煤矿条带开采地表沉降研究

杨继刚

摘 要：本文通过分析煤矿多煤层条带开采地表下沉数据，确定采区实际下沉参数。使采区开采方案更趋近于现场实际。为采区全面开采和地表建筑保护提供理论依据。

关键词：条带开采；下沉参数；沉降研究

中图分类号：TD325 文献标识码：A

1.采区概况

采区地表标高+15～+20m，该区域可采煤层从上到下分别有5、8、9、12-1和12-2煤层5个煤层，在本区各煤层的平均厚度相应为1.9m、3.7m、6.0m、2.4m、4.0m。上限标高-500，下限标高-820m，平均煤层倾角10?左右。5煤层上覆地层以各类砂岩为主，覆岩坚硬。

2.开采情况

自2007年9月至2011年9月，5煤层已开采3个工作面，分别为5-1、5-2、5-3。8煤层开采6个工作面，分别为8-1、8-2、8-3、8-4、8-5、8-6。上述5煤、8煤条采工作面采宽都为60m，留设煤柱90m。

3.地表岩移观测站的设计及观测情况

地表岩移观测站应沿煤层走向和倾向分别布置，但由于现场的条件限制，沿工作面上方道路布置观测站，根据现场条件确定两条观测线，即L线和A线，其中L线设点57个，点号分别为L1～L53及R1～R4，A线共设点31个，点号分别为A1～A31，设控制点4个，点号分别R1～R4，总共88个点。控制点之间的点间距为50m，工作测点之间的间距平均为30m。具体观测线位置与测点布置详如图1所示。

4.变形预计方案及参数确定

采用长壁式全部冒落法开采时，预计地表下沉与变形的方法有多种，比如将地下开采简化成一种力学模型，应用有限单元法进行分析计算，即可得到地表的移动和变形。由于这种方法需要大量的岩石物理力学参数，准确地获取这些参数又比较困难，使这种方法的应用受到了一定的限制。而在实践中应用比较广泛的还是剖面函数法和影响函数法。

剖面函数法来源于实际观测数据、预计精度比较高；影响函数法把地下采区看成由无穷多个单元开采组成，每个单元开采都会引起相应地表点的沉陷，对整个采出空间进行积分就是地表沉陷的预计公式。但采用条带部分开采方法时，预计地表移动和变形的方法是目前尚未很好解决的问题，还没有一个公认的能用于部分开采法的预计地表移动和变形的通用算法，因此目前仍采用常规方法进行预计。针对唐山矿铁三区建（构）筑物下条带开采的实际情况，经分析确定采用概率积分法进行地表移动变形预计。

根据兖州矿区（含济宁煤田）大采深工作面和条采工作面开采的观测数据和开滦林西矿的条采经验，在条采工作面采长充分，采宽极不充分条件下，即开采的宽深比小于0.2，且基岩厚度与采宽的比值大于3时，其条采系统的下沉系数一般均小于开采工作面的宽深比，为安全起见，可以用宽深比作为预计条采系统下沉系数的依据，即：

另外条采系统影响范围要比全采大，即主要影响范围角正切tgβ要变小，实际拐点的地表位置要偏向煤柱侧。

水平移动系数：b=0.233；主要影响角正切：tgβ=1.2；拐点偏移距：S=0；开采影响传播角：θ=90°-0.67α；地表标高按+20m。

5.观测结果分析

经过2007年1月～2014年9月20日地表移动观测站观测，A线地表观测点累计下沉为-31㎜～-189㎜之间，L线地表观测点累计下沉为+6㎜～-178㎜之间，地表下沉曲线与预计下沉曲线对比图参照图2。从地面实际调查也未发现建（构）筑物明显开采损坏迹象。

结论

（1）条采方案地表下沉预计与实际观测比较

根据条采设计方案5、8煤层条采结束后，累计最大下沉应为-458mm。由于采区地质情况复杂，井下工作面遇到断层及物探异常区，实际工作面开采比设计短，对实际开采工作面采用上述参数进行预计，最大下沉为-220mm。地表下沉系数取q条=0.0722。根据地表移动观测站实际观测，累计下沉值未超过原条采设计预计最大下沉值，说明条采设计方案是合理的。

（2）与开采充分程度有关

由于条带开采是将被开采煤层分成比较正规的条带形状，采一条，留一条，使留下的条带煤柱支撑上覆岩层的重量，而地表只产生较小的移动和变形。而上覆岩层的重量由条带煤柱和边界煤岩体来承担，地表的下沉量主要是条带煤柱和煤柱上方岩柱的压缩量。由于该区域5煤层开采3个条采工作面，8煤层开采的6个条采工作面由于断层及勘探发现异常使条带工作面局部不可采，因此该区域还未达到条带开采充分采动，所以煤柱上覆岩体的重量并为完全加载到煤柱上方，部分上覆岩体的重量加载到边界煤岩体，条带煤柱和煤柱上方的岩体的压缩量并不大，地表下沉并不明显，但随着开采范围的加大和下覆各煤层的逐渐开采，地表下沉将继续增大。

参考文献

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