厚煤層綜放開采工作面地表巖移實(shí)測(cè)分析

張偉男

（大同煤礦集團(tuán)朔煤小峪煤業(yè)有限公司，山西 朔州 038300）

1 地質(zhì)采礦條件

小峪煤礦8202 工作面位于22#煤402 盤區(qū)，煤層厚度9.2～10.2 m，平均厚9.7 m，下層可見0.25 m泥巖夾矸。工作面采用綜放開采，割煤3.2 m 高，放煤6.5 m 高，采放比1:2.03。走向總長1255 m，傾斜長210 m，全部垮落法管理頂板，工作面推進(jìn)速度為4.8 m/d。區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷內(nèi)煤層裂隙發(fā)育程度較高。煤層上方老頂厚3～5 m，為中粒砂巖；煤層直接頂厚1～3 m，以細(xì)砂巖為主；直接底厚2.8 m，以深灰色、致密塊狀粉砂巖為主；老底較厚，達(dá)27.2 m，以斜節(jié)理中粒砂巖為主。

8202 工作面標(biāo)高1050～1055 m，地面標(biāo)高1365～1294 m，北側(cè)至邊界煤柱及山西煤運(yùn)東溝煤礦相鄰，向南與8204 采空區(qū)相鄰，西側(cè)接近402盤區(qū)輔助運(yùn)輸巷、輔助回風(fēng)巷，東部到邊界煤柱。對(duì)應(yīng)工作面上方有16#、18#、19#煤層采空區(qū)，地表蓋山厚度約312 m。地表有河床、東溝礦變電站、信號(hào)房、2 層樓房及高壓線塔，回采會(huì)對(duì)地表及地面建筑有一定影響。

2 地表巖移變形觀測(cè)

2.1 觀測(cè)方案

結(jié)合工作面對(duì)應(yīng)地表實(shí)際，考慮最大程度上收集地表巖移數(shù)據(jù)，決定沿工作面走向中軸線布置主觀測(cè)線1 條，沿傾向與走向垂直不等間距布置觀測(cè)線3 條，每條觀測(cè)線上均勻間隔布置1 個(gè)測(cè)點(diǎn)。走向觀測(cè)線長度1200 m，兩測(cè)點(diǎn)間隔100 m，共布置測(cè)點(diǎn)12 個(gè)，編號(hào)Z1～Z14；傾向觀測(cè)線長度400 m，兩測(cè)點(diǎn)間隔50 m，共布置測(cè)點(diǎn)3 組24 個(gè)，編號(hào)A1～A8、B1～B8、C1～C8。工作面觀測(cè)點(diǎn)布置如圖1。

圖1 8202 工作面地表巖移觀測(cè)布點(diǎn)圖

為保證測(cè)點(diǎn)穩(wěn)定，采用混凝土樁埋入凍土層以下0.5 m，確保基點(diǎn)隨巖移同步移動(dòng)，保證了觀測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性[1-7]。

2.2 變形觀測(cè)

（1）首次觀測(cè)。待觀測(cè)點(diǎn)埋設(shè)10 d 后，混凝土樁基本沉穩(wěn)，可以進(jìn)行首次全面觀測(cè)。儀器選用全站儀，至少觀測(cè)2 次，取兩次觀測(cè)的平均值為最終值，誤差校驗(yàn)以兩次高程相差小于10 mm、平面坐標(biāo)相差小于4 mm 為準(zhǔn)，此時(shí)數(shù)據(jù)可用。

（2）日常觀測(cè)。采動(dòng)過程中的全面觀測(cè)是了解基點(diǎn)位移變化的主要依據(jù)，每月對(duì)各測(cè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)、高程等數(shù)據(jù)進(jìn)行全面觀測(cè)，記錄位移變化、坐標(biāo)變化。

（3）末次觀測(cè)。待各測(cè)點(diǎn)的下沉數(shù)據(jù)連續(xù)3 個(gè)月小于30 mm，即可認(rèn)為基點(diǎn)移動(dòng)基本穩(wěn)定，此時(shí)的觀測(cè)值即為最終坐標(biāo)，精度要求與首次觀測(cè)相同。

