煤層開采在不同地層引起地表塌陷范圍研究

■郝鴻儒

（中煤集團山西華昱能源有限公司 南陽 坡煤業 山西 朔州036900）

煤層開采在不同地層引起地表塌陷范圍研究

■郝鴻儒

（中煤集團山西華昱能源有限公司 南陽 坡煤業 山西 朔州036900）

目前各大煤礦回采工作引起的地面塌陷范圍預測，一般巖層段按75度、表土層按45度計算，從而規劃地面建筑物的保護煤柱范圍，但通過地面巖移觀測數據發現，在不同地區、不同地層引起的地表塌陷范圍存在較大差異。按傳統意義留設保護煤柱將會有大量煤炭資源不能回收，降低了工作面及礦井回收率，造成煤炭資源浪費，若按地面巖移觀測數據留設保護煤柱既保證了地面建筑物的安全又提高了煤炭資源回收率。

煤層開采巖移地表塌陷資源回收

1 概述

1.1 礦井概況：山西朔州山陰金海洋南陽坡煤礦北部為左云縣上張家墳長春煤礦，東部為山西山陰芍藥花煤業公司,礦井西南部為大同煤礦集團安平煤業公司礦井。井田面積為3.9942km2，井田南北寬1.6km，東西長3.029km。屬中厚煤層，煤層穩定，煤質好，根據各煤層賦存條件，3-1、9-2號煤層采用普通機械化采煤法，3-2、4-2號煤層采用綜采一次采全高采煤法，4-1、6號煤層采用綜采放頂煤采煤法。

1.2 回采工作面概況：4104采面位于礦井西翼，為西翼首采工作面，走向長度為800米；傾向長度210米，開采煤層為4-1#煤層，地表為丘田溝壑，直接頂為砂質泥巖，性脆，厚度為3.5米，上覆煤層有3-2#、3-1#煤層，上覆巖層為粉砂巖、中粒砂巖、細粒砂巖等，本面上覆黃土層薄，僅為1米左右。回風巷標高為1326-1334米、地表標高為1544-1541m，運輸巷標高為1313-1327m、地表標高1531-1527m、平均垂深為210m。從南陽坡到五家溝礦主輸煤1302皮帶棧橋斜穿本工作面。

2 觀測方案及數據整理和分析

2.1 地表觀測點布置說明

由于地表從南陽坡到五家溝礦主輸煤1302皮帶斜穿本工作面，且本工作面為西翼首采工作面，為方便觀測，基準點A選在未開拓區域，確保基準點A數據穩定可靠；其它觀測點沿1302皮帶棧橋布置，共布置觀測點11個，覆蓋整個工作面寬度，可以達到觀測全部數據的要求。

附：地表觀測點布置圖：

2.2 地面數據觀測方案

地面數據觀測為定期觀測，即每4天觀測一次；遇回采工作面初次來壓或周期來壓時，加密觀測一次。

2.3 地表觀測站資料整理

（1）從2016年5月10日起到2016年8月4日止，對此地表觀測站共進行了15次全面觀測，并進行了資料整理分析。在傾斜觀測線上沿1302皮帶布置地面巖移觀測點，原始起算觀測點A點數據位于未開采區域，可以保證起算數據的準確性，因此，以傾向觀測線的觀測數據為依據進行分析。（2）通過作圖，求得該區域巖層移動的相關參數

2.4 地表觀測資料分析

（1）從觀測資料分析，在4104采面回采初期（該采面從5月10日開始回采），傾斜觀測線上P1點高程基本沒有變化，觀測點P2點高程在5月16日-5月27日變化較明顯（推測為回采工作面運輸順槽邊緣，采煤沉降活動劇烈），觀測點P4、P5、P6、P7、P8高程在5月16日—6月13日變化較為明顯，觀測點P9點高程在5月16日期6月6日、6月20日—6月27日變化較為明顯，觀測點P11點高程全程變化都較為明顯。

（2）從觀測數據總體分析P1、P2、P11、P12觀測點位于回采工作面兩順槽對應位置，變化較為明顯，但下沉量不大；P4-P9點位于采空區中間位置，在某一時間段下沉速度快，下沉量大，但某一時間段過后，下沉速度快速降低，推測為整體下沉。

（3）通過各觀測點下沉數據分析，井下回采煤層厚度為3.0米時，在無表土層的情況下對應地面最大下沉量為1.8米。

（4）通過對回采對應地面產生裂隙觀察及地面觀測點數據對比，發現回采工作面對應地表影響范圍為從兩順槽向外最大偏移26米。

3 結論

（1）1、4104采面地表巖移觀測站，從2016年5月10日建站后，到2016年8月4日止，已全面觀測15次，由于走向觀測線屬半盆地觀測線，此次分析只以傾向觀測線的資料為依據。從觀測資料和下沉與變形曲線分析后得出：地表下沉為采面采動滯后35米，當采面初次放頂后，地表很快開始出現裂縫并隨之開始下沉，下沉速度從1.0mm/d-7.8mm/d，最大下沉量很快達到245mm，隨著采面的繼續推進，下沉速度不斷加快、下沉量不斷增加；當采面推進310m（采面推進速度為6m/d）、回采時間達22天時，最大下沉量為1.8m；后來回采時采空區對應地表下沉量減少，說明沉降量有一個趨于穩定的趨勢。

（2）回采工作面一次采全高，采高為3米，由于巖層巖石為復合性結構，沒有出現理論上的“三帶”，而是巖層直接斷裂，塌陷到地表，地表塌陷量達到采高的一半以上。

（3）由于區域地層結構不同，本次觀測的最大影響范圍為26米，煤層埋深為210米，計算的巖層塌陷角為82度57分，比傳統意義上的塌陷角小。

綜上所述：此次觀測成果，由于受4104采面的采動影響，走向觀測線又屬半盆地觀測線，而傾斜觀測線屬全盆地觀測線，觀測的資料是可靠的、實用的，可以為本地區地面建筑物留設保護煤柱提供有力數據支持，對煤礦生產、資源回收有重大意義。

[1]何國清.礦山開采沉陷學 [M].徐州：中國礦業大學出版社.1994.

[2]北京開采所編著援煤礦地表移動與覆巖破壞規律及其應用.北京:煤炭出版社援1981援

F407.1[文獻碼]B

1000-405X（2016）-12-74-1