趙固一礦11011工作面開采地表移動變形分析

崔佳佳 張文志

（1.河南理工大學 測繪與國土信息工程學院，河南 焦作 454000；2.河南工業和信息化職業學院，河南 焦作 454000）

1 引言

據統計，我國建筑物、鐵路和水體下壓煤總量約137.9億噸[1-2]。國民經濟的快速發展，需要開采大量煤炭資源，但是煤炭資源的開采會導致巖層和地表的移動與變形，影響和破壞巖體內與地面上的生產、生活設施。為緩解煤炭開采與生產生活間的矛盾，必須對其影響規律進行研究，以便合理開發和利用煤炭資源。趙固一礦11011工作面部分正處于村莊下,煤炭開采會對地面各類建(構)筑物和礦區道路產生影響。

2 礦區概況

趙固一礦位于河南省輝縣市冀屯鄉境內，地勢平坦，交通便利，是一個設計年產240萬噸的大型現代化礦井。礦井東南距新鄉市39km，西南距焦作市50km，東北距輝縣市17km，南距獲嘉縣20km，其間均有公路相通。在工業廣場內建有洗煤廠，有煤炭裝 載站與鐵路專用線相連。

趙固一礦井田位于新鄉、焦作兩市交界，煤田劃分屬焦作煤田，含煤地層總厚度237.53m，含煤21層，煤層總厚11.41m。根據礦井煤層賦存特點和開拓部署，全井田共劃分9個盤區，盤區開采順序本著先近后遠的原則，先投產水平上緊靠工業廣場煤柱東側的東一盤區，接替盤區為西二盤區。然后順序開采西 六盤區、西五盤區、西八盤區和西十盤區。

3 工作面開采沉陷分析

3.1 開采沉陷分析方案

根據礦井生產布局，在東一盤區西部布置11011工作面，工作面上方地勢平坦，具體位于工業廣場以東與石門河之間，文莊村東南，中南部地面有西北流村，東北流村位于工作面南部以東地面，輝吳公路、輝吳小鐵路及多條水溝從工作面南部上方穿過。（如圖1所示）11011工作面煤層傾角較小，僅為2°～6°，屬緩傾斜煤層，走向長度1300m，傾向長度180m，煤層平均厚度5.82m，采深568.7～581.3m，平均采深575m，松散層厚480m，平均開采速度3.5m/d，采用綜合機械化開采[3-4]。

圖1 11011工作面井上下位置示意圖

3.2 開采沉陷分析參數選取

根據相鄰11011工作面回采過程中地表下沉觀測數據分析，地表移動預計參數如表1所示。

表1 地表移動預計參數

根據表1中的參數，基于開采沉陷概率積分法基本原理[5]，利用開采沉陷預計軟件，對11011工作面開采后的地表移動變形規律進行分析，并繪制工作面的下沉、傾斜、曲率和水平移動、水平變形的等值線圖，以分析開采沉陷對地表的村莊建筑物和道路的影響。

3.3 開采沉陷影響分析

根據開采方案的要求，對11011工作面開采后地表移動變形進行了分析（如表2所示），下沉、傾斜、曲率和水平移動、水平變形的等值線圖如圖2至圖6所示。通過分析，下沉最大值為4100mm，傾斜值的變化范圍為-26.7～26.9mm/m，曲率的變化范圍為-0.44～0.23mm/m2，水平移動的變化范圍為-1757～1766mm，水平變形的變化范圍為 -29.3～15.0mm/m。

表2 地表移動變形范圍值

圖2 下沉等值線

圖3 傾斜等值線

圖4 曲率等值線

礦井為厚沖積層薄基巖條件下開采，煤層開采厚度大，推進速度較快，地表將產生劇烈的沉陷變形。通過表2可知，地表沉陷最大下沉值為4.1m，將近達到采厚的0.8倍，水平移動最大為1.8m，水平變形最大為-30mm/m左右，參數明顯偏大，對沉陷范圍內村莊A的建（構）筑物有較大影響，對村莊B的西南部分有一定影響，對道路的沉降影響已達4m左右。根據《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》的有關規定，地面建（構）筑物和設施通過邊開采、邊觀測、邊維修的方式，確保村莊和道路的安全使用。

圖5 水平移動等值線

圖6 水平變形等值線

4 結論

通過研究得出，該礦井松散層厚達到480m，屬于特厚松散層薄基巖開采，因其開采后松散層會產生固結影響，所以開采沉陷預計參數偏大，最大下沉值已達4.1m，水平移動最大達到1.8m，水平變形最大達到-30mm/m左右。這些變形值對村莊A的建筑物、構筑物和范圍內道路會造成較大影響，對村莊B的西南部分有一定影響，開采時要時刻監測其安全狀況。