地表岩移观测在店坪煤矿地表采动影响中的应用

雒 方

(霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司，山西 吕梁 033102)

1 概述

店坪煤矿位于鄂尔多斯聚煤盆地东缘的河东煤田中部。区域地层范围为：东经111°30′至黄河东洪水位，北纬37°00′～38°15′，面积4 890km2，出露地层由老至新顺次为：太古界界河口群、吕梁山群，元古界野鸡山群，震旦系，古生界寒武系中、上统，奥陶系下、中统，石炭系中、上统及二叠系下、上统，中生界三叠系下、中统，新生界新近系、第四系地层。

店坪煤矿210工作面地表位于工业广场、王家庄村和店坪村的南面，麻塔村的北面，南岭上村的东面。从西向东依次穿过里沟、闫家沟、柳沟、麻塔梁。最低处位于里沟中，标高为+1 075m，雨季沟内可能有部分积水渗入地表，最高处位于麻塔梁上，标高为+1 223m。地表沟壑纵横，麻塔梁、走马梁顶部有少量耕地，属丘陵梯田，其余为坡地。工作面地面有3条乡村路，3个拦水坝(郝放沟骨干1#坝、2#坝、柳沟坝)，两趟高压线(35kV下钟线、35kV凯川线)。210工作面走向长度为1 432m，倾向长240m，地表第三、四系为红土和黄土层，厚度为23～171m，基岩标高为+1 035～+1 055m，基岩厚度为132～232m，盖山厚度为192～348m，平均倾角8°，煤层厚度在2.7～3.6m，平均3.1m，采用走向长壁垮落采煤法，综合机械化采煤。工作面西与830南翼轨道巷相通，东至5#煤风氧化带附近，南北均为实体煤，上部为3- 302、3- 304采空区，5#煤与3#煤层间距55～71m。

2 移动观测站设计目的与沉降监测技术依据

为保证回采过程中地面建筑物的安全，研究地下开采对村庄的影响及地表移动变形规律和参数，在210工作面设置地表移动观测站，在矿大门口、居民楼、食堂、宿舍楼对面容易发生山体滑坡灾害的山体重点观测区域布设20个观测点进行重点观测，在210工作面回采至300～820m区间段。

2.1 观测目的

(1)重点对矿大门对面山体监测，防治地质灾害发生[1]。

(2)通过岩移观测，得出地表移动数据。

(3)通过对比，得出裂缝产生和地表沉陷的关系及地表沉陷裂缝产生与井下回采的关系[2]。

2.2 观测技术依据

(1)店坪煤矿近井点来源。根据2005年12月山西省第三地质工程勘查院编制的《霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司木瓜、店坪测区控制测量技术工作成果报告》，如表1。

表1 店坪矿近井数据

(2)测量技术依据。根据《煤矿总工程师技术手册》中矿区平面控制测量要求的导线测量方法，及矿区光电测距导线主要技术要求[3]，见表2。

表2 测量技术要求

(3)测量仪器为两台TCR802P莱卡电子全站仪。

3 控制点与监测点的选取

3.1 控制点和监测点来源

根据210工作面地形及观测区域通视情况，控制点的建立依照有关规范要求,在远离沉陷范围的山体附近选择矿井原有近井点DPJ1、DPJ2高山水池控制点Y、W、Z作为起始观测控制点。

3.2 观测点布置

(1)沿210工作面倾向Q1、Q2的两道梁布设两条观测线，共布设10个观测点，见图1。

图1 店坪煤矿5- 210工作面地表区段及监测点布置图

(2)沿210工作面北面山体边缘布设两个观测点(见图1)。

(3)将矿大门口对面山体护坡上的两个观测点列入观测范围(见图1)。

3.3 观测点埋设方法

(1)采用长1m、φ16mm的圆钢，在其露头部位加工十字丝。

(2)在所选定位置将加工好的圆钢插入土层以下0.9m，固定高度分别为0.1m左右，十字丝部位露于地表，并将圆钢周围虚土捣实[4]。

(3)在整个观测期间必须采取有效措施对控制点和观测点严加保护，如有破坏应及时补埋。

4 移动观测的内容

4.1 各区段划分范围

第一区段：沿210 工作面切巷向东延伸300m至工作面回采300m区段(见图1)。

第二区段：矿大门口对面山体布点区域沿东西方向各向外延伸100m区段，即工作面回采300m至820m范围(见图1)。

第三区段：郝放沟骨干坝(2#坝)、柳沟坝区段，即工作面回采820m至回采结束(见图1)。

4.2 各区段采取的观测方法

(1)第一区段与第三区段采用手持GPS卫星定位仪收集坐标位置，对地表裂缝、滑坡位置进行收集。①地测科、地面安全科对地表裂缝及滑坡变化情况、乡村路、35kV凯川线(59#、60#)2座铁塔、35kV下钟线(82#、83#)2组电线杆等设施进行观察，每周不少于3次，并及时填写巡查台账并上图。②重点对第三区段地表郝放沟骨干坝(1#坝、2#坝)、柳沟坝3个水坝进行巡查观察。雨季每天观察水坝水位情况，并将巡查结果记录台账。

