赵固一矿11011工作面开采地表移动变形分析

崔佳佳 张文志

（1.河南理工大学 测绘与国土信息工程学院，河南 焦作 454000；2.河南工业和信息化职业学院，河南 焦作 454000）

1 引言

据统计，我国建筑物、铁路和水体下压煤总量约137.9亿吨[1-2]。国民经济的快速发展，需要开采大量煤炭资源，但是煤炭资源的开采会导致岩层和地表的移动与变形，影响和破坏岩体内与地面上的生产、生活设施。为缓解煤炭开采与生产生活间的矛盾，必须对其影响规律进行研究，以便合理开发和利用煤炭资源。赵固一矿11011工作面部分正处于村庄下,煤炭开采会对地面各类建(构)筑物和矿区道路产生影响。

2 矿区概况

赵固一矿位于河南省辉县市冀屯乡境内，地势平坦，交通便利，是一个设计年产240万吨的大型现代化矿井。矿井东南距新乡市39km，西南距焦作市50km，东北距辉县市17km，南距获嘉县20km，其间均有公路相通。在工业广场内建有洗煤厂，有煤炭装 载站与铁路专用线相连。

赵固一矿井田位于新乡、焦作两市交界，煤田划分属焦作煤田，含煤地层总厚度237.53m，含煤21层，煤层总厚11.41m。根据矿井煤层赋存特点和开拓部署，全井田共划分9个盘区，盘区开采顺序本着先近后远的原则，先投产水平上紧靠工业广场煤柱东侧的东一盘区，接替盘区为西二盘区。然后顺序开采西 六盘区、西五盘区、西八盘区和西十盘区。

3 工作面开采沉陷分析

3.1 开采沉陷分析方案

根据矿井生产布局，在东一盘区西部布置11011工作面，工作面上方地势平坦，具体位于工业广场以东与石门河之间，文庄村东南，中南部地面有西北流村，东北流村位于工作面南部以东地面，辉吴公路、辉吴小铁路及多条水沟从工作面南部上方穿过。（如图1所示）11011工作面煤层倾角较小，仅为2°～6°，属缓倾斜煤层，走向长度1300m，倾向长度180m，煤层平均厚度5.82m，采深568.7～581.3m，平均采深575m，松散层厚480m，平均开采速度3.5m/d，采用综合机械化开采[3-4]。

图1 11011工作面井上下位置示意图

3.2 开采沉陷分析参数选取

根据相邻11011工作面回采过程中地表下沉观测数据分析，地表移动预计参数如表1所示。

表1 地表移动预计参数

根据表1中的参数，基于开采沉陷概率积分法基本原理[5]，利用开采沉陷预计软件，对11011工作面开采后的地表移动变形规律进行分析，并绘制工作面的下沉、倾斜、曲率和水平移动、水平变形的等值线图，以分析开采沉陷对地表的村庄建筑物和道路的影响。

3.3 开采沉陷影响分析

根据开采方案的要求，对11011工作面开采后地表移动变形进行了分析（如表2所示），下沉、倾斜、曲率和水平移动、水平变形的等值线图如图2至图6所示。通过分析，下沉最大值为4100mm，倾斜值的变化范围为-26.7～26.9mm/m，曲率的变化范围为-0.44～0.23mm/m2，水平移动的变化范围为-1757～1766mm，水平变形的变化范围为 -29.3～15.0mm/m。

表2 地表移动变形范围值

图2 下沉等值线

图3 倾斜等值线

图4 曲率等值线

矿井为厚冲积层薄基岩条件下开采，煤层开采厚度大，推进速度较快，地表将产生剧烈的沉陷变形。通过表2可知，地表沉陷最大下沉值为4.1m，将近达到采厚的0.8倍，水平移动最大为1.8m，水平变形最大为-30mm/m左右，参数明显偏大，对沉陷范围内村庄A的建（构）筑物有较大影响，对村庄B的西南部分有一定影响，对道路的沉降影响已达4m左右。根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》的有关规定，地面建（构）筑物和设施通过边开采、边观测、边维修的方式，确保村庄和道路的安全使用。

图5 水平移动等值线

图6 水平变形等值线

4 结论

通过研究得出，该矿井松散层厚达到480m，属于特厚松散层薄基岩开采，因其开采后松散层会产生固结影响，所以开采沉陷预计参数偏大，最大下沉值已达4.1m，水平移动最大达到1.8m，水平变形最大达到-30mm/m左右。这些变形值对村庄A的建筑物、构筑物和范围内道路会造成较大影响，对村庄B的西南部分有一定影响，开采时要时刻监测其安全状况。