開(kāi)采后復(fù)雜地形地表下沉變形規(guī)律研究

耿高峰

（西山煤電股份有限公司鎮(zhèn)城底礦，山西 古交 030203）

鎮(zhèn)城底礦井田位于呂梁山脈中段的東翼，屬中低山區(qū)，區(qū)內(nèi)溝谷縱橫，切割劇烈，除山頂部分為黃土覆蓋外，其余大部均為基巖裸露，地形較為復(fù)雜。為解決復(fù)雜地形條件下“三下”開(kāi)采問(wèn)題，在22618 工作面設(shè)置地表移動(dòng)觀測(cè)站，開(kāi)展22618 工作面皮帶基礎(chǔ)沉陷、沿皮帶走向方向的水平位移和地表移動(dòng)規(guī)律研究。

1 工作面概況

22618 工作面井下位于南六采區(qū)，北為760 東一總回風(fēng)巷、皮帶巷、軌道巷，南鄰礦界，東鄰22620 工作面、22620-1 工作面（已采），其他為未采區(qū)。22618 工作面采用綜合機(jī)械化采煤，走向長(zhǎng)2092 m，工作面傾向?qū)?52 m，2.3 號(hào)煤層厚度2.70～3.85 m，平均厚度3.40 m，平均煤層傾角4°。地面標(biāo)高1135～1250 m，工作面標(biāo)高721～800 m。

2 工作面地表巖移觀測(cè)站的布設(shè)

2.1 觀測(cè)站設(shè)計(jì)開(kāi)采沉陷角量參數(shù)

地表移動(dòng)觀測(cè)站設(shè)計(jì)時(shí)所用參數(shù)依據(jù)《西山礦區(qū)保護(hù)煤柱設(shè)計(jì)規(guī)程》（試行）確定，取值如下[1]。

（1）基巖移動(dòng)角 β=γ=δ=75°（其中，δ：走向移動(dòng)角；β：傾向下山移動(dòng)角；γ：傾向上山移動(dòng)角）。

（2）松散層移動(dòng)角φ：h=20～40 m，φ=55°。移動(dòng)角修正值：△δ=△γ=△β=20o（其中，△δ：走向移動(dòng)角修正值；△γ：傾向上山移動(dòng)角修正值；△β：傾向下山移動(dòng)角修正值）。

（3）充分采動(dòng)角（走向ψ）：開(kāi)采深厚比H/M ＞ 50，取 ψ=55o。

（4）最大下沉角 θ ：θ=90o～0.6α（α 為煤層傾角）。

2.2 觀測(cè)線及觀測(cè)點(diǎn)的確定

根據(jù)采礦引起的地表移動(dòng)變形監(jiān)測(cè)的需要，22618 工作面地表共設(shè)3 條觀測(cè)線，如圖1，一條走向觀測(cè)線（A-A’線）、一條傾向觀測(cè)線（B-B’線）和一條皮帶下方地表移動(dòng)觀測(cè)線（C-C’線）。

圖1 22618 工作面觀測(cè)線平面示意圖

根據(jù)地表移動(dòng)變形的一般規(guī)律，傾斜觀測(cè)線到開(kāi)切眼的距離應(yīng)為：

式中：H 為工作面邊界開(kāi)采深度，m；h 為表土層厚度[2]，m。

由于22618 工作面所采2.3 號(hào)煤層屬于近水平煤層，所以走向觀測(cè)線（即A-A’線）擬布置在工作面的上方正中央處。為保證傾向觀測(cè)線位于走向方向的充分采動(dòng)區(qū)域內(nèi)，傾向線的位置結(jié)合公式（1）的計(jì)算結(jié)果，在沉陷影響區(qū)以外布設(shè)了三個(gè)控制點(diǎn)，其點(diǎn)位可根據(jù)地形來(lái)選擇，盡可能視野開(kāi)闊。見(jiàn)表1。

式中：D 為傾向線距離開(kāi)切眼的位置，m；55°為西山礦區(qū)充分采動(dòng)角[3]。

表1 設(shè)計(jì)地表移動(dòng)觀測(cè)線長(zhǎng)度控制點(diǎn)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)及方位

