金雞灘煤礦首采工作面地表移動規(guī)律研究項(xiàng)目實(shí)施方案

“金雞灘煤礦首采工作面地表移動規(guī)律研究”項(xiàng)目實(shí)施方案“金雞灘煤礦首采工作面地表移動規(guī)律研究”項(xiàng)目實(shí)施方案#“金雞灘煤礦首采工作面地表移動規(guī)律研究”“金雞灘煤礦首采工作面地表移動規(guī)律研究”項(xiàng)目研究的必要性（50字以上）煤炭是我國第一大能源。我國原煤生產(chǎn)95%來自井工開采，每年由井工開采引起的地面沉陷區(qū)面積達(dá)2000km2以上，造成了日益嚴(yán)重的地面破壞及生態(tài)環(huán)境損害。因此,煤礦開采引起的地表移動規(guī)律研究已成為煤礦安全生產(chǎn)和煤礦企業(yè)科學(xué)研究的重要課題。我國開采沉陷的系統(tǒng)研究始于上世紀(jì)60年代，劉寶琛院士、劉天泉院士、張玉卓院士、錢鳴高院士等在開采沉陷研究領(lǐng)域均取得了重要成果。在開采沉陷預(yù)計(jì)方面，先后發(fā)展和完善了典型曲線法、負(fù)指數(shù)函數(shù)法和概率積分法等，基本解決了簡單條件下的地表移動預(yù)計(jì)問題。上世紀(jì)80年代以來，我國開采沉陷理論與實(shí)踐研究取得了重要進(jìn)展，如郝慶旺（1988）發(fā)展了開采沉陷的孔隙擴(kuò)散模型；余學(xué)義（1997）在克諾特理論基礎(chǔ)上推出巖層與地表移動變形的極坐標(biāo)普適模型表達(dá)式；王金莊（2000）、顏榮貴（1995）、李永樹（1997）、戴華陽（2000）、郭增長（2002）、賀躍光（2003）、湯伏全（2005）等都發(fā)展了傳統(tǒng)的概率積分法，使之適用于不同地質(zhì)采礦條件的地表移動預(yù)計(jì)。 在開采沉陷機(jī)理研究方面，近十多年來國內(nèi)外學(xué)者取得了重要進(jìn)展，其主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：將彈塑性理論、斷裂、損傷力學(xué)和巖層控制的最新研究成果，用于覆巖變形與破壞機(jī)理的研究，取得了許多應(yīng)用成果；同時(shí)，分形幾何、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、協(xié)同論、突變論、人工智能等非線性科學(xué)也被引入開采沉陷研究中。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬方法因其周期短、成本低等優(yōu)勢，已經(jīng)成為研究開采沉陷的重要技術(shù)手段。近十年來，我國學(xué)者在開采沉陷的計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬方面也取得了許多研究成果。如謝和平院士等通過應(yīng)用有限差分?jǐn)?shù)值模型快速拉格朗日分析方法（FLAC）進(jìn)行采煤沉陷數(shù)值模擬，王衛(wèi)華等將FLAC模擬技術(shù)和誤差反傳（BP）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，建立了沉陷反分析神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，根據(jù)開采沉陷量測值反演巖體力學(xué)參數(shù)，并建立拉格朗日快速計(jì)算法（FLAC）模型，對地表沉陷進(jìn)行預(yù)測，取得了比較理想的預(yù)測結(jié)果。國內(nèi)外現(xiàn)有的開采沉陷研究成果表明，煤礦開采引起的地表移動特征主要取決于開采工作面上方的覆巖地質(zhì)及開采條件，每個(gè)礦井的地質(zhì)采礦環(huán)境千差萬別，其開采沉陷與地表移動規(guī)律主要通過實(shí)地觀測研究來獲取。幾十年來，許多礦區(qū)建立了完整的地表移動觀測站，對開采引起的地表移動特征進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，獲取了本礦區(qū)開采沉陷的規(guī)律?？梢哉f，現(xiàn)有的開采沉陷理論和“三下”采煤成功經(jīng)驗(yàn)都是基于大量實(shí)測資料分析所建立的。同時(shí)，理論研究和室內(nèi)模擬研究結(jié)果亦有賴于實(shí)測資料來進(jìn)行對比驗(yàn)證。當(dāng)前，地表移動實(shí)地觀測的技術(shù)手段也在不斷進(jìn)步，全站儀測量、GPS技術(shù)、電子水準(zhǔn)測量、三維激光掃描技術(shù)、數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)、雷達(dá)遙感技術(shù)和GIS技術(shù)等，先后應(yīng)用于煤礦區(qū)開采沉陷與地表移動的現(xiàn)場監(jiān)測與數(shù)據(jù)處理工作中，取得了較好的效果。