采動影響下厚黃土層沉陷規律研究

劉義新 廉玉廣 李少剛

(1.煤炭科學技術研究院有限公司，北京 100013；2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室，北京 100013；3.北京市煤礦安全工程技術研究中心，北京 100013)

采動影響下厚黃土層沉陷規律研究

劉義新1,2,3廉玉廣1,2,3李少剛1,2,3

(1.煤炭科學技術研究院有限公司，北京 100013；2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室，北京 100013；3.北京市煤礦安全工程技術研究中心，北京 100013)

采動影響下厚黃土層沉陷規律研究對指導礦區進行“三下”壓煤開采設計和完善開采沉陷預計理論等工作具有重要意義。為得到采動影響下厚黃土層沉陷規律，以陽灣溝煤礦6204工作面采動影響下上覆厚黃土層為研究對象，采用鉆孔電視探測和多點位移傳感器實時監測等方法，探測黃土層內裂隙分布情況以及黃土層內部采動沉陷規律。結果表明：厚黃土層完整性好，內部無明顯裂隙；厚黃土層近于整體下沉，且其下沉值近似等于地表下沉值，黃土層與地表同步運動。

開采沉陷規律 厚黃土層 采動裂隙

黃土層作為上覆巖層的一種介質，在我國煤礦區分布廣泛，主要集中于陜西、山西等礦區。黃土層結構疏松，具有一定的黏聚力和抗剪強度，但強度遠低于巖層，其特性與基巖層明顯不同。已有的開采實踐和理論研究表明[1-4]，采動影響下黃土覆蓋礦區開采沉陷特性與一般開采條件下不同，具體為：厚黃土地區地表下沉系數偏大，地表濕陷性黃土層的移動角偏大，黃土層地表裂縫特別發育等。目前，對于黃土層自身內部的采動影響沉陷問題研究尚不多見[5]。為了研究采動影響下黃土層內部裂隙分布和內部沉陷規律，本研究以陽灣溝煤礦6204工作面上覆受采動影響的厚黃土層為研究對象，采用鉆孔電視探測和多點位移傳感器實時監測等手段進行研究，以期揭示采動影響下黃土層自身沉陷特征，對指導礦區進行“三下”壓煤開采設計和完善開采沉陷預計理論等工作具有重要意義。

1 工作面地質采礦條件

內蒙古伊泰煤炭股份有限公司陽灣溝煤礦地處內蒙古自治區鄂爾多斯市準格爾旗境內，行政區劃隸屬準格爾旗窯溝鄉管轄。6204工作面位于該井田南部，形狀呈階梯狀，A段長86.4 m，B段長126.5 m；A段走向長度106 m，B段走向長181 m，累計走向長287 m。開采石炭系上統太原組6#煤層，煤層厚度9～11 m，平均10 m，傾角3°～5°，煤層結構簡單。采深161～202 m，平均采深182 m。工作面采用長壁綜合機械化放頂煤開采，全部垮落法管理頂板，目前工作面已開采結束。上覆巖層主要由粗砂巖、細砂巖、泥巖及第四系黃土層等組成，馬蘭組黃土層厚度約65 m，黃土層厚度及其在煤層埋深中所占比例達到36%。地質構造和水文地質條件簡單。

2 黃土層內部裂隙探測和沉陷觀測站概況

為得到采動影響下黃土層內部裂隙分布和沉陷情況，在6204工作面中部和邊緣上方地表施工5個鉆孔進行觀測，鉆孔編號分別為ZK01、ZK02、……、ZK05，ZK01為黃土層內部沉陷監測孔，ZK02～ZK05為黃土層裂隙發育規律探測孔，各鉆孔平面位置見圖1。其中，ZK01通過布設多點位移傳感器建立黃土層內部移動觀測站，該傳感器能自動采集各測點在工作面開采過程中下沉數據，最小觀測時間間隔為15 min，觀測精度約為0.3 mm。ZK01孔深194 m，黃土層厚度65 m。該多點位移傳感器在不同深度安設6個測點，自下而上編號分別為1號測點、2號測點、……、6號測點，其中，1～3號測點在基巖內布設，4～6號測點在黃土層中布設，布設在黃土層中的位置分別距離地表為27、46和62 m，6號測點接近黃土與基巖交界面。ZK02～ZK05采用鉆孔電視探測方法進行采前和采后裂隙發育規律探測，圖像分辨率0.1 mm。ZK02和ZK03為采前探測孔，主要是觀測工作面開采前黃土層的原生裂隙發育情況。ZK04和ZK05為采后探測孔，主要是觀測采后黃土層的裂隙發育情況。

圖1 黃土采動裂隙探測和沉陷監測鉆孔平面位置

3 黃土層裂隙探測結果與分析

圖2為6204工作面采前ZK02、ZK03通過鉆孔電視探測獲得的黃土層內不同深度的柱狀圖。圖2(a)、圖2(b)分別為ZK02在11.96～12.76 m和23.36～24.16 m深度內黃土層柱狀圖像，圖2(c)ZK03在52.8～53.6 m深度內黃土層柱狀圖像。從圖2可見，鉆孔電視探測得到的采前2鉆孔內黃土層孔壁完整，沒有發現任何原生裂隙。

