杨村煤矿313工作面泗河下开采河堤沉降预计与治理方法kdh.pdf

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杨村煤矿 313 工作面泗河下开采河堤沉降预计与治理方法 兖矿集团杨村煤矿彭朋曹思文郭赵虎 摘要313 工作面横跨泗河东堤, 开采时造成河堤破坏, 本文对 313 工作面开采对泗河河堤的影响情 况进行预测, 并对河堤破坏情况提出了初步治理方法。 关键词沉降预计地表移动河堤治理 1313 工作面泗河下开采河堤沉降预计 1.1矿井概况 杨村煤矿位于山东省济宁高新区王因镇(原兖州市王因 镇 ) 境内, 处于王因镇政府驻地东面。北邻杨庄煤矿, 东邻兴隆 庄煤矿, 东南邻鲍店煤矿, 南邻田庄井田和横河井田, 西以煤 系露头为边界。 1.2313 工作面概况 313 工作面地面位于木孛椤树村北 150m,分上下两个工作 面。泗河流经工作面西部, 井下北临 307 工作面采空区, 南临 302 工作面采空区, 西到 - 190m 水平轨道大巷, 东至木孛椤树二 号断层。 1.2.1地质构造 313 工作面为单斜构造面, 地层走向 NE~SW, 倾向 SE, 总体趋势西部高、 东部低。 煤层起伏变化不大, 煤层倾角 6~ 7, 平均 6。掘进过程中, 两顺槽同受 Fv- 9 断层的影响, 该 断层走向近南北、 倾向西、 落差 14m, 延伸整个工作面, 断层附 近煤层破碎、 裂隙发育。313 工作面掘进揭露断层情况如下表 所示。 表 1313 工作面掘进揭露断层情况一览表 1.2.2水文地质条件 313 工作面第四系厚 190.60~197.50m, 平均 194.01m。工 作面基岩柱厚度 47.02~83.77m, 自西向东逐渐变厚; 3 煤顶部 砂岩水是工作面的直接冲水含水层,工作面涌水方式以采后 涌出为主。预计回采正常涌水量为 10m3/h, 最大涌水量 50m3/h。 泗河流经本井田东部, 属山洪河道, 除洪水期外 (最高洪 水水位 45.30m ) , 河流常年处于干涸状态。泗河全长 142km, 流域面积 2590km2, 河宽 100~1000m, 最大流量 3380m3/s。 1.3313 工作面开采河堤沉降预计 1.3.1开采沉降影响的预测方法 对于河堤下开采,主要评价指标有河堤地表的下沉量 mm和河堤地表的水平变形值mm/m。 杨村煤矿 313 工作面开采深度为 236.17~287.23m, 平均 266.76m, 第四系冲积层厚度 190.60~197.50m, 平均 194.01m, 根据兖州矿区的实际观测资料,厚含水冲积层条件下采动地 层失水引起的砂层密压和粘性土固结是其沉陷范围、沉陷量 及速度较大的重要因素。 本工作面采用走向长壁采煤方法, 垮落法管理顶板, 根据 建筑物、 水体、 铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程 , 应用概率积分法数学模型进行河堤沉降变形预测。 1.3.2预测计算参数选择 根据在 3 煤层采区地表岩移观测初步结果及地质开采条 件近似矿区的地表岩移参数及沉陷一般规律,选取 313 工作 面地表移动变形预测计算主要参数见下表所示。 表 2313 放顶煤开采岩移计算参数 其中 tgβ-影响角正切; q-煤层开采下沉系数; b-水平 移动系数; θ-开采影响传播角。 1.3.3地表移动变形计算 (1 ) 河堤下沉、 水平变形等值线。