采动影响下厚黄土层沉陷规律研究

刘义新 廉玉广 李少刚

(1.煤炭科学技术研究院有限公司，北京 100013；2.煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室，北京 100013；3.北京市煤矿安全工程技术研究中心，北京 100013)

采动影响下厚黄土层沉陷规律研究

刘义新1,2,3廉玉广1,2,3李少刚1,2,3

(1.煤炭科学技术研究院有限公司，北京 100013；2.煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室，北京 100013；3.北京市煤矿安全工程技术研究中心，北京 100013)

采动影响下厚黄土层沉陷规律研究对指导矿区进行“三下”压煤开采设计和完善开采沉陷预计理论等工作具有重要意义。为得到采动影响下厚黄土层沉陷规律，以阳湾沟煤矿6204工作面采动影响下上覆厚黄土层为研究对象，采用钻孔电视探测和多点位移传感器实时监测等方法，探测黄土层内裂隙分布情况以及黄土层内部采动沉陷规律。结果表明：厚黄土层完整性好，内部无明显裂隙；厚黄土层近于整体下沉，且其下沉值近似等于地表下沉值，黄土层与地表同步运动。

开采沉陷规律 厚黄土层 采动裂隙

黄土层作为上覆岩层的一种介质，在我国煤矿区分布广泛，主要集中于陕西、山西等矿区。黄土层结构疏松，具有一定的黏聚力和抗剪强度，但强度远低于岩层，其特性与基岩层明显不同。已有的开采实践和理论研究表明[1-4]，采动影响下黄土覆盖矿区开采沉陷特性与一般开采条件下不同，具体为：厚黄土地区地表下沉系数偏大，地表湿陷性黄土层的移动角偏大，黄土层地表裂缝特别发育等。目前，对于黄土层自身内部的采动影响沉陷问题研究尚不多见[5]。为了研究采动影响下黄土层内部裂隙分布和内部沉陷规律，本研究以阳湾沟煤矿6204工作面上覆受采动影响的厚黄土层为研究对象，采用钻孔电视探测和多点位移传感器实时监测等手段进行研究，以期揭示采动影响下黄土层自身沉陷特征，对指导矿区进行“三下”压煤开采设计和完善开采沉陷预计理论等工作具有重要意义。

1 工作面地质采矿条件

内蒙古伊泰煤炭股份有限公司阳湾沟煤矿地处内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗境内，行政区划隶属准格尔旗窑沟乡管辖。6204工作面位于该井田南部，形状呈阶梯状，A段长86.4 m，B段长126.5 m；A段走向长度106 m，B段走向长181 m，累计走向长287 m。开采石炭系上统太原组6#煤层，煤层厚度9～11 m，平均10 m，倾角3°～5°，煤层结构简单。采深161～202 m，平均采深182 m。工作面采用长壁综合机械化放顶煤开采，全部垮落法管理顶板，目前工作面已开采结束。上覆岩层主要由粗砂岩、细砂岩、泥岩及第四系黄土层等组成，马兰组黄土层厚度约65 m，黄土层厚度及其在煤层埋深中所占比例达到36%。地质构造和水文地质条件简单。

2 黄土层内部裂隙探测和沉陷观测站概况

为得到采动影响下黄土层内部裂隙分布和沉陷情况，在6204工作面中部和边缘上方地表施工5个钻孔进行观测，钻孔编号分别为ZK01、ZK02、……、ZK05，ZK01为黄土层内部沉陷监测孔，ZK02～ZK05为黄土层裂隙发育规律探测孔，各钻孔平面位置见图1。其中，ZK01通过布设多点位移传感器建立黄土层内部移动观测站，该传感器能自动采集各测点在工作面开采过程中下沉数据，最小观测时间间隔为15 min，观测精度约为0.3 mm。ZK01孔深194 m，黄土层厚度65 m。该多点位移传感器在不同深度安设6个测点，自下而上编号分别为1号测点、2号测点、……、6号测点，其中，1～3号测点在基岩内布设，4～6号测点在黄土层中布设，布设在黄土层中的位置分别距离地表为27、46和62 m，6号测点接近黄土与基岩交界面。ZK02～ZK05采用钻孔电视探测方法进行采前和采后裂隙发育规律探测，图像分辨率0.1 mm。ZK02和ZK03为采前探测孔，主要是观测工作面开采前黄土层的原生裂隙发育情况。ZK04和ZK05为采后探测孔，主要是观测采后黄土层的裂隙发育情况。

