巨厚巖漿巖影響區域地表沉降監測數據分析與預測

王緒奎 劉 浩

（濟寧礦業集團有限公司安居煤礦，山東 濟寧 272059）

1 區域基本情況

1.1 區域概況

安居煤礦一二采區南部塊段以FX23 斷層為采區邊界，該聯合區域面積約2.7 km2，如圖1，采用條帶開采，仰斜長壁采煤法，全垮落法管理頂板，可采煤層為3上煤，煤厚平均厚度約2.5 m，煤層傾角為4°～13°，地面標高為+34～+36 m，開采標高為-1100～-930 m。

圖1 區域示意圖

圖2 地表沉降監測線布置圖

安居煤礦村莊壓煤嚴重，以一、二采區為例，保有地質儲量3 249.8 萬t，去除工廣、斷層等各類煤柱后，可采儲量僅為1 658.96 萬t，其中建（構）筑物下壓覆可采儲量1 549.76 萬t。一、二采區地表大部分為建筑物，有孫井、單廟、茹行等18個村莊，還有多層住宅樓、商業房、加油站、甲醛倉庫、京杭大運河、孫井小學、運河西庭小區等。如果留設保護煤柱，安居煤礦一、二采區將無資源可采，造成大量的資源呆滯和浪費。如果不采取措施直接開采勢必會引起地表劇烈的移動與變形，導致建（構）筑物變形，嚴重時將遭到破壞，引發工農矛盾，影響社會穩定。因此加強地表沉降監測工作意義重大。

1.2 地層

安居煤礦開采范圍屬濟寧煤田，為華北型全隱蔽井田，含煤地層為石炭、二疊系，上覆第四系和上侏羅統蒙陰組，煤系基盤為奧陶系中、下統。區域地層詳見表1。

1.3 區域巖漿巖覆存情況

該區域內共有5 個鉆孔揭露巖漿巖全厚，厚度135.0～145.5 m，平均141.25 m；距離3上煤層396.77～439.00 m，平均426.3 m。詳見表2。

安居煤礦3上煤層以上400 m 位置存在侵入巖漿巖，厚度約240 m，根據附近的X30、X12 及BK-1 鉆孔的探測結果顯示，上覆巖漿巖厚度分別為139.4 m、143.0 m 及142.25 m，厚度分布穩定。

2 巨厚巖漿巖影響區域監測數據分析

2.1 二采區地表沉降分析

在2311 工作面共回采十二個月。在回采過程中，安居煤礦進行了二十余次地表沉降觀測工作。通過2311 及2313 工作面沉降觀測數據進行統計分析，可以嘗試尋找一定的規律。

根據概率積分法，主斷面開采沉陷值可近似計算為：

式中：η為工作面的充分采動程度，η=415/1050×760/1050=0.27；k為下沉系數，取值為0.40～0.95；m為煤層厚度；α為煤層傾角。

該區域的經驗最大下沉值Wmax根據概率積分法可計算得到該區域下沉的經驗范圍，具體如下：

當q=0.40 時，Wmax=ηqmcosα=0.27×0.4×2.7×cos6°=290 mm；

當q=0.95 時，Wmax=ηqmcosα=0.27×0.95×2.7×cos6°=689 mm；

綜上，根據概率積分法計算得到該區域最大下沉值的經驗范圍為：290 mm

根據實測數據，2311 工作面結束回采之后，M測線與N 測線上計算得出的最大下沉量分別為46 mm、32 mm，遠小于該區域經驗下沉的最大值。對比分析2311 工作面回采階段的地表下沉量，以此作為基準，可以發現2311 工作面在回采階段并未出現明顯的下沉變化，而且2311 工作面在實體煤和煤柱階段均未產生明顯的沉降值，只有當工作面雙次見方后，隨著采空區擴大，地表沉降值緩慢增大，但下沉量遠小于理論值，并未出現數量級的下沉量突變，而且下沉數值遠小于煤層的高度，因此可推知回采階段上覆巨厚巖漿巖未破斷，起到了良好的支承效果。

2.2 一采區地表沉降分析

安居煤礦1309 工作面于2017 年7 月開始回采，于2018 年8 月回采結束。安居煤礦對1309 工作面回采過程中及回采結束后分別進行了地表沉降觀測工作。安居煤礦于2017 年7 月至2018 年8 月間在1309 工作面回采期間進行了十余次地表沉降觀測工作，詳見圖3 至圖5。

圖3 1309 工作面周圍測點位置示意圖

圖4 C 測線測點地表下沉圖

圖5 D 測線測點地表下沉圖

根據概率積分法，主斷面開采沉陷值可計算為：

式中：η為工作面充分采動程度，η=1050/1000×100/1000=0.105；q為下沉系數，取值為0.40～0.95；m為煤層厚度；α為煤層傾角。

根據概率積分法可計算得到該區域最大下沉值Wmax的經驗范圍，具體如下：

當q=0.40 時，Wmax=ηqmcosα=0.105×0.4×2.7×cos6°=113 mm；

當q=0.95 時，Wmax=ηqmcosα=0.105×0.95×2.7×cos6°=268 mm。

綜上，根據概率積分法計算得到該區域最大下沉值的經驗范圍為：113 mm

3 結論

1309 工作面回采后C 測線與D 測線上最大下沉量分別為106 mm、97 mm，該數據小于該區域經驗下沉最大值，此時處于非充分采動時期；從D 剖面與C 測線多次地表下沉觀測數據分析，大部分測點隨著工作面采空區面積逐步擴大而產生較為均勻的地表下沉量，并未出現數量級的下沉量數值突變。故分析認為工作面開采后上覆巨厚巖漿巖仍處于彎曲變形過程中，未發生破斷。

另外，由于FX23 斷層將一二采區分割為兩個相對獨立的塊體，類比二采區2311 與2313 組合采空區（走向長760 m，傾向長415 m）上方巖漿巖處于穩定下沉階段，可以推測1311-2 回采結束后與1309 采空區形成的組合采空區（走向長290 m，傾向長200 m）上方巨厚巖漿巖會發生穩定下沉，不會破斷失穩。

4 建議

1）為安全起見，后續工作面回采過程中必須加強管理，嚴格按照開采設計進行開采；開采過程中加強地面巡邏和地面變形監測，如遇地面損壞超出報告預計結果的情況及時將工作面縮小至合理寬度，確保安全。

2）在開采過程中，對落差較大的斷層應按《煤礦安全規程》、《煤礦防治水細則》、安居煤礦《初步設計》等要求留設保護煤柱，盡量避免斷層的活化對地面村莊民房的影響。另外，在井下巷道工程的施工過程中，應密切關注揭露的地質構造的實際情況，必要時調整相關開采方案。

3）在開采過程中保持工作面的正常推進，防止出現工作面長期停留狀況。

4）煤層埋深大，條帶開采存在殘留煤柱，在生產過程中要加強沖擊地壓的預防預報監測工作。

5）由于其上部有巨厚巖漿巖侵入，雖然工作面實際下沉較預計數值要偏小，但隨著開采面積的逐步增大，巖漿巖下部離層越來越發育，應監測，確保無發生突然斷裂的危險。

6）應充分論證分析斷層活化、頂板堅硬巖漿巖穩定性、沖擊地壓等其他影響因素，確保開采安全。