3 數(shù)據(jù)處理

經(jīng)過10 個(gè)月的實(shí)測(cè)，工作面推進(jìn)長度500 m，獲得了各觀測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)變化、沉降、位移等大量數(shù)據(jù)。各實(shí)測(cè)基點(diǎn)地表最大移動(dòng)變形值見表1。

表1 實(shí)測(cè)地表最大移動(dòng)變形量統(tǒng)計(jì)表

為了簡(jiǎn)化計(jì)算，以A2 為坐標(biāo)原點(diǎn)，設(shè)置地表高程值為+20 m 代入分析計(jì)算。根據(jù)數(shù)據(jù)匯總分析，分別得出走向、傾向沉降曲線，如圖2、圖3。

圖2 工作面走向觀測(cè)線沉降曲線

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得，沉降量最大處為Z11 測(cè)點(diǎn)，沉降量達(dá)2622 mm。經(jīng)與地質(zhì)構(gòu)造圖對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)此處下部有一處斷層，高差近4 m，致使該處沉降量偏大。

圖3 傾向觀測(cè)線各測(cè)點(diǎn)沉降變化

4 地表變形移動(dòng)特征分析

（1）采空區(qū)上覆巖移特征

通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，地表沉降整體平緩，沿觀測(cè)線方向，地表呈現(xiàn)出明顯的“臺(tái)階型”，臺(tái)階步距在10～30 m。圖4 為觀測(cè)點(diǎn)沉降等高線圖。

圖4 觀測(cè)點(diǎn)下沉量等高線圖

經(jīng)分析，“臺(tái)階”的形成與采空區(qū)頂板的周期垮落呈正相關(guān)，老頂隨工作面推進(jìn)周期性垮落，如圖5。上覆巖層失去頂板支撐后，逐漸下沉，這種沉降會(huì)一直傳遞至地表，進(jìn)而形成了地表的“臺(tái)階型”沉降。

圖5 工作面上覆巖層垮落形態(tài)

（2）啟動(dòng)距判定

啟動(dòng)距是指地表發(fā)生巖移時(shí)對(duì)應(yīng)工作面推進(jìn)的距離，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，該數(shù)值通常是采深的0.25～0.5倍。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得出，8202 工作面的啟動(dòng)距為89 m，是該工作面平均采深的0.31 倍。

（3）水平移動(dòng)盆地特征分析

由圖4 可知，地表巖移出現(xiàn)了較大區(qū)域的盆地狀沉降，即水平移動(dòng)“零值區(qū)域”，該區(qū)域橫向位移幾乎可以忽略，位移主要體現(xiàn)為下沉。邊界處呈傾斜分布，中心地帶下沉量最大，幾乎與原地貌平行，且隨工作面推進(jìn)，該區(qū)域不斷增大。

5 結(jié)語

（1）通過實(shí)測(cè)，得出了厚煤層綜放開采條件下的地表巖移規(guī)律，為及時(shí)有效保護(hù)地表建筑提供了有力的數(shù)據(jù)支持。

（2）實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得，沉降量最大處為Z11 測(cè)點(diǎn)，沉降量達(dá)2622 mm。經(jīng)與地質(zhì)構(gòu)造圖對(duì)比分析，該點(diǎn)位下部發(fā)現(xiàn)一個(gè)高差近4 m 的正斷層，可知構(gòu)造帶對(duì)地表沉降量影響較大。

（3）地表沉降整體平緩，沿觀測(cè)線方向，地表呈現(xiàn)出明顯的“臺(tái)階型”，臺(tái)階步距在10～30 m。

（4）地表巖移出現(xiàn)了較大區(qū)域的盆地狀沉降，即水平移動(dòng)“零值區(qū)域”，該區(qū)域橫向位移幾乎可以忽略，整體表現(xiàn)為塊狀沉降，移動(dòng)盆地的盆底區(qū)域隨采空區(qū)范圍增大而增大。