回采工作面地表沉降觀(guān)測(cè)及規(guī)律研究

王巍

摘 要：為滿(mǎn)足礦井安全開(kāi)展建筑物下、水體下、鐵路下等三下采煤工作的需要，煤礦企業(yè)應(yīng)提供本礦區(qū)地質(zhì)采礦條件下的準(zhǔn)確可靠的地表移動(dòng)變形參數(shù)。煤礦測(cè)量規(guī)程規(guī)定，對(duì)于首采面必須建立地表移動(dòng)觀(guān)測(cè)站，以掌握由于采動(dòng)而引起的地表移動(dòng)變形特征與規(guī)律，為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)及研究重復(fù)采動(dòng)時(shí)的地表移動(dòng)變形規(guī)律提供基礎(chǔ)資料。

關(guān)鍵詞：地表移動(dòng)變形參數(shù);地表移動(dòng)觀(guān)測(cè)站;移動(dòng)變形特征與規(guī)律

煤礦測(cè)量規(guī)程規(guī)定，對(duì)于礦區(qū)首采面必須建立地表移動(dòng)觀(guān)測(cè)站，以掌握由于采動(dòng)而引起的地表移動(dòng)變形特征與規(guī)律，為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)及研究重復(fù)采動(dòng)時(shí)的地表移動(dòng)變形規(guī)律提供基礎(chǔ)資料，需要提供本礦區(qū)地質(zhì)采礦條件下的準(zhǔn)確可靠的地表移動(dòng)變形參數(shù)。為此，中煤新集口孜東礦進(jìn)行了“口孜東礦111303首采工作面開(kāi)采地表沉陷規(guī)律監(jiān)測(cè)研究”專(zhuān)題項(xiàng)目研究，建立口孜東礦111303首采工作面的地表移動(dòng)觀(guān)測(cè)站，并通過(guò)數(shù)據(jù)采集、處理和分析，獲得該工作面地質(zhì)采礦條件下準(zhǔn)確可靠的地表移動(dòng)變形參數(shù)，為下一步的生產(chǎn)決策服務(wù)。

一、礦區(qū)地質(zhì)情況

口孜東礦111303首采工作面位于中央（13—1）東盤(pán)采區(qū)。111303工作面位于DF1斷層以東，工作面切眼布置于DF13斷層以西，煤層傾角6°—17°，沿煤層走向方向布置，采取后退式開(kāi)采方案，即沿煤層走向向上山方向推進(jìn)。井下西高東低，軌道順槽-839. 5m—-727.0m，膠帶機(jī)順槽-885.0—-815. 0m。

二、數(shù)據(jù)處理及質(zhì)量評(píng)價(jià)

在采動(dòng)過(guò)程中，定期地、重復(fù)地測(cè)定觀(guān)測(cè)線(xiàn)上各測(cè)點(diǎn)在不同時(shí)期內(nèi)空間位置的變化。地表移動(dòng)觀(guān)測(cè)站的觀(guān)測(cè)工作可分為連接測(cè)量、全面觀(guān)測(cè)和日常觀(guān)測(cè)三個(gè)部分。口孜東礦111303首采面觀(guān)測(cè)站的連接測(cè)量和首次全面觀(guān)測(cè)，觀(guān)測(cè)內(nèi)容主要包括GPS測(cè)量和三等水準(zhǔn)測(cè)量;采動(dòng)過(guò)程中的全面觀(guān)測(cè)，對(duì)于平面測(cè)量，按GPS RTK測(cè)量的要求進(jìn)行;高程測(cè)量采用四等幾何水準(zhǔn)方法進(jìn)行;巡視測(cè)量和日常觀(guān)測(cè)，采用四等幾何水準(zhǔn)方法進(jìn)行。

三、地表移動(dòng)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)規(guī)律分析

通過(guò)對(duì)口孜東礦111303首采面觀(guān)測(cè)站的首次全面觀(guān)測(cè)、采動(dòng)過(guò)程中的巡視測(cè)量、2次日常觀(guān)測(cè)和2次全面觀(guān)測(cè)等階段的觀(guān)測(cè)，已獲得監(jiān)測(cè)點(diǎn)各次的坐標(biāo)、高程、邊長(zhǎng)平差值以及精度信息，為計(jì)算移動(dòng)變形值提供了基礎(chǔ)。

（一）移動(dòng)變形量計(jì)算。移動(dòng)變形計(jì)算內(nèi)容主要包括，各測(cè)點(diǎn)的下沉和水平移動(dòng)，相鄰兩測(cè)點(diǎn)間的傾斜和水平變形，相鄰兩線(xiàn)段〔或相鄰三點(diǎn)）的曲率變形，觀(guān)測(cè)點(diǎn)的下沉速度等。

