱和充填体,模拟实际情况下对7煤层和12煤层进行垮落法全采的过程。

2.2.2测点布设及模型观测

模型设计共2层煤(7煤层、12煤层),在模型开采前,一侧平面布设观测点,其中基岩内部布设7条,松散层内部布设3条水平观测线。本文选取3条代表性的观测线进行分析,A观测线为地表观测线,测点间距为模型尺寸5cmB观测线为松散层与基岩交界面,C观测线位于7煤顶板岩层,观测线的观测点间距均为10cm,观测方法采用基于工业近景摄影测量技术的三维测量系统(XJTUDP)进行模型观测,观测点位精度可达到0.064mm,满足相似材料模型试验的精度要求。

3实验结果分析与讨论

本部分通过分析模型试验的结果,根据相似常数对实验数据进行量纲换算,后续分析的试验数据均已转化为矿区的实际数据。主要从两个方面进行分析:一是对模型的破坏情况进行现场观察、量测、计算,间接地反映矿区的采动损害特征;二是对模型观测数据进行整理,分析曲线的形态及规律,间接地分析实际开采条件下矿区岩层的移动变形规律。最后对“采”单侧充填开采法和垮落法全采结果进行对比,来充分验证“采”协调开采法的优越性。

3.1覆岩破坏特性与规律

首先模拟开采充采面1(充采面即充填面和开采面)。模拟开采60m(充填面)时,开采后顶板没有立即出现明显的垮落或离层等现象,采用木块间夹硬纸板模拟矸石充填,充填后煤层直接顶出现弯曲、离层现象,充填体得到压实;当开采至120m(其中后60m为开采面)时,上覆直接顶出现垮落和离层现象,垮落高度为11m,约为开采厚度的4倍,离层高度约为17m,工作面老顶产生弯曲。

模拟开采其他充采面,得到的垮落形态与充采面1相似。开采单元煤柱侧垮落角为59。向上发展,充填侧垮落角为64°。由于模型开采比例尺较小,在开采单元全部采完后才会出现岩层变形、离层或垮落现象,部分开采单元出现悬顶、不垮落等破坏特征。

模拟垮落法全采后,上覆岩层的垮落形态为上覆岩层整体向下弯曲、离层,具有明显的“三带”垮落特征,其中覆岩的垮落带高度为12m,裂缝带高度为25m,覆岩的垮落角为73°68°

3.2覆岩与地表移动变形规律分析

3.2.1基岩内部变形规律

C观测线为煤层开采上方观测线,可以看出其下沉曲线为从充采面1至充采面5的波浪形下沉曲线,7煤层“采充留”开采后最大下沉值为185mm7煤层和12煤层开采后最大下沉点为C19,下沉值425mm,位于开采区域的中央位置,即充采面3的中间。B观测线为基岩面观测线,最大下沉点为J21,下沉值为338mm,曲线形态为平缓的下沉盆地,基岩面下沉率均为0.05。全采后,基岩面最大下沉值为5220mm,基岩面下沉系数为0.80

3.2.2松散层内部变形规律

松散层内部的下沉曲线趋势一致,由于松散层结构松散,强度较低,在开采扰动下很容易引起松散层自身的压缩变形,随着深度的减少,下沉值不断地增加,最大下沉值由松散层底部的338mm增大到700mm,其中松散层厚度为270m,经计算可知松散层的平均压缩量为1.34mm/m,进一步解释了厚松散层开采下沉系数大于1的现象,符合厚松散层煤层开采的移动规律。全采后对松散层的扰动进一步加大,松散层平均压缩量为1.51mm/m,全采后对松散层的扰动程度大,平均压缩量大于“采”协调开采。

3.2.3地表变形规律

根据地表下沉监测数据可知,7煤层充采面1、充采面3、充采面5开采后,地表最大下沉值为288mm7煤层采完时,地表最大下沉值383mm,位于开采区域的中央偏左,地表点号为A2412煤层开采后地表下沉值为700mm,位于开采区域的中央。“采”协调开采后地表的下沉率为0.11。当7煤层和12煤层全采后,地表最大下沉值为5619mm,地表下沉系数为0.86,文献通过实测资料分析厚冲积层条件下的下沉系数为0.89,结果相符。

