概率積分法在某煤礦項目開采沉陷預測分析中的應用

邊金云

【摘要】以8.0Mt/a 某煤礦項目為例，采用概率積分法對井田近期、中遠期的沉陷影響進行了預測，結果表明煤礦開采會導致地表形態(tài)變化，地表將產生動態(tài)裂縫，地表沉陷影響范圍較大，損毀程度較為嚴重，重度損毀主要發(fā)生在林地、草地，上述預測結果能為后續(xù)提出合理的礦山地質環(huán)境治理與土地復墾措施提供理論依據。

【關鍵詞】煤礦項目 ?沉陷預測

一、項目概況

某煤礦設計規(guī)模8.0Mt/a，服務年限74.4年，開采方式為井工開采。全井田范圍內共含可采煤層6層，不可采煤層5層。井田范圍內無文物古跡、重大設施及其他需特殊保護的敏感目標，井下保護煤柱類型主要包括井田境界煤柱、工業(yè)場地保護煤柱、主要井巷保護煤柱、斷層煤柱等。

二、預測模式

本預測采用的是根據概率積分法編制的“地表移動與變形計算”程序，輸入相關參數，程序自動計算各種變形數據。

預測模式采用國家煤炭局《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程》中所推薦的模式。

三、地表移動變形參數的選取

地表移動變形計算的主要參數有下沉系數q、主要影響角正切tgβ，水平移動系數b，拐點偏移距S和開采影響傳播系數k等。這些參數的取值主要與煤層開采方法、頂板管理方法、上覆巖層性質、工作面寬度、重復采動次數以及采深采厚比等因素有關。

本礦區(qū)為新建礦區(qū)，基本尚未開發(fā)，礦區(qū)無巖移觀測資料。因此本預測根據井田勘探報告，參考《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程》確定地表沉陷預測參數，見表1。

四、預測與影響分析

（一）地表形態(tài)變化預測結果

為了體現(xiàn)遠粗近細、邊生產邊復墾的思想，并為工程量計算提供基礎，根據開采工作面接續(xù)情況，結合復墾時序要求，將開采時間劃分為近期、中遠期，各階段的開采最大變形值見表2。

（二）地裂縫分析

開采前30年內預計工作面最大水平變形為88.95mm/m，結合巖性特征，一般地表水平變形拉伸值大于4mm/m將可能出現(xiàn)裂縫，礦區(qū)煤層開采時，地表將會產生動態(tài)裂縫。隨著工作面的推進，當裂縫區(qū)受到壓縮變形時，裂縫區(qū)會有閉合現(xiàn)象。較小、較淺的裂縫會在拉伸變形的影響下完全閉合;對于較大、較深的地表裂縫，雖有不同程度的減小，但最終不能恢復到原始地表形態(tài)，形成永久裂縫，這些永久裂縫將會對地表土層產生一定的影響。另外，在各煤層開采邊界上方，由于只受到水平拉伸變形的影響，當水平拉伸變形疊加時，可能出現(xiàn)一些地表永久裂縫，且邊界上方的裂縫一般不會自行閉合，這些永久裂縫的深度一般不會超過4m。

（三）地表沉陷影響范圍預測結果

沉陷預測程序計算的地表沉陷范圍為以地表下沉10mm等值線劃定的沉陷區(qū)域，經計算，井田近期、中遠期塌陷影響范圍依次為1384.95hm2、4850.11hm2。

（四）沉陷土地范圍確定及損毀程度分級

（1）村莊損毀程度分析。井田范圍內有少量零散村莊分布，房屋結構主要為單層磚混結構。通過對沉陷結果分析，有部分零散居民位于10mm下沉等值線內。參照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程》中的磚混（石）結構的建筑物損毀（保護）等級標準，預測中遠期受影響村莊的損毀程度為Ⅱ、Ⅳ級。

（2）對公路的影響。有1條場外聯(lián)絡公路從井田西側南北向通過，其中有142.29m位于井田內部，均不在開采影響范圍內;另設置一條進場道路，長約4km;一條運煤公路，長約2km，全部位于井田內部，進場道路均不在開采影響范圍內，運煤公路有962m位于開采影響范圍內，采煤引起的地表沉陷及變形可能對局部路面造成破壞，應采取必要的修復措施。

（3）各階段的損毀范圍與程度。在10mm沉陷等值線的基礎上，以《土地復墾方案編制規(guī)程》（第3部分：井工煤礦）附錄B作為判定依據，進行土地損毀程度劃分。沉陷范圍內的土地利用現(xiàn)狀及損毀程度見表3。

五、結論

本文采用的概率積分法可以對煤礦開采活動產生的地表沉陷狀況進行較為準確的預測，進而為落實合理的礦山地質環(huán)境治理與土地復墾措施提供依據，達到防止地質災害、降低土地資源破壞以及改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境的目的。