图1 黄土采动裂隙探测和沉陷监测钻孔平面位置

3 黄土层裂隙探测结果与分析

图2为6204工作面采前ZK02、ZK03通过钻孔电视探测获得的黄土层内不同深度的柱状图。图2(a)、图2(b)分别为ZK02在11.96～12.76 m和23.36～24.16 m深度内黄土层柱状图像，图2(c)ZK03在52.8～53.6 m深度内黄土层柱状图像。从图2可见，钻孔电视探测得到的采前2钻孔内黄土层孔壁完整，没有发现任何原生裂隙。

图2 采前ZK02、ZK03黄土段钻孔电视柱状图

图3为工作面采后ZK04、ZK05通过钻孔电视观测获得的不同黄土深度的柱状图图像。其中图3(a)和图3(b)分别为ZK04深度19.0～19.8 m和41.8～42.6 m柱状图图像，图3(c)和图3(d)分别为ZK05深度11.52～12.32 m和52.0～52.8 m柱状图图像。从图3可见，采后2钻孔内孔壁均完整，局部附有泥浆，黄土层内没有发现明显裂隙。

4 黄土层内部沉陷观测结果与分析

多点位移计监测得到的6204工作面整个开采过程中上覆黄土层各测点相对下沉值见表1。根据ZK01孔口标高的观测值即可得到各测点的绝对下沉值，见表2。

从表1、表2可见：6204工作面开采过程中黄土层内4～6号测点下沉较均匀，近于整体下沉，且其下沉值近似等于地表下沉值，黄土层与地表处于同步运动。

5 结 论

(1)采用钻孔电视探测出采动影响下厚黄土层内部完整性好，无明显裂隙。

(2)采用多点位移计监测得出采动影响下厚黄土层近于整体下沉，且其下沉值近似等于地表下沉值，黄土与地表同步运动。

图3 采后ZK04、ZK05黄土段钻孔电视柱状图

表1 多点位移计各测点相对下沉值

表2 多点位移计各测点及钻孔ZK02绝对下沉值

[1] 余学义，李帮邦.西部巨厚湿陷性黄土层开采损害程度分析[J].中国矿业大学学报，2008，37(1)： 43-47. Yu Xueyi，Li Bangbang.Analysis of mining damage in huge thick collapsible loess of Western China[J].Journal of China University of Mining & Technology，2008，37(1)：43-47.

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[3] 吴教锟.巨厚湿陷性黄土覆盖层下条带开采参数研究[D].西安：西安科技大学，2005. Wu Jiaokun.Research on Parameter of Trip Mining under the Thickness Collapsible Loss[D].Xi'an：Xi'an University of Science and Technology,2005.

[4] 余学义，吴教锟.中国西部湿陷性黄土层采动损害控制与生态环境重建[C]∥中国西部环境问题与可持续发展国际学术研讨会论文集.北京:中国环境科学出版社，2004:363-366. Yu Xueyi，Wu Jiaokun.Control of mining damage and reconstruction of ecological environment in collapsible loess of Western China[C]∥International Conference Proceedings about Environmental Problems and Sustainable Development in Western China.Beijing：China Environmental Science Press，2004:363-366.

[5] 汤伏全，原 涛，汪桂生.渭北矿区厚黄土层采动变形数值模拟研究[J].西安科技大学学报，2011，31(1)：53-58. Tang Fuquan，Yuan Tao，Wang Guisheng.Mining deformation numerical simulation of thick loess layer in Weibei mining area[J].Journal of Xi'an University of Science and Technology，2011，31(1)：53-58.

(责任编辑 石海林)

Research of Mining Induced Subsidence Law of Thick Loess layer

Liu Yixin1,2,3Lian Yuguang1,2,3Li Shaogang1,2,3

(1.ChinaCoalResearchInstitute，Beijing100013，China；2.StateKeyLabofCoalMiningandCleanUtilization，Beijing100013，China；3.BeijingMineSafetyEngineeringTechnologyResearchCenter，Beijing100013，China)

It is important for coal pillar mining under buildings，railways and water-bodies and perfecting coal mining subsidence prediction theory to study mining-induced subsidence law of thick loess layer.Based on 6204 working face of Yangwangou Coal Mine，borehole TV detection equipment and real-time monitoring equipment for measure points subsidence value were used respectively，to detect inner mining induced fracture and reveal subsidence law of thick loess layer.It shows that thick loess layer has good integrity，and has no inner mining-induced fracture.Furthermore，it is obtained that thick loess subsidence as a whole，whose subsidence value approximately equal to surface subsidence value，and keeps in step with the surface.

Mining subsidence law，Thick loess layer，Mining-induced fracture

2015-03-20

国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(编号：2012CB724208)，国家自然科学基金项目(编号：51404139)。

刘义新(1980—)，男，副研究员，博士。

TD325

A

1001-1250(2015)-04-012-03