大采高工作面上覆巖層移動規律研究

＊李云崗

（晉能控股裝備制造集團寺河煤礦 山西 048006）

1.引言

針對煤炭開采帶來的上覆地表下沉及水平移動問題，國內不同地區[1-3]各礦井采取多種不同的觀測手段進行地表的下沉及水平移動數據的收集，并總結規律，得到適合自身安全生產的解決辦法[4-6]，最終用于指導礦井開采沉陷問題的解決。

寺河礦西三盤區為本礦井的主力生產盤區，工作面上方建筑物較多，通過建立地表移動與變形觀測站進行現場觀測，收集工作面回采過程中的下沉和水平移動數據，并對獲得的數據進行合理化分析，確定適合的巖移參數。

2.工作面情況介紹及觀測方法確定

寺河礦西井區3302工作面走向長901.03m，傾斜長296m，工作面煤層底板標高為+394～+478m，開采煤層為山西3#煤層，3#煤層厚度平均為6.05m，煤層傾角平均5°。工作面地表基本構造形態與區域構造一致，為一走向北北東、傾向北西西的單斜構造。觀測線設計時控制點間距離為50m，工作測點間距離為25m。采用常規全站儀導線測量方法進行全面觀測。

(1)觀測方式

觀測建立以后，收集工作面回采不同階段的地表下沉數據和水平移動數據，直至各觀測點的數值變化長時間小于30mm，具體觀測明細見表1。

表1 工作面上覆地表觀測明細表

(2)觀測數據處理及分析

在3302工作面上方布設一條走向觀測線A線和一條傾向觀測線B線，如圖1。

圖1 工作面上方觀測站布設圖

在工作面上方設立了地表移動變形觀測站，工作面回采即開始進行地表移動變形的觀測工作，直至下沉值變化不大，累計監測300天，共進行20次觀測。

3.工作面上覆地面實測移動變形規律分析

根據觀測站A、B觀測線歷次觀測求取的移動變形值繪制的移動變形曲線圖（圖2～圖5）并對工作面開采產生的地表移動變形作如下分析。

圖2 工作面A線下沉曲線圖

(1)走向主剖面(A線)分析

①下沉規律分析

由圖2分析及觀測數據計算可得：走向觀測A線最低點地面標高為814.45m，最高點地面標高為872.74m。在觀測過程中地表最大下沉為4.47m。

②水平移動規律分析

由圖3分析及觀測數據計算可得：走向方向水平移動最大值1.16m，整體曲線規律一般，負值明顯大于正值。

圖3 工作面A線水平移動曲線圖

(2)傾向主斷面(B線)分析

①下沉規律分析

由圖4分析及觀測數據計算可得：走向觀測B線最低點地面標高為763.98m，最高點地面標高為886.94m，地表最大下沉4.38m，受3303工作面鄰采影響B01～B16間出現突然形變，整體曲線規律性較差。

圖4 工作面B線下沉曲線圖

②水平移動規律分析

由圖5分析及觀測數據計算可得：傾向方向水平移動隨工作面推進，地表水平移動曲線逐漸增大，在觀測結束前地面移動逐漸穩定。

圖5 工作面B線水平移動曲線圖

4.工作面上覆地表整體移動規律分析

以前期觀測收集的數據及規律分析為基礎，確定整個工作面回采全過程的地表移動模擬參數，與前期的實測值進行對比優化，獲得最優解。

(1)地表移動模擬參數的優化

計算所得到的參數結果如表2所示。

表2 移動變形模擬求參計算結果一覽表

將各次模擬計算結果與實測移動變形值相比較，最終選取A線第四次（A4）和B線第四次（B4）作為最佳模擬結果。實測與預計對比曲線見圖6（以A線為例）。

圖6 工作面A線實測與預計下沉曲線對比

(2)回采工作面整體移動規律預計

由圖6可知，預計曲線與實測曲線趨勢相近，對此，預測整個工作面的沉陷規律，根據實測數據規律，模擬求參得到最優化的預計參數值如表3所示。

表3 地表移動變形預計最佳參數

綜合分析觀測資料及模擬求參的結果，3#煤層開采概率積分法地表移動變形預計參數按如下選取：

下沉系數：q=0.75；

水平移動系數：b=0.3；

主要影響角正切：thβ=2.5；

開采影響傳播角：θ=86.5°；

拐點偏移距：Si=0.05H0。

5.結論

（1）布設兩條相互垂直的觀測線，點間距密度高，GPS控制點采用礦區D級網點，水準采用三等水準，使得到的觀測數據精度更高。

（2）走向線和傾向線均從下沉規律、傾斜變形規律、曲率變形規律、水平移動規律和水平變形規律5個方面進行數據分析，為最終的結論提供了有利的數據保證。

（3）采用實測數據與概率積分預計參數分析原理相結合，將計算數據與實測數據進行對比，并優化參數，獲得最優模擬參數及結果，得到整個工作面地表移動變形預計參數和地表移動規律。