特厚煤層綜放開采地表移動規律實測研究

任 耀，李曉輝，姜 敏

（1.河南理工大學能源科學與工程學院， 河南焦作市 454003；2.河南煤炭建設集團有限責任公司，河南鄭州 450000；3.山東科技大學測繪科學與工程學院， 山東青島市 266510）

特厚煤層綜放開采地表移動規律實測研究

任 耀1，李曉輝2，姜 敏3

（1.河南理工大學能源科學與工程學院， 河南焦作市 454003；2.河南煤炭建設集團有限責任公司，河南鄭州 450000；3.山東科技大學測繪科學與工程學院， 山東青島市 266510）

為研究特厚煤層綜放開采條件下地表移動的變形規律，在F6201綜放工作面上方建立了地表移動觀測站，通過對實測資料的分析，獲得了該地質采礦條件下地表移動的規律及有關參數，為指導礦井生產及“三下”采煤提供了可靠依據。

特厚煤層；綜放開采；地表移動；變形規律

不連溝煤礦淺埋特厚放頂煤開采工藝在準格爾煤田是首次嘗試。由于不連溝煤礦開采煤層埋藏較淺、頂板基巖較薄、開采厚度較大，導致地表移動變形幅度較大，下沉較為明顯，不僅破壞了環境，而且存在向井下漏風與潰水的可能，易產生煤層自燃或突水事故。煤炭開采產生的地表移動問題亟需解決，所以，掌握該地質條件下的地表移動規律就顯得尤為重要。

1 礦山概況

F6201工作面東連6煤回風大巷，北靠總進風巷，西部、南部均是未采區，工作面沿底板布置兩順槽，一進一回。該工作面走向長度765.8m，傾斜長度249.6m，回采面積191610m2。工作面地面標高為＋1182.0～＋1269.0m，井下標高為＋871.5～＋926.1m，煤層埋深為336.0～387.5m，平均354.25m。F6201綜放工作面回采煤層為6＃煤層，傾角0°～8°，平均為4°，煤層平均厚度15.24m，機采高度4.0m，放煤高度11.24m，采放比平均約為1∶3。

2 觀測站的設置

由于本次觀測站設計類型為剖面線狀普通地表移動觀測站，設計走向主觀測線1條，長度約為1192.8m。為獲得詳盡的觀測數據，取34個測點，其長度為1200m；傾斜主觀測線3條，長度為716.8 m，且2條傾斜觀測線間隔大于50m，取41個測點，其長度為750m（布點情況可根據地表實際情況可以進行調整）。為更詳盡地觀測地表移動情況，在運輸順槽對應的地表加設1條走向觀測線，布置圖及各測點編號詳見圖1。測量工作均按照《煤礦測量規程》的有關精度要求進行。

3 觀測成果分析

3.1 地表移動變形值分析

圖1 F6201工作面測點布置示意

在工作面回采過程中，分別對走向與傾向觀測線進行了12次高程和平面位置測量，經過對實測數據分析整理，得出反應地表移動變形的特征（以傾向觀測線為例）如圖2～圖6所示。

圖2 F6201工作面傾向觀測線下沉曲線

圖3 F6201工作面傾向觀測線傾斜曲線

圖4 F6201工作面傾向觀測線曲率曲線

圖5 F6201工作面傾向觀測線水平移動曲線

圖6 F6201工作面傾向觀測線水平變形曲線

根據以上曲線圖得出地表移動和變形的各種指標見表1。根據實測的數據計算出了各角量參數，同時計算出了考慮松散層移動角（按45°計算）的基巖移動角和邊界角，即：走向移動角為73°；上山移動角為74°；下山移動角為72°；松散層為45°；最大下沉角為87.2°。

3.2 地表移動預計參數分析

通過對不同地質采礦條件下地表移動下沉系數的分析可以得出，下沉系數與上覆巖層的性質密切相關。由于不連溝煤礦上覆巖層為厚松散層薄基巖，所以將上覆松散層視為一自由荷載分布于基巖表面，從而縮小了巖層的離層及碎脹系數，加大了地表的下沉。分析不連溝煤礦巨厚松散層薄基巖特厚煤層下開采的下沉系數q的函數表達式為：

表1 沿傾向線地表移動和變形特征參數

式中：s為常數；f、Y為系數；h為松散層厚度；H0為平均采深。

經分析，該地質采礦條件下地表移動下沉系數為：q＝0.92 ［1.1＋0.12·h／H0］。

所以，不連溝煤礦F6201綜放開采工作面的下沉系數為1.06。

3.3 地表移動變形預計分析

通過上述所計算的可靠預計參數，對地表移動盆地內任意點進行預計，以便對目前所開采工作面和將要開采的工作面內地表移動變形有一個科學的宏觀把握。經過計算并將預計結果采用MSDFVS預計系統可視化，分別給出地表下沉等值線圖、地表水平移動等值線圖、地表傾斜等值線圖、地表水平變形等值線圖等。不連溝煤礦F6201工作面地表所布置的觀測線所測數據經過分析整理后所反映的地表移動預計變形特征如圖7～圖11所示。

圖7 F6201工作面下沉曲線預計

圖8 F6201工作面水平移動曲線預計

圖9 F6201工作面傾斜曲線預計

圖10 F6201工作面曲率曲線預計

圖11 F6201工作面水平變形曲線預計

4 結 論

（1）研究分析了在厚松散層特厚煤層下進行綜放開采的地表移動變形特征，并通過曲線擬合及插值原理分析求出了綜合移動角、邊界角、基巖移動角及邊界角，最大下沉角、充分采動角等角量參數。其中，走向移動角為73°；上山移動角為74°；下山移動角為72°；而最大下沉角達到87.2°；主要影響角正切為1.84。

（2）該礦的下沉系數q＝1.06，最大下沉量達到2870mm，主要是因為在這種特殊地質開采條件下的綜放開采，工作面推進速度較快，導致覆巖斷裂塊度增大，碎脹系數減小，從而使地表下沉值增大，下沉系數增大。

（3）該礦的水平移動系數為b＝0.336，最大水平移動值為950mm，最大水平變形值為40mm／m。主要是因為一方面松散層隨著基巖的移動而移動；另一方面是由于松散層本身具有的流變與蠕變特性。研究表明，在這種地質條件下進行綜放開采水平移動系數偏大。

［1］何國清，楊 倫，凌賡娣，等.礦山開采沉陷學［M］.徐州：中國礦業大學出版社，1994.

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［6］黃成飛.厚濕陷性黃土層下綜放開采地表移動規律研究［D］.焦作：河南理工大學，2011.

2011－12－19）

任 耀（1986－），男，河南南陽人，在讀碩士研究生，主要從事采礦理論與技術方面的研究，Email：renyao0216＠163.com。