圖2 采前ZK02、ZK03黃土段鉆孔電視柱狀圖

圖3為工作面采后ZK04、ZK05通過鉆孔電視觀測獲得的不同黃土深度的柱狀圖圖像。其中圖3(a)和圖3(b)分別為ZK04深度19.0～19.8 m和41.8～42.6 m柱狀圖圖像，圖3(c)和圖3(d)分別為ZK05深度11.52～12.32 m和52.0～52.8 m柱狀圖圖像。從圖3可見，采后2鉆孔內孔壁均完整，局部附有泥漿，黃土層內沒有發現明顯裂隙。

4 黃土層內部沉陷觀測結果與分析

多點位移計監測得到的6204工作面整個開采過程中上覆黃土層各測點相對下沉值見表1。根據ZK01孔口標高的觀測值即可得到各測點的絕對下沉值，見表2。

從表1、表2可見：6204工作面開采過程中黃土層內4～6號測點下沉較均勻，近于整體下沉，且其下沉值近似等于地表下沉值，黃土層與地表處于同步運動。

5 結 論

(1)采用鉆孔電視探測出采動影響下厚黃土層內部完整性好，無明顯裂隙。

(2)采用多點位移計監測得出采動影響下厚黃土層近于整體下沉，且其下沉值近似等于地表下沉值，黃土與地表同步運動。

圖3 采后ZK04、ZK05黃土段鉆孔電視柱狀圖

表1 多點位移計各測點相對下沉值

表2 多點位移計各測點及鉆孔ZK02絕對下沉值

[1] 余學義，李幫邦.西部巨厚濕陷性黃土層開采損害程度分析[J].中國礦業大學學報，2008，37(1)： 43-47. Yu Xueyi，Li Bangbang.Analysis of mining damage in huge thick collapsible loess of Western China[J].Journal of China University of Mining & Technology，2008，37(1)：43-47.

[2] 王貴榮.厚黃土薄基巖地區開采沉陷規律探討[J].西安科技大學學報，2006，26(4)：443-445. Wang Guirong.Laws of mining subsidence in thick yellow soil and thin bedrock layer areas[J].Journal of Xi'an University of Science and Technology，2006，26(4)：443-445.

[3] 吳教錕.巨厚濕陷性黃土覆蓋層下條帶開采參數研究[D].西安：西安科技大學，2005. Wu Jiaokun.Research on Parameter of Trip Mining under the Thickness Collapsible Loss[D].Xi'an：Xi'an University of Science and Technology,2005.

[4] 余學義，吳教錕.中國西部濕陷性黃土層采動損害控制與生態環境重建[C]∥中國西部環境問題與可持續發展國際學術研討會論文集.北京:中國環境科學出版社，2004:363-366. Yu Xueyi，Wu Jiaokun.Control of mining damage and reconstruction of ecological environment in collapsible loess of Western China[C]∥International Conference Proceedings about Environmental Problems and Sustainable Development in Western China.Beijing：China Environmental Science Press，2004:363-366.

[5] 湯伏全，原 濤，汪桂生.渭北礦區厚黃土層采動變形數值模擬研究[J].西安科技大學學報，2011，31(1)：53-58. Tang Fuquan，Yuan Tao，Wang Guisheng.Mining deformation numerical simulation of thick loess layer in Weibei mining area[J].Journal of Xi'an University of Science and Technology，2011，31(1)：53-58.

(責任編輯 石海林)

Research of Mining Induced Subsidence Law of Thick Loess layer

Liu Yixin1,2,3Lian Yuguang1,2,3Li Shaogang1,2,3

(1.ChinaCoalResearchInstitute，Beijing100013，China；2.StateKeyLabofCoalMiningandCleanUtilization，Beijing100013，China；3.BeijingMineSafetyEngineeringTechnologyResearchCenter，Beijing100013，China)

It is important for coal pillar mining under buildings，railways and water-bodies and perfecting coal mining subsidence prediction theory to study mining-induced subsidence law of thick loess layer.Based on 6204 working face of Yangwangou Coal Mine，borehole TV detection equipment and real-time monitoring equipment for measure points subsidence value were used respectively，to detect inner mining induced fracture and reveal subsidence law of thick loess layer.It shows that thick loess layer has good integrity，and has no inner mining-induced fracture.Furthermore，it is obtained that thick loess subsidence as a whole，whose subsidence value approximately equal to surface subsidence value，and keeps in step with the surface.

Mining subsidence law，Thick loess layer，Mining-induced fracture

2015-03-20

國家重點基礎研究發展計劃(973計劃)項目(編號：2012CB724208)，國家自然科學基金項目(編號：51404139)。

劉義新(1980—)，男，副研究員，博士。

TD325

A

1001-1250(2015)-04-012-03