在計(jì)算移動(dòng)變形值之前，首先應(yīng)根據(jù)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)間的水平距離，計(jì)算各監(jiān)測(cè)點(diǎn)到觀(guān)測(cè)線(xiàn)控制點(diǎn)的水平距離。

（二）采動(dòng)過(guò)程中觀(guān)測(cè)站移動(dòng)變形初步參數(shù)。口孜東礦111303首采工作面采長(zhǎng)〔至采區(qū)邊界，含切眼寬度）約1811m，工作面傾向?qū)?28111（含運(yùn)輸順槽和膠帶機(jī)順槽〕。111303首采面內(nèi)13-1煤層位于第四含煤段中部，全區(qū)穩(wěn)定可采，煤層厚1.75m～5.55m，平均厚4.38m。煤層一般含1～2層夾矸， 夾矸多為炭質(zhì)泥巖，次為泥巖，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單？較簡(jiǎn)單。工作面內(nèi)煤層傾角約60～170，平均為110。根據(jù)井上下對(duì)照?qǐng)D，工作面煤層埋深在756～922m間，平均約為846m。

1.開(kāi)釆充分性評(píng)價(jià)指標(biāo)。對(duì)于111303首采工作面，基巖平均厚度Hj約為261m，走向長(zhǎng)約1811m，傾向?qū)捈s328m，松散層平均厚度hs為585m，平均采深為846m。僅考慮基巖厚度時(shí)，走向方向的基巖開(kāi)采的充分性指標(biāo)為kLj （走）=6.94 ，傾向方向的基巖開(kāi)采的充分性指標(biāo)為kLj （傾）=1.25，即走向和傾向上基巖均為充分開(kāi)采;當(dāng)顧及松散層厚度時(shí)，可取（Hj +kshs）=374.3= H0為綜合開(kāi)采深度，走向和傾向方向開(kāi)采的充分性指標(biāo)為kL（走）=4.84和kL（傾）=4.87，即走向上為充分開(kāi)采，傾向上為非充分開(kāi)采。

2.起動(dòng)距。通常把地表開(kāi)始移動(dòng)時(shí)工作面的推進(jìn)距離稱(chēng)為起動(dòng)距，地表開(kāi)始下沉是以觀(guān)測(cè)地表點(diǎn)的下沉值達(dá)到10mm為標(biāo)準(zhǔn)。

起動(dòng)距的大小主要與開(kāi)采深度及巖石的物理力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。對(duì)于口孜東礦首采工作面地表移動(dòng)觀(guān)測(cè)站而言，啟動(dòng)距約為1/24.2H0。即4.1﹪H0（H0平均采深，取為846m）。

3.超前影響角和超前影響距。將工作面前方地表開(kāi)始移動(dòng)〔即下沉化10mm）的點(diǎn)與當(dāng)時(shí)工作面的連線(xiàn)，此連線(xiàn)與水平線(xiàn)在煤柱一側(cè)的夾角稱(chēng)為超前影響角，用w表示;開(kāi)始移動(dòng)點(diǎn)到工作面的水平距離l 稱(chēng)為超前影響距。 超前影響角按下式計(jì)算

w=arcctg（l/H0）

式中H0為平均采深，取為846m。

4.水平移動(dòng)系數(shù)。水平移動(dòng)系數(shù)b指在走向方向充分采動(dòng)或接近充分采動(dòng)（不管傾斜方向是否為充分開(kāi)采）的情況下，開(kāi)采水平煤層時(shí)走向主斷面上的地表最大水平移動(dòng)u0與地表最大下沉w0之比，按下式計(jì)算：

b=u0/w0

5.主要影響半徑。主要影響半徑r，是指在充分采動(dòng)或接近充分采動(dòng)的條件下，移動(dòng)盆地的最大下沉值w0與最大傾斜值i0之比，按下式計(jì)算：

r=w0/i0

四、結(jié)論

通過(guò)建立口孜東礦111303首采工作面觀(guān)測(cè)站，通過(guò)數(shù)據(jù)采集、處理、分析，掌握該工作面開(kāi)采過(guò)程中地表移動(dòng)變形的動(dòng)態(tài)特征和規(guī)律，總結(jié)深厚沖積層開(kāi)采沉陷地表移動(dòng)變化規(guī)律，求取相應(yīng)移動(dòng)變形參數(shù)，為礦山開(kāi)采沉陷預(yù)計(jì)、三下采煤保護(hù)煤柱的留設(shè)提供參數(shù)依據(jù)，同時(shí)為類(lèi)似深厚沖積層礦井開(kāi)采沉陷問(wèn)題積累經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)能源部.《煤礦測(cè)量規(guī)程》.北京：煤炭工業(yè)出版社，1989年.

[2]國(guó)家煤炭工業(yè)局.《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)程》北京：煤炭工業(yè)出版社，2000年.