浅埋煤层地表岩移观测分析

赵晓慧

（同煤集团忻州窑矿,山西 大同 037021）

地下采煤活动诱发的开采沉陷可导致一系列的环境问题,甚至引发更大的地质灾害事故,如,建筑物的裂缝与崩塌,铁路钢轨的悬浮,高速公路基的沉陷,水体的流失与矿井的淹没等,都将造成巨大的经济损失,引起极其严重的社会问题［1－2］。同时,随着工农业的发展,建筑物下压煤有增大的趋势,严重制约着矿区的可持续发展。

1 地质概况

81201较薄煤层综采工作面位于矿井二盘区,工作面标高为＋111 2m～＋1 197m,工作面上方及其附近没有建筑物。81201综采工作面煤层平均埋深150m,矿区范围内表土层较厚,平均厚度65m,基岩层平均厚度85m。工作面走向长度1 356m,倾向长度245m,开采面积332 220m2。工作面煤层平均厚度5m,局部地段煤层大于7m,倾角2°～7°,结构比较稳定,总体由东北向西南变薄,走向为北北西,倾向为南西西,属较稳定煤层。

2 岩移观测站设计与布设

为了充分地反映地表移动与变形规律,分别沿矿体走向和倾向主断面布设足够长度的观测线。本次设计采用全站仪、RTK技术等方法开展岩移观测工作［3］。

观测站平面位置设计内容主要包括走向观测线1条和倾向观测线l条,含布设位置、观测线长度和工作点间距［4－5］。沿着81201综采工作面分别设计1条走向观测线和1条倾向观测线,观测线的长度应保证两端超出采动影响范围。如图1（a）。走向观测线长度HF的计算公式,见式（1）。

图1 地表观测线布设原理

式中：H为采深,m；h为表土层厚度,m；L为工作面走向长度,m。

经计算,81201综采工作面地表观测站走向观测线长约750m。

倾斜观测线的工作长度AB的计算公式见式（2）。

式中：L为工作面的倾斜长度,m；β,Δβ为下山移动角及其修正值,（°）；γ,Δγ为上山移动角及其修正值,（°）；H1,H2为分别为采区下边界和上边界的开采深度,m。

经计算,81201综采工作面地表观测站沿倾向观测线长约640m。

3 地表移动变形分布规律

3.1 倾向线方向

81201综采工作面地表所布置的倾向观测线岩移数据,经过分析整理后得到工作面地表移动变形的特征,由于工作面在生产过程中,局部地段采用预留顶煤煤垛来控制顶板,在工作面推进方向上存在采出高度不等的现象,因此,工作面下沉盆地不规则,呈现起伏状变化,倾向线即受到该地点或附近区域顶煤放出不充分的影响,下沉量未能达到该地质综放生产条件下的最大下沉量。但是,因为工作面实际生产存在不同的采放工艺,倾向观测线变形特征仍是该生产条件下普遍存在的一种地表移动变形特征,具有很重要的借鉴意义。工作面倾向观测线地表移动变形特征参数如图2～图4所示。

图2 81201综采工作面倾向下沉曲线

图3 81201综采工作面倾向水平移动曲线

图4 81201综采工作面倾向水平变形曲线

3.2 走向线方向

81201综采工作面地表所布置的走向观测线岩移数据,经过分析整理后得到工作面地表移动变形的特征,由于工作面在生产过程中,局部地段采用预留顶煤煤垛来控制顶板,并且,工作面回撤端靠近主回撤15m段不放顶煤,在工作面推进方向上存在采出高度不等的现象,因此工作面下沉盆地不规则,走向主断面呈现起伏状变化。这是工作面不同的采放工艺生产条件下地表移动变形特征的综合体现,对从整体上研究该生产条件下地表移动变形特征具有很重要的意义。工作面走向线观测线地表移动变形特征参数如图5～图7所示。

图5 81201综采工作面走向下沉曲线

图6 81201综采工作面走向水平移动曲线

图7 81201综采工作面走向水平变形曲线

4 结论

1）从81201综采工作面倾向线的各曲线来看,倾向测线范围内地表的下沉基本稳定,由于开采倾向范围内,工作面的采深和采厚在不同位置有所变化,因此,并未达到充分采动状态。由于工作面不同区域采放工艺不同,采出高度也不同,倾向线即特定采放工艺条件下地表移动变形的典型。

2）从81201综采工作面走向线的各曲线来看,走向测线范围内地表的下沉基本稳定,由于开采范围内,工作面的采深和采厚在不同位置有所变化,因此,实测的下沉曲线起伏不定,但走向线达到充分采动状态。

通过以上数据分析可知,所得的地表岩移数据指标已经大大地超过了建筑物破坏（保护）等级的标准,表明该采矿地质条件下的地表移动变形是相当严重的。

3）工作面下沉系数为0.382,工作面水平移动系数0.185。沿走向主要影响半径为34.44m,与其相对应的主要影响正切为2.48；沿倾向上山和倾向下山主要影响半径分布为25.62m和38.03m,与其对应的主要影响角正切为4.17和2.81。

参考文献：

［1］ 高登云,高登彦.大柳塔煤矿浅埋近距离煤层工作面矿压规律研究［J］.煤炭科学技术,2011（12）：2－5.

［2］ 侯忠杰.厚沙下煤层覆岩破坏机理探讨［J］.陕西煤炭技术,2001（11）：72－74.

［3］ 石平五,侯忠杰.神府浅埋煤层顶板破断运动规律［J］.西安矿业学院学报,1996（3）：204－207.

［4］ 李风仪,梁水董,尹庚.浅埋煤层工作面顶板活动及其控制明［J］.矿山压力与顶板管理,2005（4）：78－83.

［5］ 黄正全.浅埋煤层开采岩移特征与渗水机理分析［J］.西部探矿工程,2006（2）：95.