根据 313 工作面开采情 况, 输入地质开采基本条件、 主要地物地貌、 矿井格网坐标以 及岩移计算参数,对开采引起的地表移动变形值分点分线进 行网格化计算, 计算结果组成必要的目标数据文件后, 通过绘 图软件, 主要绘制出河堤下沉、 垂直河堤方向地表水平变形等 值线图; 河堤方向地表水平变形等值线图。 图 1沿泗河东河堤开采下沉曲线图 图 2垂直河堤方向水平变形曲线图 图 3河堤方向水平变形曲线图 (2 ) 地表移动变形计算结果。 313 工作面开采后, 影响区域 内其地表移动变形最大值见下表。 表 3影响区域内地表移动变形量最大值 2313 工作面开采后河堤治理方法 2.1313 工作面开采时泗河河堤监测站设置 从 313 工作面皮带顺槽与泗河东河堤平面交点往南 180m为第 1 号桩点, 沿东河堤向北, 每隔 20m 选择一个桩点, 共设 27 个桩点, 长度为 520m, 分别对 313 面开采时泗河河堤 下沉情况进行观测, 并对观测数据进行整理、 分析、 上报。 煤矿现代化2009 年第 3 期总第 90 期 断层名称走向 倾 向 倾角性质落差m 开采影响程度 Fv- 917026075正14整个工作面 符号qtgβbθS 数值0.861.800.30860.05H 名称 最大下沉 mm 河堤方向 最大倾斜 mm/m 河堤方向最 大水平变形 mm/m 垂直河堤方 向最大倾斜 mm/m 垂直河堤方 向最大水平 变形mm/m 泗河东河堤 500033.016.0- 8.0- 8.0 46 (上接第 45 页 ) 3结语 通过分析煤矿生产、 管理特点, 研究基于 MES 原理的安全 生产调度管理系统,可以极大的提升煤炭企业对煤炭生产过 程的管理和控制能力。 MES提供 PCS系统、 ERP 系统无法实现 的区队级调度管理功能;提供 ERP 等管理信息系统无法实现 的生产数据的获取与分析功能,成为区队生产和企业管理之 间的桥梁, 可以为企业带来现实的或潜在的经济效益; 提高企 业对生产全过程的监督与控制能力,及时发现生产过程中存 在的问题, 提高企业生产效率, 最大限度地帮助企业有效使用 现有生产资源, 提高生产安全性。通过大量使用工业控制设备 与系统,可以减少人工差错与干预,依靠技术手段提高安全 性, 细化管理, 降低企业生产成本。通过各种信息技术的使用, 减少人工需求, 降低人员成本。另外, 应用系统为管理者提供 良好的工具, 来改进和优化管理, 降低成本消耗。 参考文献 [1] 李芳芸, 柴跃廷.CIMS 环境下集成化管理信息系统的分析、 设计与实施[M].清华大学出版社,1996 年 1 月. [2] 王凌, 王雄.流程工业 CIMS 体系结构和生产执行系统[J]计 算机工程与应用, 2003,1016- 18. [3] 苏秦,吉国力,白俊海,王园,流程工业信息集成系统[J]. 东南大学学报 (自然科学版 ) , 2003,33112- 115. 作者简介 刘军 (1978-) , 男, 山东单县人, 2003 年毕业于山东科技 大学, 本科学历。曾在济三煤矿综采三队从事技术管理, 现任 济三煤矿调度室副主任。2008 年山东科技大学矿业工程专业 在职研究生。 (收稿日期 2009- 3- 4 ) 2.2313 工作面开采前后河堤治理情况与方案 313 工作面泗河下采煤影响河道范围较小,影响时间短, 根据工作面采煤塌陷预计和河道的实际情况,并参考国内河 下采煤塌陷治理方式的研究,设计采取预加固与沉陷后治理 相结合的综合治理方式。 根据采煤规划和综合沉陷预测, 做出整体的治理规划。在 未沉陷前, 备足整个河段治理所需的土料, 先对堤防、 护堤地 和滩地进行预加固, 在沉陷稳定后, 对堤防、 护堤地和滩地进 行综合治理及东岸河堤防灌浆等工程。