回采工作面地表沉降觀測及規律研究

王巍

摘 要：為滿足礦井安全開展建筑物下、水體下、鐵路下等三下采煤工作的需要，煤礦企業應提供本礦區地質采礦條件下的準確可靠的地表移動變形參數。煤礦測量規程規定，對于首采面必須建立地表移動觀測站，以掌握由于采動而引起的地表移動變形特征與規律，為實現上述目標及研究重復采動時的地表移動變形規律提供基礎資料。

關鍵詞：地表移動變形參數;地表移動觀測站;移動變形特征與規律

煤礦測量規程規定，對于礦區首采面必須建立地表移動觀測站，以掌握由于采動而引起的地表移動變形特征與規律，為實現上述目標及研究重復采動時的地表移動變形規律提供基礎資料，需要提供本礦區地質采礦條件下的準確可靠的地表移動變形參數。為此，中煤新集口孜東礦進行了“口孜東礦111303首采工作面開采地表沉陷規律監測研究”專題項目研究，建立口孜東礦111303首采工作面的地表移動觀測站，并通過數據采集、處理和分析，獲得該工作面地質采礦條件下準確可靠的地表移動變形參數，為下一步的生產決策服務。

一、礦區地質情況

口孜東礦111303首采工作面位于中央（13—1）東盤采區。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，采取后退式開采方案，即沿煤層走向向上山方向推進。井下西高東低，軌道順槽-839. 5m—-727.0m，膠帶機順槽-885.0—-815. 0m。

二、數據處理及質量評價

在采動過程中，定期地、重復地測定觀測線上各測點在不同時期內空間位置的變化。地表移動觀測站的觀測工作可分為連接測量、全面觀測和日常觀測三個部分。口孜東礦111303首采面觀測站的連接測量和首次全面觀測，觀測內容主要包括GPS測量和三等水準測量;采動過程中的全面觀測，對于平面測量，按GPS RTK測量的要求進行;高程測量采用四等幾何水準方法進行;巡視測量和日常觀測，采用四等幾何水準方法進行。

三、地表移動觀測數據規律分析

通過對口孜東礦111303首采面觀測站的首次全面觀測、采動過程中的巡視測量、2次日常觀測和2次全面觀測等階段的觀測，已獲得監測點各次的坐標、高程、邊長平差值以及精度信息，為計算移動變形值提供了基礎。

（一）移動變形量計算。移動變形計算內容主要包括，各測點的下沉和水平移動，相鄰兩測點間的傾斜和水平變形，相鄰兩線段〔或相鄰三點）的曲率變形，觀測點的下沉速度等。

在計算移動變形值之前，首先應根據各監測點間的水平距離，計算各監測點到觀測線控制點的水平距離。

（二）采動過程中觀測站移動變形初步參數。口孜東礦111303首采工作面采長〔至采區邊界，含切眼寬度）約1811m，工作面傾向寬328111（含運輸順槽和膠帶機順槽〕。111303首采面內13-1煤層位于第四含煤段中部，全區穩定可采，煤層厚1.75m～5.55m，平均厚4.38m。煤層一般含1～2層夾矸， 夾矸多為炭質泥巖，次為泥巖，結構簡單？較簡單。工作面內煤層傾角約60～170，平均為110。根據井上下對照圖，工作面煤層埋深在756～922m間，平均約為846m。

1.開釆充分性評價指標。對于111303首采工作面，基巖平均厚度Hj約為261m，走向長約1811m，傾向寬約328m，松散層平均厚度hs為585m，平均采深為846m。僅考慮基巖厚度時，走向方向的基巖開采的充分性指標為kLj （走）=6.94 ，傾向方向的基巖開采的充分性指標為kLj （傾）=1.25，即走向和傾向上基巖均為充分開采;當顧及松散層厚度時，可取（Hj +kshs）=374.3= H0為綜合開采深度，走向和傾向方向開采的充分性指標為kL（走）=4.84和kL（傾）=4.87，即走向上為充分開采，傾向上為非充分開采。

2.起動距。通常把地表開始移動時工作面的推進距離稱為起動距，地表開始下沉是以觀測地表點的下沉值達到10mm為標準。

起動距的大小主要與開采深度及巖石的物理力學性質有關。對于口孜東礦首采工作面地表移動觀測站而言，啟動距約為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始移動〔即下沉化10mm）的點與當時工作面的連線，此連線與水平線在煤柱一側的夾角稱為超前影響角，用w表示;開始移動點到工作面的水平距離l 稱為超前影響距。 超前影響角按下式計算

w=arcctg（l/H0）

式中H0為平均采深，取為846m。

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

b=u0/w0

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

r=w0/i0

四、結論

通過建立口孜東礦111303首采工作面觀測站，通過數據采集、處理、分析，掌握該工作面開采過程中地表移動變形的動態特征和規律，總結深厚沖積層開采沉陷地表移動變化規律，求取相應移動變形參數，為礦山開采沉陷預計、三下采煤保護煤柱的留設提供參數依據，同時為類似深厚沖積層礦井開采沉陷問題積累經驗。

參考文獻：

[1]中華人民共和國能源部.《煤礦測量規程》.北京：煤炭工業出版社，1989年.

[2]國家煤炭工業局.《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》北京：煤炭工業出版社，2000年.