綜放開采寬條帶工作面地表移動觀測研究

陳為磊

（陜西長武亭南煤業有限責任公司，陜西 咸陽713602）

1 礦井概況

亭南煤礦位于陜西彬長礦區向斜軸部位置，地形為典型的黃土殘塬溝壑區域，地表黃土覆蓋層厚度平均約130m左右。地面村莊民房多而分散，同時有高壓線路、公路穿越。一盤區開采4煤為近水平煤層，平均傾角3°～7°，分層厚度9.0～6.8m。地表溝壑縱橫，最大高差達100余米，工作面回采應用寬條帶開采方法，同時進行地表移動觀測，以監測開采影響區地表建筑物的安全。

2 條帶開采工作面參數分析

2.1 開采寬度分析

工作面開采寬度計算公式為：

式中，L——條帶開采的寬度；q——允許地表下沉率，取0.15；k——巖土層的碎脹系數，取0.65；tanβ——主要影響角正切值，取2.0；H——煤層埋深。

經計算，條帶開采工作面開采寬度應控制在91～120m。

2.2 留設條帶寬度分析

①最佳條帶留設寬度。根據一盤區條帶開采區域地質采礦條件，計算出開采影響半徑r=225~275m，由下式計算留設條帶寬度：

計算得出 a=（157-91）~（192-120）=66~72m

②最大條帶開采寬度。在開采寬度一定的條件下，最大條帶開采根據下式：

計算得出a=120～138m

2.3 綜合分析

按照概率密度函數分布規律，開采大采深極不充分條帶工作面的影響范圍，應該考慮到煤層埋藏深度的影響，在山區地表條件下，還應考慮山區地表移動規律及其特殊性。條帶工作面協調開采即采寬與留寬應協調一致，否則就會引起地表變形的疊加，而出現局部破壞的現象，綜合分析亭南煤礦一盤區地質采礦條件，通過相關條帶開采工作面地表移動觀測數據分析，可知109、111、113條帶開采寬度取90～100m，留設煤柱寬度取70～80m是合適的；對于101、103條帶開采工作面，由于地表保護建筑物位于塬面，開采深度相應較大，同時具有山體非對稱重力加載作用，保留煤柱應適當加寬，101、103條帶開采寬度取100～110m，留設煤柱寬度取90～100m是合適的。

3 地表觀測數據分析

3.1 條帶開采參數

101、103工作面寬度為116m，109工作面寬度為100m，111工作面寬度為85m，113工作面寬為90m，101工作面與109工作面之間煤柱寬為90m，109工作面與111工作面之間煤柱為80m，111工作面與113工作面之間煤柱為90m。

3.2 地表移動變形

地表移動觀測結果109、111、113工作面開采區域地表觀測點的最大下沉值為551mm，水平移動值為-68～73mm，水平變形值為-1.8～1.7mm/m；101、103工作面開采區域地表觀測點的最大下沉值為242mm，一般水平變形值在1.5mm/m以內，個別點受坡體滑移影響達到2.2mm/m。整個開采區域地表移動變形值在Ⅰ級變形范圍內。

3.3 地表移動盆地特征

地表移動盆地平緩、下沉值很小。109、111、113開采區地表下沉系數小于0.1，101、103開采區下沉系數小于0.05。地表下沉值較小,下沉盆地十分平緩。

水平移動范圍較大。觀測數據表明，地表下沉盆地的水平移動范圍較下沉范圍要大，說明極不充分條帶開采地表的移動變形受覆巖中堅硬巖層控制，厚堅硬巖層的撓曲變形使得水平移動范圍較下沉范圍要大。

地表移動具有明顯的分段性。由于采深大，在單一極不充分條帶工作面開采時，受關鍵層控制，地表移動值很小，但是在第二、第三個條帶工作面開采后，其地表移動值有明顯的增加，說明多個條帶工作面開采后，條帶開采區域達到了充分采動條件，在大采深覆巖重力的作用下，煤柱發生了較大的壓縮變形，地表沉陷值是多個條帶開采工作面疊加與煤柱壓縮兩種影響的結果。

4 結論

4.1 工作面開采為大采深極不充分寬條帶開采系統，開采后地表移動盆地平緩、下沉值很小，主要影響范圍角正切值較小。109、111、113開采區地表下沉系數小于0.1，101、103開采區下沉系數小于0.05；極不充分寬條帶開采主要影響范圍角正切值tanβ=1.93，較常規條件下地表移動范圍要大，即主要影響范圍角小（β=62.6）；地表沉陷范圍r0=343m，δ0=58.96°。

4.2 多個極不充分條帶工作面開采地表移動值符合疊加原理，并受覆巖中關鍵層控制，地表移動分段性明顯。一個極不充分條帶工作面開采后，受開采煤層覆巖中堅硬關鍵層控制地表移動值很小，但移動范圍與充分采動工作面開采相近；兩個極不充分條帶工作面開采后，地表移動值基本符合疊加原理，地表下沉值相應增大，地表移動盆地很平緩；三個極不充分條帶工作面連續開采后，開采范圍達到充分采動，地表移動值增加幅度較大，說明堅硬關鍵層受大范圍開采影響，其上覆松散層在重力作用下發生了整體協調下沉。

4.3 大采深極不充分采動條件下的寬條帶工作面開采，地表下沉系數很小，地表移動變形一般較小，地表損害一般在Ⅰ級以內，開采后地表建筑物能夠安全使用。但是受覆巖中堅硬關鍵層變形的控制，主要影響角正切值有較大地減小，相應的地表移動范圍變大。

4.4 多個大采深極不充分條帶工作面開采，地表移動變形受采留條帶工作面寬度控制，地表移動變形是多個獨立條帶工作面開采協調作用的結果，如果條帶采留寬不協調，則開采后將導致波浪起伏的地表變形破壞，合適的條帶采留寬度是決定地表移動變形的重要因素之一。

4.5 亭南煤礦的地質采礦條件下，極不充分條帶開采寬度為采深的20～25%，臨界采動寬度為采深的30%左右。極不充分條帶工作面開采，地表變形破壞一般在Ⅰ級范圍內，當條帶工作面開采寬度達到臨界采動尺寸時，盡管地表還是非充分采動，但地表的最大下沉值將達到極不充分采動條件下的地表最大下沉值的數倍。

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