(2)第二区段用全站仪对地表布设的观测点进行观测，用GPS对地表裂缝、滑坡位置进行定位收集的方法进行观察。①采用全站仪对地表布设的观测点每周进行一次全面观测，观测坐标及高程[5]。通过数据对比，分析地表变化情况，观测山体变动情况。②采用手持GPS卫星定位仪对地表裂缝、滑坡位置进行收集，每周观察不少于3次[6]。③重点对矿大门口对面山体易滑坡区域进行巡查，记录相关台账并上图。发现问题及时汇报相关部门。

5 地表调查总结

(1)工作面回采55m后，地表出现第一条裂缝F1，与切巷平行位于工作面切巷往东15m处，该裂缝位于麻塔梁山坡上，盖山厚度为228～248m，其中红黄土厚度为93～113m，基岩标高为+1 035～+1 037m，基岩厚度为133～135m。

(2)工作面地表产生裂缝超前工作面推进度最远为F29裂缝，工作面回采498m时，地表产生F29裂缝，超前推进度148m。该裂缝位于柳沟东侧山顶附近，盖山厚度为338～348m，其中红黄土厚度为158～168m，基岩标高为+1 052～+1 053m，基岩厚度为176～180m。

(3)工作面地表裂缝大部分位于山顶及沟谷附近山坡上，裂缝长13～630m，宽0.01～0.9m，落差为0～2.8m，沟谷内裂缝不明显。

F10裂缝最长为630m，宽为0.1～0.5m，落差为0.2～0.9m，该裂缝位于麻塔梁顶部，盖山厚度为305～333m，其中红黄土厚度为139～150m，基岩标高为+1 035～+1 051m，基岩厚度为138～179m。

F65裂缝最宽为0.9m，落差最大为2.8m，长度为264m，该裂缝位于柳沟西侧山坡上，盖山厚度为266～321m，其中红黄土厚度为69～124m，基岩标高为+1 051～+1 052m，基岩厚度为197～206m。

(4)工作面地表受采动影响延伸出工作面正巷往南最远318m，副巷往北最远197m，切巷往东最远53m，停采线往西最远69m。

(5)工作面地表山体共产生50处小滑坡，多数位于郝放沟、柳沟附近山体上，少数位于麻塔梁山顶周围，小滑坡土方量较小，对生产生活影响较小。

(6)因与3#煤工作面回采间隔5年以上，且3#

煤工作面回采产生裂缝已经过填充夯实，地表裂缝受再次采动叠加影响较小。

(7)工作面切巷往外116、152m上方地表分别为35kV下钟线83#电线杆、35kV凯川线60#电线塔，未受到采动影响。

6 社会和经济效益

地质灾害防治技术研究通过自行设计、自行施工，产生经济效益约200万元。

工程如果委外施工布设埋点，设计费节约30万元；仪器设备购置30万元；平均每点节约费用5 000元，本次累计布点20个，合计节约费用为10万元；有效搬迁赔偿节约100万元；其他费用(如观测、人工等)节约30万元，共计200万元。

通过上述研究，达到同行业先进水平，可以提高企业的经济效益，为矿井安全生产提供有力的技术依据，也为后续工作的开展提供了可借鉴经验。

[参考文献]

[1] 何国庆.斜沟煤矿厚煤层综放开采对覆岩移动及地表沉陷规律研究[J].煤矿现代化，2017，(6):47-49.

[2] 焦付斌.厚煤层综放开采地表移动变形规律研究[J].矿山测量，2016，44(5):91-93.

[3] 韦 峰，孟中华.矿山地表塌陷区岩层移动监测监控[J].采矿技术，2015，(1):49-50.

[4] 郑志刚，戴华阳.厚黄土区大采高一次采全高地表移动变形规律[J].金属矿山，2015，(4):229-232.

[5] 左杰海.赵庄矿区地表岩移观测及沉陷规律研究[J].技术与市场，2015，22(6):100-101.

[6] 张红鸟.厚松散层综放开采地表移动规律与数值模拟[J].矿山测量，2015，(3):47-49.