针对地表建(构)筑物采动损害,从地表变形数据可知,“采”协调开采后,地表倾斜变形为-4.54.2mm/m,地表曲率变形为-0.310.23mm/m2,最大压缩变形为4.5mm/m,最大拉伸变形为2.6mm/m,变形结果表明,地表建(构)筑物最大为Ⅱ级轻微损坏,地表建筑损坏均在可控范围之内。

3.3对比分析

1)“三带”特征:开采完充采面后,上覆直接顶出现垮落和离层现象,部分开采单元悬顶、不垮落等破坏特征,导水裂缝带高度为17m;全采后岩层破坏具有明显的“三带”垮落特征,导水裂缝带为25m,说明“采”协调开采对覆岩的损坏程度小于全采。

2)垮落角:充采面开采后,垮落角为59°64°,垮落法全采后垮落角为68°73°,在垮落角方向“采”协调开采小于垮落法全采,说明部分开采的覆岩破坏范围小于垮落法全采。

3)松散层变形特征:松散层在开采扰动下会产生压缩变形,其中部分开采时松散层的平均压缩量为1.34mm/m,略低于全采的1.51mm/m,说明松散层的压缩变形与覆岩破坏程度有关。另外,地表下沉在松散层的影响下大于基岩面的下沉,符合厚松散层地表移动特征。

4)下沉变形特征:部分开采后在直接顶上方形成波浪式下沉曲线,随着变形向上传递,地表曲线逐渐形成一条平缓的曲线;而垮落法全采后为“凹”形曲线,发展到地表后为碗形盆地。

通过变形数据可知,“采”协调开采在一定程度上能对上覆岩层起到控制作用,有利于地表建(构)筑物的安全使用。

4结论

1)从上覆岩层的破坏特征可知,采用“采”协调开采法进行开采时,开采充采面后,上覆岩层开始出现垮落、离层特征,垮落带高度为11m,约4倍开采厚度,导水裂缝带高度为17m,略小于全采后的25m,垮落角为59°64°,也小于全采的68°73°,在一定程度上说明协调开采的覆岩破坏程度小于全采。

2)由变形规律可知,7煤层开采后下沉率为0.0512煤层在重复采动影响下下沉率为0.11,地表建(构)筑物最大损坏为Ⅱ级轻微损坏;全采后地表达到充分开采,移动盆地逐渐变为碗形盆地,下沉系数为0.86。对比结果表明,“采”协调开采在一定程度上控制了岩层和地表变形,有利于保护地表设施,为钱家营矿建(构)筑物下压煤开采提供一种新的途径。

摘自:《中国矿业》2020年第3

 

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建筑物下“采—充—留”协调开采相似材料模拟对比分析

科技外事处 2020-12-25

建筑物下协调开采相似材料模拟对比分析

建(构)筑物、水体、铁路压煤开采(简称“三下”采煤)是长久以来的开采难题,尤其在我国,许多地区“三下”压煤量极高,严重影响着国民经济的发展。常规方法进行“三下”采煤,势必会引起地面建(构)筑物以及其他地表设施不同程度的破坏。条带开采和充填开采是“三下”采煤的常用采煤方法,但缺点是条带开采采出率低,浪费资源严重;充填开采工艺复杂,开采成本较高。随着煤炭资源愈加宝贵和开采成本的提高,传统采煤方法无法满足新时代“三下”采煤的要求。“三下”采煤旨在保护地表设施不受开采损害影响,同时尽可能提高煤矿的采出率,降低开采成本,保护周边的自然环境。针对该问题,戴华阳提出了“采”协调式开采方法,实行“留设煤柱十部分充填十部分开采”的协调式布设,是一种综合了条带开采和充填开采两者特点的开采方法。郭俊廷等和陈东进行了深入的研究和验证。在相似模型试验研究方面,文献的相似模拟试验仅对“采”开采方法进行单一的开采模拟研究,未能提供一个对比模型进行对比分析。文献的相似模型试验对某采区两个煤层采用不同的方法先后进行模拟开采,存在重复采动的影响,且对比分析没有控制单一变量,而是基于不同煤层。

