基于许厂煤矿厚松散层下开采地表沉陷规律研究与应用

郭振忠　周业亭　孙少磊

摘要：厚松散层条件下开采引起的地表沉陷规律具有明显的自身特点。厚松散层条件采煤引起地表移动可视为基岩和松散层双层介质的叠加，根据单元开采影响和叠加原理进行分析。针对许厂煤矿矿区内赋存厚松散层的地质条件，以地表移动实测资料为基础，用数学方法分析研究出地表沉陷的特征及岩移参数和规律，找出厚松散层条件下开采沉陷与控制的关系。

关键词：开采沉陷；厚松散层；岩移参数；变形控制

中图分类号：TD821文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）22-0128-02矿山开采破坏了岩体内部原有的力学平衡状态，引起地表下沉和变形，影响到位于开采影响范围内的建筑物、河流、铁路、管道及农田，尤其是在厚松散层条件下，开展厚松散层下开采地表沉陷规律研究，掌握开采对地表的影响规律，为采区设计和“三下”采煤综合治理提供可靠的技术依据，指导设计的准确性和科学性。

1矿区地质条件概述

许厂煤矿位于山东省济宁市的东北部，属山东

省济宁市高新区所辖。地理坐标为东经116°36′

00″～116°43′00″，北纬35°24′00″～35°

31′00″。矿区所在地区为冲积、湖积平原，地形平坦，地势东北高、西南低。第四系松散层厚127.00～282.74m，平均197.44m，主要由粘土、砂质粘土、粘土质砂、砂及砂砾层组成，属河、湖相沉积。

矿区含煤地层主要为下二叠统山西组，厚59.90～114.70m，局部有剥蚀现象，平均78.57m，主要由浅灰、灰白及灰绿色砂岩，深灰、灰黑色粉砂岩、粘土岩及煤层组成。

2地表移动观测研究

矿区自投产以来，一直在做地表岩移观测，设立了多个观测站。据矿井生产接续安排，选择了有代表性的1315面、4302面、4305面和4307面的4个地面岩移观测数据进行了分析研究。

4个观测站共设置10条观测线，按照地表移动变形观测站布设要求，分别沿走向和倾向观测线布设测点，走向观测线长度为720～880m，倾向观测线长度560～700m，共设置观测点220多个。

矿区地表移动的水准测量仪器采用Nikon的AE-7自动安平水准仪，在工作面采动前、采动中、采动后，先后进行接连测量、全面观测、巡视测量、加密水准测量、衰退期测量、最终全面观测，同时收集工作面采高、煤层赋层状况、推进速度、地质构造等资料，获取地表移动变形第一手实测资料。

统一对地表岩移观测参数进行了计算、分析、整理，求得地表岩移观测参数见表1：

3厚松散层条件下开采地表移动特征

实测资料分析结果表明，在煤层开采15天左右开始观测到地表下沉。在厚松散层下，地下采煤开始以后，首先在基岩内产生移动和破坏，形成离层以后，松散层在慢慢变形，向地表传播。由于基岩和松散层结构不同，软硬程度不一样，因此可以把它们看做不同的介质，分别建立模型。通过建模，分析了厚松散层的变形特征以及与开采充分度、采厚、松散层厚度变化的相关关系。

厚松散层下开采后的地表移动与变形符合概率积分法的分布形态，但具有自己的特征，通过地表观测站的观测数据得出的结果和建模讨论采深和松散层厚度对开采沉陷地表变形的影响，表明：

（1）在采深和采厚比一定且较大时，松散层厚度越大，地表的下沉量会增加；在采厚、松散层厚度一定的条件下，随着采深的增大，地表的移动和变形逐渐减小，地表变形影响的范围却有所增大。

（2）地表下沉盆地纵向发育程度与基岩的采动程度及松散层的厚度有关，采动过程中松散层呈整体移动，松散层内部不出现离层裂缝，因此松散层厚的情况下，地表下沉系数和水平移动系数偏大，移动角偏小。

（3）采动程度是决定盆地纵向发育程度的关键因素，通过实测资料和分析结果说明，在厚松散层条件下采煤，采动计算时应用基岩厚度替换开采深度更为合理，然后再考虑松散层的二次影响。

（4）厚松散层条件下，一次采高大，松散层变形量大，由于松散层较软，盆地收敛会较慢，影响持续的时间会相对变长，移动范围会变大。

（5）地表移动大的变形相对集中，可能出现台式裂痕。在达到最大充分采动以后，地面开始达到最大下沉，这时采空区上部与煤柱正上方的下沉值会达到接近相等为止，然后地表下沉值基本保持稳定，下沉减缓。一般初始期和活跃期占总移动时间的40%多，下沉量却占90%以上。

4厚松散层下条件下开采沉陷控制应用

针对不同地表条件，在认真分析、比较的前提下，合理选用适合本区域的开采方式，从而达到控制地表沉陷的方法。目前许厂矿控制和减少地表沉陷的主要途径有充填开采法、条带开采法和注浆膏体充填开采法等。

（1）充填开采法是采用充填物充填串采后形成的巷道采空区，主要是充填矸石等。工艺相对复杂，成本较高，由于充填矸石密度松软，充填接顶性差。许厂煤矿130南翼采区由于地表有相对集中的村庄等，采用的多为充填开采法。

（2）条带开采是缩小面宽，预留较大保护煤柱，这样开采后形成不充分采动，利用预留矩形煤柱支撑基岩控制地表的沉陷，减少对地表影响。由于预留大量的保护煤柱，使煤炭永久损失率高，资源浪费多。许厂煤矿530采区由于地表有稀疏建筑物及国道，为控制下沉量，采用的为条带开采法。

（3）注浆膏体充填法是近几年来提出的一种新的地表沉陷控制开采方法，其实质是在开采过程中，刚形成采空区还未等基岩破坏时对采空区进行注浆膏体，等其凝固以后再继续开采煤层，这样反复循环的过程。此法开采工艺复杂、难度较大、成本较高。根据地表建筑物存有的情况，许厂煤矿正在研究方案，对一些采区进行注浆膏体充填试验。

5结语

对厚松散层地质条件下采煤引起的地表沉陷规律进行研究，可以更好地指导煤矿生产。文章基于许厂煤矿地表沉陷观测数据分析的结果，对矿区厚松散层下采煤沉陷规律进行了总结，并应用于生产实践中，根据不同需要选择不用的开采方式，以控制地表变形情况。

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