3 皮帶移動(dòng)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析

3.1 觀測(cè)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)說(shuō)明

為準(zhǔn)確掌握22618 工作面的開(kāi)采對(duì)其皮帶運(yùn)輸走廊的影響，研究中對(duì)皮帶運(yùn)輸走廊基礎(chǔ)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)。在2019 年10 月25 日進(jìn)行首次全面監(jiān)測(cè)，最后一次監(jiān)測(cè)是在2019 年12 月19 日。

3.2 結(jié)果與數(shù)據(jù)分析

3.2.1 皮帶運(yùn)輸走廊基礎(chǔ)

由圖2 皮帶運(yùn)輸走廊基礎(chǔ)各期監(jiān)測(cè)點(diǎn)下沉情況可知，截至2019 年12 月19 日，地表最大下沉值為638 mm，位于22618 工作面右巷右側(cè)40 m 處。從該點(diǎn)所處的位置來(lái)看，該點(diǎn)并不是位于22618 采空區(qū)上方地表正中央，而是位于22618 工作面和22620 工作面之間保護(hù)煤柱上方地表。同時(shí)，該點(diǎn)位于坡體上，位于山坡體上的監(jiān)測(cè)點(diǎn)所處的位置坡度越小，那么該監(jiān)測(cè)點(diǎn)的下沉值也越小。由此可知，山區(qū)地表坡體滑移對(duì)地表下沉有一定的影響。

圖2 皮帶運(yùn)輸走廊基礎(chǔ)各期監(jiān)測(cè)點(diǎn)下沉

因此，山坡體對(duì)地表下沉有較大的影響。在山區(qū)復(fù)雜地形的影響下，地表下沉開(kāi)始階段主要受地形的影響較大，當(dāng)?shù)乇硐鲁邻呌诜€(wěn)定以后，采空區(qū)對(duì)地表下沉曲線形狀的影響開(kāi)始顯現(xiàn)。

3.2.2 皮帶水平位移分析

由圖3 沿皮帶走向水平位移可知，截至2019年12 月19 日，最大水平位移是位于22618 工作面左巷上方地表內(nèi)側(cè)14 m 處，位移距離達(dá)209 mm，此點(diǎn)是位于22618 工作面的拉伸區(qū)。從2019 年10月25 日到2019 年11 月27 日，皮帶基礎(chǔ)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移基本上都是向左的。監(jiān)測(cè)點(diǎn)沿皮帶走向水平移動(dòng)自2019 年12 月05 日以后（工作面開(kāi)采過(guò)皮帶120 m 以上），均沿皮帶方向向右位移，之前均沿皮帶方向向左移動(dòng)。結(jié)果表明：在山區(qū)復(fù)雜地形的影響下，采礦引起的地表水平移動(dòng)具有一定的滯后性。

3.3 觀測(cè)結(jié)論

（1）在開(kāi)采初始階段，山區(qū)坡體對(duì)地表移動(dòng)變形有較大的影響，尤其是當(dāng)坡體位于下沉盆地的邊緣時(shí)，其影響更加明顯。在山區(qū)由于地形的影響，開(kāi)采引起的地表移動(dòng)變形具有一定的滯后性，且地表移動(dòng)變形的活躍期比一般地質(zhì)采礦條件長(zhǎng)。

（2）在山區(qū)復(fù)雜地形和采礦擾動(dòng)下，沿皮帶運(yùn)輸走廊走向方向，皮帶基礎(chǔ)最大傾斜曲率均超過(guò)“三下采煤規(guī)程”中給定的三個(gè)臨界變形值。在該方向上皮帶運(yùn)輸走廊遭受比較嚴(yán)重的采動(dòng)損害，表現(xiàn)為擠壓變形，即遭受地表負(fù)曲率變形的影響，由于山區(qū)復(fù)雜地形的影響，在該方向上正曲率的影響較小。

圖3 沿皮帶走向水平位移

4 結(jié)語(yǔ)

研究中獲取的地表巖移參數(shù)有效補(bǔ)充和完善了該類礦區(qū)的開(kāi)采沉陷資料，為該類礦區(qū)實(shí)施“三下”采煤，為保護(hù)煤柱設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù)。