本文以开滦钱家营矿七采区为研究对象,采用相似材料模型试验,对7煤层、12煤层进行模拟开采,分别建立了“采”模型和全采模型,从覆岩破坏特性、岩层移动变形的控制效果等角度进行对比分析,能有效直观地说明“采”协调式开采方法的优良性。

1试验区与开采方法概况

1.1试验区概况

钱家营井田隶属于开平煤田,位于开平向斜的东南翼。井田内地形为冲积平原,有82780m厚的第四系冲积层覆盖,地势平坦。地形呈东北高,西北低,标高介于+7.0+24.6m,地形坡度约为1‰。开平煤田地层属华北型沉积,古生代地层广泛分布,井田含煤地层为石炭系上统和二叠系下统,基底地层为中奥陶统马家沟组灰岩,含煤地层总厚度约为500m。由上至下的主要可采煤层是5煤层、7煤层、9煤层和12煤层。

试验原型为钱家营矿七采区,位于钱家营矿井田西翼,采区东部为五采区,西部为八采区。采区松散层厚度约为275m,地面标高约为+50m,井下煤层标高约为-850m。采区正上方地表建(构)筑物分布密集,分布有村庄、工厂、河流(附有河堤)等,东部为工业广场保安煤柱线。本试验区属于“三下”压煤范畴,开采势必损害周围建(构)筑物等I地表设施。本实验模拟开采7煤层、12煤层。7煤层:全部可采,煤层厚度0.923.20m,平均厚度2.20m。直接顶板为深灰色粉砂岩,夹细砂岩条带,厚211m。底板为深灰色粉砂岩。12煤层:全部可采,煤层厚度1.875.45m,平均厚度3.10m。直接顶板为黑色腐泥质黏土岩,厚4m左右。底板为深灰灰色粉砂岩,富含根化石,厚2.20m左右,老底为浅灰色中细砂岩,厚90m

1.2“采”协调开采技术原理与机制

“采”协调式开采方法是一种基于极不充分原理的开采方法。该方法将采区分成多个开采单元,每个单元以“留设煤柱十部分充填十部分开采”的方式进行工作面布设,通过合理地分配煤柱、充填面和开采面的大小,使煤柱与充填体的联合支撑体共同支撑上覆岩层,以达到控制覆岩与地表移动变形的目的。

该方法有两种布设模式:单侧充填模式是在留设煤柱一侧依次布置充填工作面和开采工作面,适用于较大倾角煤层、工作面沿走向布置的情况;双侧充填模式则在两侧依次布置充填工作面和开采工作面,适用于缓倾斜煤层、工作面沿倾向布置的情况。

以单侧充填模式为例,具体实施步骤如下:①将采区划分为m个开采单元,m为正整数;②对每个开采单元,在留设煤柱一侧依次布置充填工作面和开采工作面,煤柱宽度由基本稳定原则确定,充填工作面宽度和开采工作面宽度由极不充分开采要求确定;③对第n个开采单元的充填工作面进行开采并充填形成充填体,n为正整数且n小于或等于m;④对第n个开采单元的开采工作面形成采空区,n为正整数且,n小于或等于m

综合考虑研究区的地质条件,本实验采用“采”单侧充填开采方法进行模拟开采,并通过回采充填体与小煤柱模拟垮落法全采。

2相似材料模型试验设计

2.1模型设计

综合本井田特殊地质采矿条件,根据矿区实测资料的综合边界角为52.5°,本模型选取综合边界角δ0=48°。根据模型试验架的实际尺寸,设计模型尺寸为:长3000mm,宽250mm,高1503mm

