洼里煤田地表巖層移動觀測成果分析與規(guī)律探討

解希臣 邵澤偉 溫新強

（龍礦大恒煤業(yè)，山西 朔州 036000）

1 礦井概況

洼里煤礦位于黃縣煤田的東北部，覆煤地層屬典型的“三軟”巖層，井田面積45.76km2，煤系地層含可采煤層兩層，煤1平均厚度1.9m，煤2平均厚度1.33m，兩層煤平均間距為13.28m。該礦已于2016年去產(chǎn)能關閉。洼里煤礦生產(chǎn)期間進行了大量的地表沉降觀測，其中十二采區(qū)11206地表巖移觀測站，地表從由單一工作面開采引起的非充分采動，到多工作面開采引起的充分采動，取得了大量的觀測數(shù)據(jù)，本文就這些數(shù)據(jù)進行分析，以探求軟巖開采條件下地表沉陷的特點和規(guī)律。

2 單一工作面開采時地表移動觀測及成果分析

2.1 觀測站的建立及觀測

2.1.1 工作面位置及觀測區(qū)域的地質(zhì)概況

11206工作面位于洼里煤礦十二采區(qū)上部，西部約200m、西南部約300m、南部130m均為老采空區(qū)，南鄰11202工作面，北鄰11208工作面(建站時11202及11208面均尚未形成)，西至十二采集材集運保護煤柱，東至F23斷層。建站時西部、西南部及南部采空區(qū)地表沉陷均已穩(wěn)定。11206工作面受十二采區(qū)區(qū)域內(nèi)向斜構(gòu)造影響，地質(zhì)條件復雜，巷道在掘進過程共揭露33條斷層，落差0.5～3m，回采時掉頂較重，平均在20cm左右。

2.1.2 觀測區(qū)域的采礦技術條件

11206工作面地面平均標高12m，沖積層平均厚度h=25.5m，工作面平均標高-276.7m，平均采深H0= 288.7m。工作面由東向西推采，于2003年9月至2004年3月回采完畢。11206工作面為一傾斜長壁炮采工作面，全部垮落法管理頂板。回采實際推進長度D1=676m，走向長64～112m，觀測線位置走向長D3=112m，實際回采面積70245m2。工作面煤層傾角4～9°，平均6°，實際回采煤厚平均2.0m，考慮掉頂因素平均采高為M=2.2m。

2.1.3 觀測站的建立

11206觀測站采用了主斷面研究法。因受地面大棚、果園、樹木等地物制約，觀測站僅設置了半條走向觀測線，觀測線與工作面傾向方向中軸線交點Y東距開切眼438m，西距停采線238m，均能達到0.7H0。

觀測站僅在南端設置了三個控制點，觀測線全長549.956m，觀測點間距20m，包括3個控制點，測點布設合計29個。測點采用廢棄的水泥軌枕加工而成，漏出鋼筋頂端刻上十字作為測點標志中心。大部分測點水泥樁頂端都在地表以下5cm。

2.1.4 觀測站的觀測

高程采用NA28水準儀按三等水準要求觀測。全面觀測采用Nikon (2'') 全站儀直接測坐標進行。地表移動期間的水準測量按四等水準要求進行。除建站時的水準測量外，共進行沉降觀測28次，進行全面觀測5次。

2.2 11206單一工作面開采后地表沉降規(guī)律

2.2.1 地表沉降移動過程中的觀測成果分析

（1）地表破壞的特點。11206工作面回采后，在其上方地表形成了一個不規(guī)則的下沉盆地，在移動盆地的外邊緣產(chǎn)生了拉伸變形，觀測線所處的小路上有裂縫，但其寬度及深度都不大。

（2）超前影響距和超前影響角。超前影響距為L2=113m，超前影響角為ω=arcctg(L2/H0)=arcctg(113/288.7)=68°37'。

（3）最大下沉速度滯后距和滯后角。最大下沉速度35.1mm/d，最大下沉速度滯后距L3=47.5m。最大下沉速度滯后角

2.2.2 地表移動基本穩(wěn)定時的幾個主要參數(shù)

（1）最大下沉值

最大下沉點是18#點，其下沉值Wmax'=1329mm。

（2）走向移動角

① 沖積層移動角按初設45°計，則走向基巖移動角為：

② 走向綜合移動角

（3）下沉系數(shù)

傾向采動系數(shù):

走向采動系數(shù):

根據(jù)《煤礦測量手冊》(下)P246所述，單11206回采時地表沉降未達到充分采動，故而下沉系數(shù)為：

（4）移動過程總時間

移動過程總時間為13～14個月。

3 三個工作面全部開采后地表沉降規(guī)律分析

3.1 地表移動過程中的規(guī)律分析

3.1.1 地表破壞的特點

11202、11208工作面采動到觀測站后，地表的移動變形比單由11206回采造成的移動變形趨于平緩，達到了充分采動，傾斜、曲率、水平變形趨小。

3.1.2 超前影響距和超前影響角

根據(jù)水準觀測超前影響距為L2'=70m

超前影響角為:

3.2 地表移動全部穩(wěn)定后的幾個主要參數(shù)

（1）最大下沉值

最大下沉點是26#點，其下沉值Wmax'=2058mm。

（2）走向移動角

① 走向基巖移動角：

② 走向綜合移動角：

（3）下沉系數(shù)

4 綜合分析及所獲成果

（1）11206觀測站部分測點處在11200采空區(qū)上方，該區(qū)域地層已被采動過，本測站觀測對象11206工作面的地表處于已有盆地邊緣，當11206工作面采動時，其南側(cè)地層受到的是重復采動，原有盆地繼續(xù)擴大，使達到臨界變形值的區(qū)段延伸縮短，使得移動角值偏大。

（2）地表下沉起動點及移動初期的最大下沉點均偏向于原來有采空區(qū)的一側(cè)。11206觀測站的部分測點位于11200下沉盆地內(nèi)，地層受到的是重復采動，觀測線地表下沉起動點及移動初期時的最大沉點均未處在11206工作面正上方，而是偏向于原來地層已采動的南側(cè)。隨著工作面回采的繼續(xù)推進，最大下沉點逐漸向工作面上方靠近，最終最大下沉點到達工作面正上方，并基本固定下來。

（3）11206回采地表基本穩(wěn)定時走向觀測線兩端移動角不同，靠近原有采空區(qū)的一側(cè)偏小。11206回采地表移動基本穩(wěn)定時靠近原有采空區(qū)的一側(cè)走向基巖移動角和綜合移動角分別為80°24′和76°22′，而未鄰近采空區(qū)的北側(cè)則分別為82°57′和78°38′。移動角及下沉系數(shù)對比見表1。

表1 移動角及下沉系數(shù)對比表

從表1中可以看出，地表充分采動后較充分采動前移動角值趨小，而下沉系數(shù)趨大。

（4）本次建站所取得的移動變形參數(shù)（見表2）。

表2 走向觀測線上的主要移動與變形參數(shù)

從表2中看出，11206觀測站地表充分采動后，除最大水平移動及最大下沉值增大外，其余幾個參數(shù)均變小了。

5 結(jié)語

按照主斷面研究法，通過對龍口礦區(qū)洼里煤礦11206地表移動觀測站所取得的數(shù)據(jù)進行分析，探求了軟巖條件下采煤充分采動前后地表移動變形的特點和規(guī)律，取得了地表沉降的一些移動和變形參數(shù)，對類似條件礦區(qū)建下采煤及保安煤柱留設具有一定的借鑒價值。