煤礦條帶開采地表沉降研究

楊繼剛

摘 要：本文通過分析煤礦多煤層條帶開采地表下沉數據，確定采區實際下沉參數。使采區開采方案更趨近于現場實際。為采區全面開采和地表建筑保護提供理論依據。

關鍵詞：條帶開采；下沉參數；沉降研究

中圖分類號：TD325 文獻標識碼：A

1.采區概況

采區地表標高+15～+20m，該區域可采煤層從上到下分別有5、8、9、12-1和12-2煤層5個煤層，在本區各煤層的平均厚度相應為1.9m、3.7m、6.0m、2.4m、4.0m。上限標高-500，下限標高-820m，平均煤層傾角10?左右。5煤層上覆地層以各類砂巖為主，覆巖堅硬。

2.開采情況

自2007年9月至2011年9月，5煤層已開采3個工作面，分別為5-1、5-2、5-3。8煤層開采6個工作面，分別為8-1、8-2、8-3、8-4、8-5、8-6。上述5煤、8煤條采工作面采寬都為60m，留設煤柱90m。

3.地表巖移觀測站的設計及觀測情況

地表巖移觀測站應沿煤層走向和傾向分別布置，但由于現場的條件限制，沿工作面上方道路布置觀測站，根據現場條件確定兩條觀測線，即L線和A線，其中L線設點57個，點號分別為L1～L53及R1～R4，A線共設點31個，點號分別為A1～A31，設控制點4個，點號分別R1～R4，總共88個點。控制點之間的點間距為50m，工作測點之間的間距平均為30m。具體觀測線位置與測點布置詳如圖1所示。

4.變形預計方案及參數確定

采用長壁式全部冒落法開采時，預計地表下沉與變形的方法有多種，比如將地下開采簡化成一種力學模型，應用有限單元法進行分析計算，即可得到地表的移動和變形。由于這種方法需要大量的巖石物理力學參數，準確地獲取這些參數又比較困難，使這種方法的應用受到了一定的限制。而在實踐中應用比較廣泛的還是剖面函數法和影響函數法。

剖面函數法來源于實際觀測數據、預計精度比較高；影響函數法把地下采區看成由無窮多個單元開采組成，每個單元開采都會引起相應地表點的沉陷，對整個采出空間進行積分就是地表沉陷的預計公式。但采用條帶部分開采方法時，預計地表移動和變形的方法是目前尚未很好解決的問題，還沒有一個公認的能用于部分開采法的預計地表移動和變形的通用算法，因此目前仍采用常規方法進行預計。針對唐山礦鐵三區建（構）筑物下條帶開采的實際情況，經分析確定采用概率積分法進行地表移動變形預計。

根據兗州礦區（含濟寧煤田）大采深工作面和條采工作面開采的觀測數據和開灤林西礦的條采經驗，在條采工作面采長充分，采寬極不充分條件下，即開采的寬深比小于0.2，且基巖厚度與采寬的比值大于3時，其條采系統的下沉系數一般均小于開采工作面的寬深比，為安全起見，可以用寬深比作為預計條采系統下沉系數的依據，即：

另外條采系統影響范圍要比全采大，即主要影響范圍角正切tgβ要變小，實際拐點的地表位置要偏向煤柱側。

水平移動系數：b=0.233；主要影響角正切：tgβ=1.2；拐點偏移距：S=0；開采影響傳播角：θ=90°-0.67α；地表標高按+20m。

5.觀測結果分析

經過2007年1月～2014年9月20日地表移動觀測站觀測，A線地表觀測點累計下沉為-31㎜～-189㎜之間，L線地表觀測點累計下沉為+6㎜～-178㎜之間，地表下沉曲線與預計下沉曲線對比圖參照圖2。從地面實際調查也未發現建（構）筑物明顯開采損壞跡象。

結論

（1）條采方案地表下沉預計與實際觀測比較

根據條采設計方案5、8煤層條采結束后，累計最大下沉應為-458mm。由于采區地質情況復雜，井下工作面遇到斷層及物探異常區，實際工作面開采比設計短，對實際開采工作面采用上述參數進行預計，最大下沉為-220mm。地表下沉系數取q條=0.0722。根據地表移動觀測站實際觀測，累計下沉值未超過原條采設計預計最大下沉值，說明條采設計方案是合理的。

（2）與開采充分程度有關

由于條帶開采是將被開采煤層分成比較正規的條帶形狀，采一條，留一條，使留下的條帶煤柱支撐上覆巖層的重量，而地表只產生較小的移動和變形。而上覆巖層的重量由條帶煤柱和邊界煤巖體來承擔，地表的下沉量主要是條帶煤柱和煤柱上方巖柱的壓縮量。由于該區域5煤層開采3個條采工作面，8煤層開采的6個條采工作面由于斷層及勘探發現異常使條帶工作面局部不可采，因此該區域還未達到條帶開采充分采動，所以煤柱上覆巖體的重量并為完全加載到煤柱上方，部分上覆巖體的重量加載到邊界煤巖體，條帶煤柱和煤柱上方的巖體的壓縮量并不大，地表下沉并不明顯，但隨著開采范圍的加大和下覆各煤層的逐漸開采，地表下沉將繼續增大。

參考文獻

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