为确保模型与矿区地质条件相吻合,首先根据钱家营矿的综合柱状图和七采区的钻孔资料,对具体地层进行综合与简化,确定模型试验的地层为14层;其次,通过矿井的岩石力学实验资料与查阅文献,确定各地层的岩石力学参数,最后,通过相似性原理,确定模型的试验尺寸和材料配比,材料配比方法如下:基岩以河沙为骨料,以碳酸钙和石膏为胶结材料,层间采用云母片作为层理面,松散层以散砂和少量胶结物,并配有一定比例的锯末铺设。

2.2开采方案与测点布设

2.2.1开采方案

由于七采区为“三下”压煤区,地表有村庄、工厂、河堤等设施,本文模拟采出率较高的部分开采方法,即“采”协调开采,分别建立“采”协调开采模型和垮落法全采模型,其中全采模型为对比方案。模拟开采区域为900m,开采工作面左侧留设60m的条带煤柱,为避免边界效应的影响,右侧留设600m的煤柱,以上设计参数均与实际情况保持一致。

1)“采”模型:模拟实际情况下用“采”单侧充填开采法进行开采,模型设计5个开采单元,每个开采单元包括充填面D充、留设煤柱D留及条带开采面D采,设计D=DD=60m,采出率67%,开采顺序如下:先采7煤层,再采12煤层。其中各煤层开采顺序为:充采面1→充采面3→充采面5→充采面2→充采面4

2)全采模型:在模型1的基础上通过回收煤柱和充填体,模拟实际情况下对7煤层和12煤层进行垮落法全采的过程。

2.2.2测点布设及模型观测

模型设计共2层煤(7煤层、12煤层),在模型开采前,一侧平面布设观测点,其中基岩内部布设7条,松散层内部布设3条水平观测线。本文选取3条代表性的观测线进行分析,A观测线为地表观测线,测点间距为模型尺寸5cmB观测线为松散层与基岩交界面,C观测线位于7煤顶板岩层,观测线的观测点间距均为10cm,观测方法采用基于工业近景摄影测量技术的三维测量系统(XJTUDP)进行模型观测,观测点位精度可达到0.064mm,满足相似材料模型试验的精度要求。

3实验结果分析与讨论

本部分通过分析模型试验的结果,根据相似常数对实验数据进行量纲换算,后续分析的试验数据均已转化为矿区的实际数据。主要从两个方面进行分析:一是对模型的破坏情况进行现场观察、量测、计算,间接地反映矿区的采动损害特征;二是对模型观测数据进行整理,分析曲线的形态及规律,间接地分析实际开采条件下矿区岩层的移动变形规律。最后对“采”单侧充填开采法和垮落法全采结果进行对比,来充分验证“采”协调开采法的优越性。

3.1覆岩破坏特性与规律

首先模拟开采充采面1(充采面即充填面和开采面)。模拟开采60m(充填面)时,开采后顶板没有立即出现明显的垮落或离层等现象,采用木块间夹硬纸板模拟矸石充填,充填后煤层直接顶出现弯曲、离层现象,充填体得到压实;当开采至120m(其中后60m为开采面)时,上覆直接顶出现垮落和离层现象,垮落高度为11m,约为开采厚度的4倍,离层高度约为17m,工作面老顶产生弯曲。

模拟开采其他充采面,得到的垮落形态与充采面1相似。开采单元煤柱侧垮落角为59。向上发展,充填侧垮落角为64°。由于模型开采比例尺较小,在开采单元全部采完后才会出现岩层变形、离层或垮落现象,部分开采单元出现悬顶、不垮落等破坏特征。

模拟垮落法全采后,上覆岩层的垮落形态为上覆岩层整体向下弯曲、离层,具有明显的“三带”垮落特征,其中覆岩的垮落带高度为12m,裂缝带高度为25m,覆岩的垮落角为73°68°

3.2覆岩与地表移动变形规律分析

3.2.1基岩内部变形规律

C观测线为煤层开采上方观测线,可以看出其下沉曲线为从充采面1至充采面5的波浪形下沉曲线,7煤层“采充留”开采后最大下沉值为185mm7煤层和12煤层开采后最大下沉点为C19,下沉值425mm,位于开采区域的中央位置,即充采面3的中间。B观测线为基岩面观测线,最大下沉点为J21,下沉值为338mm,曲线形态为平缓的下沉盆地,基岩面下沉率均为0.05。全采后,基岩面最大下沉值为5220mm,基岩面下沉系数为0.80

