特厚煤层综放开采地表移动规律实测研究

任 耀，李晓辉，姜 敏

（1.河南理工大学能源科学与工程学院， 河南焦作市 454003；2.河南煤炭建设集团有限责任公司，河南郑州 450000；3.山东科技大学测绘科学与工程学院， 山东青岛市 266510）

特厚煤层综放开采地表移动规律实测研究

任 耀1，李晓辉2，姜 敏3

（1.河南理工大学能源科学与工程学院， 河南焦作市 454003；2.河南煤炭建设集团有限责任公司，河南郑州 450000；3.山东科技大学测绘科学与工程学院， 山东青岛市 266510）

为研究特厚煤层综放开采条件下地表移动的变形规律，在F6201综放工作面上方建立了地表移动观测站，通过对实测资料的分析，获得了该地质采矿条件下地表移动的规律及有关参数，为指导矿井生产及“三下”采煤提供了可靠依据。

特厚煤层；综放开采；地表移动；变形规律

不连沟煤矿浅埋特厚放顶煤开采工艺在准格尔煤田是首次尝试。由于不连沟煤矿开采煤层埋藏较浅、顶板基岩较薄、开采厚度较大，导致地表移动变形幅度较大，下沉较为明显，不仅破坏了环境，而且存在向井下漏风与溃水的可能，易产生煤层自燃或突水事故。煤炭开采产生的地表移动问题亟需解决，所以，掌握该地质条件下的地表移动规律就显得尤为重要。

1 矿山概况

F6201工作面东连6煤回风大巷，北靠总进风巷，西部、南部均是未采区，工作面沿底板布置两顺槽，一进一回。该工作面走向长度765.8m，倾斜长度249.6m，回采面积191610m2。工作面地面标高为＋1182.0～＋1269.0m，井下标高为＋871.5～＋926.1m，煤层埋深为336.0～387.5m，平均354.25m。F6201综放工作面回采煤层为6＃煤层，倾角0°～8°，平均为4°，煤层平均厚度15.24m，机采高度4.0m，放煤高度11.24m，采放比平均约为1∶3。

2 观测站的设置

由于本次观测站设计类型为剖面线状普通地表移动观测站，设计走向主观测线1条，长度约为1192.8m。为获得详尽的观测数据，取34个测点，其长度为1200m；倾斜主观测线3条，长度为716.8 m，且2条倾斜观测线间隔大于50m，取41个测点，其长度为750m（布点情况可根据地表实际情况可以进行调整）。为更详尽地观测地表移动情况，在运输顺槽对应的地表加设1条走向观测线，布置图及各测点编号详见图1。测量工作均按照《煤矿测量规程》的有关精度要求进行。

3 观测成果分析

3.1 地表移动变形值分析

图1 F6201工作面测点布置示意

在工作面回采过程中，分别对走向与倾向观测线进行了12次高程和平面位置测量，经过对实测数据分析整理，得出反应地表移动变形的特征（以倾向观测线为例）如图2～图6所示。

图2 F6201工作面倾向观测线下沉曲线

图3 F6201工作面倾向观测线倾斜曲线

图4 F6201工作面倾向观测线曲率曲线

图5 F6201工作面倾向观测线水平移动曲线

图6 F6201工作面倾向观测线水平变形曲线

根据以上曲线图得出地表移动和变形的各种指标见表1。根据实测的数据计算出了各角量参数，同时计算出了考虑松散层移动角（按45°计算）的基岩移动角和边界角，即：走向移动角为73°；上山移动角为74°；下山移动角为72°；松散层为45°；最大下沉角为87.2°。

3.2 地表移动预计参数分析

通过对不同地质采矿条件下地表移动下沉系数的分析可以得出，下沉系数与上覆岩层的性质密切相关。由于不连沟煤矿上覆岩层为厚松散层薄基岩，所以将上覆松散层视为一自由荷载分布于基岩表面，从而缩小了岩层的离层及碎胀系数，加大了地表的下沉。分析不连沟煤矿巨厚松散层薄基岩特厚煤层下开采的下沉系数q的函数表达式为：

表1 沿倾向线地表移动和变形特征参数

式中：s为常数；f、Y为系数；h为松散层厚度；H0为平均采深。

经分析，该地质采矿条件下地表移动下沉系数为：q＝0.92 ［1.1＋0.12·h／H0］。

所以，不连沟煤矿F6201综放开采工作面的下沉系数为1.06。

3.3 地表移动变形预计分析

通过上述所计算的可靠预计参数，对地表移动盆地内任意点进行预计，以便对目前所开采工作面和将要开采的工作面内地表移动变形有一个科学的宏观把握。经过计算并将预计结果采用MSDFVS预计系统可视化，分别给出地表下沉等值线图、地表水平移动等值线图、地表倾斜等值线图、地表水平变形等值线图等。不连沟煤矿F6201工作面地表所布置的观测线所测数据经过分析整理后所反映的地表移动预计变形特征如图7～图11所示。

图7 F6201工作面下沉曲线预计

图8 F6201工作面水平移动曲线预计

图9 F6201工作面倾斜曲线预计

图10 F6201工作面曲率曲线预计

图11 F6201工作面水平变形曲线预计

4 结 论

（1）研究分析了在厚松散层特厚煤层下进行综放开采的地表移动变形特征，并通过曲线拟合及插值原理分析求出了综合移动角、边界角、基岩移动角及边界角，最大下沉角、充分采动角等角量参数。其中，走向移动角为73°；上山移动角为74°；下山移动角为72°；而最大下沉角达到87.2°；主要影响角正切为1.84。

（2）该矿的下沉系数q＝1.06，最大下沉量达到2870mm，主要是因为在这种特殊地质开采条件下的综放开采，工作面推进速度较快，导致覆岩断裂块度增大，碎胀系数减小，从而使地表下沉值增大，下沉系数增大。

（3）该矿的水平移动系数为b＝0.336，最大水平移动值为950mm，最大水平变形值为40mm／m。主要是因为一方面松散层随着基岩的移动而移动；另一方面是由于松散层本身具有的流变与蠕变特性。研究表明，在这种地质条件下进行综放开采水平移动系数偏大。

［1］何国清，杨 伦，凌赓娣，等.矿山开采沉陷学［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1994.

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［6］黄成飞.厚湿陷性黄土层下综放开采地表移动规律研究［D］.焦作：河南理工大学，2011.

2011－12－19）

任 耀（1986－），男，河南南阳人，在读硕士研究生，主要从事采矿理论与技术方面的研究，Email：renyao0216＠163.com。