回采工作面地表沉降觀測及規(guī)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(yè)應(yīng)提供本礦區(qū)地質(zhì)采礦條件下的準(zhǔn)確可靠的地表移動變形參數(shù)。煤礦測量規(guī)程規(guī)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(guī)律，為實現(xiàn)上述目標(biāo)及研究重復(fù)采動時的地表移動變形規(guī)律提供基礎(chǔ)資料。

關(guān)鍵詞：地表移動變形參數(shù);地表移動觀測站;移動變形特征與規(guī)律

煤礦測量規(guī)程規(guī)定，對于礦區(qū)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(guī)律，為實現(xiàn)上述目標(biāo)及研究重復(fù)采動時的地表移動變形規(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)確可靠的地表移動變形參數(shù)。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(guī)律監(jiān)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(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(shù)據(jù)處理及質(zhì)量評價

在采動過程中，定期地、重復(fù)地測定觀測線上各測點在不同時期內(nèi)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?？谧螙|礦111303首采面觀測站的連接測量和首次全面觀測，觀測內(nèi)容主要包括GPS測量和三等水準(zhǔn)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(zhǔn)方法進行;巡視測量和日常觀測，采用四等幾何水準(zhǔn)方法進行。

三、地表移動觀測數(shù)據(jù)規(guī)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(jiān)測點各次的坐標(biāo)、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(chǔ)。

（一）移動變形量計算。移動變形計算內(nèi)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(yīng)根據(jù)各監(jiān)測點間的水平距離，計算各監(jiān)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(shù)?？谧螙|礦111303首采工作面采長〔至采區(qū)邊界，含切眼寬度）約1811m，工作面傾向?qū)?28111（含運輸順槽和膠帶機順槽〕。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)簡單？較簡單。工作面內(nèi)煤層傾角約60～170，平均為110。根據(jù)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(biāo)。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?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，走向方向的基巖開采的充分性指標(biāo)為kLj （走）=6.94 ，傾向方向的基巖開采的充分性指標(biāo)為kLj （傾）=1.25，即走向和傾向上基巖均為充分開采;當(dāng)顧及松散層厚度時，可?。℉j +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(biāo)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(biāo)準(zhǔn)。

起動距的大小主要與開采深度及巖石的物理力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。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(dāng)時工作面的連線，此連線與水平線在煤柱一側(cè)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(shù)。水平移動系數(shù)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(jié)論

通過建立口孜東礦111303首采工作面觀測站，通過數(shù)據(jù)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(tài)特征和規(guī)律，總結(jié)深厚沖積層開采沉陷地表移動變化規(guī)律，求取相應(yīng)移動變形參數(shù)，為礦山開采沉陷預(yù)計、三下采煤保護煤柱的留設(shè)提供參數(shù)依據(jù)，同時為類似深厚沖積層礦井開采沉陷問題積累經(jīng)驗。

參考文獻：

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

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