金雞灘煤礦位于陜北榆神府煤田南部，地處毛烏素沙漠邊緣與黃土高原的過渡地帶，地表為厚松散風(fēng)積沙覆蓋，煤層埋藏深度較淺，平均采深246米，開采厚度超過，深厚比小于50倍，首采工作面開采寬度300米，開采長度4548米，按照現(xiàn)有的開采沉陷基本理論推算，工作面開采后，地表移動將達(dá)到超充分開采程度，采動覆巖裂縫帶有可能發(fā)展到地面，將在地表形成大面積的塌陷區(qū)。由于本礦區(qū)的地質(zhì)采礦條件不同于其它煤礦，其開采引起的地表沉陷變形分布特征及各項(xiàng)移動參數(shù)，并不能參照現(xiàn)有的開采沉陷理論和類似礦區(qū)的經(jīng)驗(yàn)來確定，而這些參數(shù)對于今后的礦井保護(hù)煤柱設(shè)計(jì)和安全采煤工作卻有著十分重要的意義。因此，在礦井投產(chǎn)初期迫切需要開展地表移動規(guī)律研究，否則將制約煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)及其長遠(yuǎn)發(fā)展。眾所周知，實(shí)地監(jiān)測是獲取地表移動規(guī)律的主要手段之一，因此，有必要在首采工作面上方建立地表移動觀測站，通過實(shí)地監(jiān)測獲取地表沉陷變形的基本規(guī)律，求取各種移動參數(shù)。同時(shí)，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)擬合來確定礦區(qū)開采沉陷預(yù)計(jì)模型的參數(shù)取值，實(shí)現(xiàn)地表開采沉陷的準(zhǔn)確預(yù)測，通過室內(nèi)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬手段來揭示淺埋煤層開采引起的上覆巖層變形破壞機(jī)理，這將為礦井安全生產(chǎn)提供第一手開采沉陷資料，為大型綜合機(jī)械化放頂煤工作面開采的地面環(huán)保、生態(tài)復(fù)墾、建筑物保護(hù)及安保煤柱設(shè)計(jì)等提供可靠的技術(shù)依據(jù)。項(xiàng)目研究將為金雞灘煤礦豐富集團(tuán)公司在開采沉陷方面的科技成果，有利于促進(jìn)煤炭資源開發(fā)與環(huán)境保護(hù)的協(xié)調(diào)發(fā)展，提升企業(yè)的科學(xué)研究水平，樹立集團(tuán)公司良好的社會形象。項(xiàng)目研究內(nèi)容及方案項(xiàng)目研究內(nèi)容項(xiàng)目研究的主要內(nèi)容為：（1）根據(jù)首采工作面地形、地質(zhì)開采條件，設(shè)置首采工作面地表移動觀測站，并進(jìn)行地表移動觀測；（2）分析工作面開采地表穩(wěn)定后的走向和傾向主斷面上的移動角和邊界角；地表移動觀測站設(shè)計(jì)監(jiān)測的目的和條件（100字以上）首采的101工作面位于一盤區(qū)東南部，地處工業(yè)廣場東北部，204省道西北，相鄰區(qū)域沒有已采工作面。工作面西南方向?yàn)檩o助運(yùn)輸聯(lián)絡(luò)巷；西北方向?yàn)檩o助運(yùn)輸順槽、輸送機(jī)順槽；東北方向?yàn)榍醒?；東南方向?yàn)?#回風(fēng)順槽、2#回風(fēng)順槽。首采面主采2-2及2-2上煤，煤層厚度8.79?12.49m,平均m；分層開采，設(shè)計(jì)上分層采厚?0°。工作面標(biāo)高+991.7?+,平均+,整體西南高，東北低。地面標(biāo)高+1229.8?+,平均+。工作面地表為厚風(fēng)積沙所覆蓋，屬于沙丘地貌，地形略有變化，但起伏程度不大。地面相對位置無地表水系通過，僅在切眼往停采線2900?3200m段地面相對位置局部有小水塘。首采工作面寬度為300米，長度為4548米，采厚，平均開采深度為246米。屬于水平煤層綜放工作面充分開采條件。在首采工作面開采后，預(yù)計(jì)地表將發(fā)生嚴(yán)重的變形破環(huán)，其規(guī)律性則有待于深入研究。觀測站設(shè)計(jì)原則（1）通用原則（2）觀測站布設(shè)的形式（兩條線）（3）觀測線位置和長度的確定（圖，計(jì)算公式）（4）測點(diǎn)數(shù)目及其密度觀測線設(shè)計(jì)圖2走向斷面圖300m圖3傾向斷面圖圖圖2走向斷面圖300m圖3傾向斷面圖圖4觀測站布置圖（詳見觀測站布置圖4。）地表觀測線布設(shè)（1）觀測點(diǎn)實(shí)地標(biāo)定方法（2）測點(diǎn)制作和埋設(shè)方法地表移動觀測站的實(shí)地觀測點(diǎn)位標(biāo)定與測點(diǎn)埋設(shè)（列出5個(gè)點(diǎn)測點(diǎn)設(shè)計(jì)坐標(biāo)）連接測量（畫出礦區(qū)控制點(diǎn)位置及聯(lián)網(wǎng)方案圖）全面觀測（說明測量方法，技術(shù)，儀器，精度，要求等）加密高程測量與地表破壞記錄2.3.5監(jiān)測站觀測程序安排（12次，每次的工作面推進(jìn)距