3.2.2松散层内部变形规律

松散层内部的下沉曲线趋势一致,由于松散层结构松散,强度较低,在开采扰动下很容易引起松散层自身的压缩变形,随着深度的减少,下沉值不断地增加,最大下沉值由松散层底部的338mm增大到700mm,其中松散层厚度为270m,经计算可知松散层的平均压缩量为1.34mm/m,进一步解释了厚松散层开采下沉系数大于1的现象,符合厚松散层煤层开采的移动规律。全采后对松散层的扰动进一步加大,松散层平均压缩量为1.51mm/m,全采后对松散层的扰动程度大,平均压缩量大于“采”协调开采。

3.2.3地表变形规律

根据地表下沉监测数据可知,7煤层充采面1、充采面3、充采面5开采后,地表最大下沉值为288mm7煤层采完时,地表最大下沉值383mm,位于开采区域的中央偏左,地表点号为A2412煤层开采后地表下沉值为700mm,位于开采区域的中央。“采”协调开采后地表的下沉率为0.11。当7煤层和12煤层全采后,地表最大下沉值为5619mm,地表下沉系数为0.86,文献通过实测资料分析厚冲积层条件下的下沉系数为0.89,结果相符。

针对地表建(构)筑物采动损害,从地表变形数据可知,“采”协调开采后,地表倾斜变形为-4.54.2mm/m,地表曲率变形为-0.310.23mm/m2,最大压缩变形为4.5mm/m,最大拉伸变形为2.6mm/m,变形结果表明,地表建(构)筑物最大为Ⅱ级轻微损坏,地表建筑损坏均在可控范围之内。

3.3对比分析

1)“三带”特征:开采完充采面后,上覆直接顶出现垮落和离层现象,部分开采单元悬顶、不垮落等破坏特征,导水裂缝带高度为17m;全采后岩层破坏具有明显的“三带”垮落特征,导水裂缝带为25m,说明“采”协调开采对覆岩的损坏程度小于全采。

2)垮落角:充采面开采后,垮落角为59°64°,垮落法全采后垮落角为68°73°,在垮落角方向“采”协调开采小于垮落法全采,说明部分开采的覆岩破坏范围小于垮落法全采。

3)松散层变形特征:松散层在开采扰动下会产生压缩变形,其中部分开采时松散层的平均压缩量为1.34mm/m,略低于全采的1.51mm/m,说明松散层的压缩变形与覆岩破坏程度有关。另外,地表下沉在松散层的影响下大于基岩面的下沉,符合厚松散层地表移动特征。

4)下沉变形特征:部分开采后在直接顶上方形成波浪式下沉曲线,随着变形向上传递,地表曲线逐渐形成一条平缓的曲线;而垮落法全采后为“凹”形曲线,发展到地表后为碗形盆地。

通过变形数据可知,“采”协调开采在一定程度上能对上覆岩层起到控制作用,有利于地表建(构)筑物的安全使用。

4结论

1)从上覆岩层的破坏特征可知,采用“采”协调开采法进行开采时,开采充采面后,上覆岩层开始出现垮落、离层特征,垮落带高度为11m,约4倍开采厚度,导水裂缝带高度为17m,略小于全采后的25m,垮落角为59°64°,也小于全采的68°73°,在一定程度上说明协调开采的覆岩破坏程度小于全采。

2)由变形规律可知,7煤层开采后下沉率为0.0512煤层在重复采动影响下下沉率为0.11,地表建(构)筑物最大损坏为Ⅱ级轻微损坏;全采后地表达到充分开采,移动盆地逐渐变为碗形盆地,下沉系数为0.86。对比结果表明,“采”协调开采在一定程度上控制了岩层和地表变形,有利于保护地表设施,为钱家营矿建(构)筑物下压煤开采提供一种新的途径。

摘自:《中国矿业》2020年第3