现工程分述如下 2.2.1堤防加固工程 (1 ) 堤线、 河口线布置及堤型选择。堤线 该段堤防东岸比 较顺直, 堤线布置沿原堤线布置, 该段堤线布置与上下游断面 采用直线连接。该段堤防加固范围为设计的 3~25 号桩段, 堤 线长 480m。 堤防复堤方式东岸堤防滩地较窄,设计采用外复堤方 案。 河口线 为了节约耕地及工程量, 在保证塌陷治理后河槽 水流平顺的基础上, 东岸河口线基本上按现状恢复。 堤型选择 堤型选择本着因地制宜、 就地取材的原则, 根据堤 段所在地的特点、 堤基地质、 筑堤材料、 施工条件等诸多因素, 通过综合比较分析, 确定采用粉质粘土均质土堤堤型。 (2 ) 堤顶高程确定。根据 堤防工程设计规范 规定, 设计 堤顶高程按 50 年一遇设计洪水位加堤顶超高确定, 并考虑预 留沉降量。 堤顶超高 堤顶超高为波浪爬高、 风雍增水高度、 安全加 高相加, 经计算 Y=RpeA=1.16+0.03+0.8=1.99m, 根据 堤防工程设计规范 6.3.1 条, 2 级堤防的堤顶超高值不应小 于 2.0m。 堤防预留沉降量 泗河设计堤防高度 6m 左右, 故根据 堤 防工程设计规范规定,取堤高的 5%,确定预留沉降量为 0.30m。 预加固堤顶高程确定预加固堤顶高程为目前堤顶高程 加预计沉降值及堤防预留沉降量。 (3 ) 大堤横断面设计。本工程为复堤工程, 依据原堤结构 形式, 仍采用梯形断面。 根据 堤防工程设计规范 (GB50286- 98 ) 防汛及交通的要求, 确定堤顶宽度为 6m, 堤顶向两侧倾 斜, 坡度为 2.5%。根据堤防等级及大堤土质情况, 设计内坡为 1 3, 外坡为 1 2.5。 (4 ) 大堤灌浆设计。在综合整治工程阶段, 对稳沉的堤防 采用水泥粘土灌浆对堤身进行加密加固,这一措施不仅可以 充填由于开采引起的裂缝和疏松,而且可以促使浅部新充填 土及早密实, 提高堤体的抗渗能力和稳定性。 灌浆设计充填式灌浆是利用浆液自重将浆液注入坝体 隐患处, 以堵塞洞穴和裂缝的工艺。采用双排两序孔、 梅花形 布置, 排距为 1.5m, 孔距 1.5m, 灌浆深度为堤顶下 1.0m至堤基 下 2.0m 以上。灌浆材料选用当地较好的粉质粘土做灌浆土 料, 并掺入 2的水泥, 制成粘土混合浆液。大堤灌浆平面布置 见图 4。 图 4大堤灌浆平面布置示意图 2.2.2河道整治工程 (1 ) 滩地恢复设计。滩地恢复工程分预加固和综合整治工 程两部分。采煤塌陷前, 滩地按预加固高程加高滩地, 预加固 高程为平均预计沉降值加现滩地高程。塌陷后, 对滩地进行推 平整治。滩地填筑全部采用土方,土料的设计干容重为 1.55g/cm3。 (2 ) 护堤地恢复设计。本堤防为二级堤防, 根据 堤防工程 管理设计规范 3.1.2 条第三款规定,二级堤防护堤地宽度为 20- 60m。本工程取护堤地宽度为 40m。 堤防工程管理设计规范 3.2.1 条规定“在堤防背水侧紧 邻护堤地边界以上, 应划定一定的区域, 作为工程保护范围, 其保护范围的宽度为 100~200m” , 本工程堤防保护范围均在 塌陷范围内, 长期为水面, 本次不考虑恢复。 护堤地恢复工程分预加固和综合整治工程两部分。采煤 塌陷前, 护堤地按预加固高程加高护堤地, 预加固高程为平均 预计沉降值加原护堤地高程。塌陷后, 对护堤地按原高程进行 推平整治。护堤地填筑全部采用土方,土料的设计干容重为 1.55g/cm3。 (收稿日期 2009- 3- 4 ) 煤矿现代化2009 年第 3 期总第 90 期 47
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