特厚煤層綜放開采地表移動規(guī)律實(shí)測研究

任 耀，李曉輝，姜 敏

（1.河南理工大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院， 河南焦作市 454003；2.河南煤炭建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，河南鄭州 450000；3.山東科技大學(xué)測繪科學(xué)與工程學(xué)院， 山東青島市 266510）

特厚煤層綜放開采地表移動規(guī)律實(shí)測研究

任 耀1，李曉輝2，姜 敏3

（1.河南理工大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院， 河南焦作市 454003；2.河南煤炭建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，河南鄭州 450000；3.山東科技大學(xué)測繪科學(xué)與工程學(xué)院， 山東青島市 266510）

為研究特厚煤層綜放開采條件下地表移動的變形規(guī)律，在F6201綜放工作面上方建立了地表移動觀測站，通過對實(shí)測資料的分析，獲得了該地質(zhì)采礦條件下地表移動的規(guī)律及有關(guān)參數(shù)，為指導(dǎo)礦井生產(chǎn)及“三下”采煤提供了可靠依據(jù)。

特厚煤層；綜放開采；地表移動；變形規(guī)律

不連溝煤礦淺埋特厚放頂煤開采工藝在準(zhǔn)格爾煤田是首次嘗試。由于不連溝煤礦開采煤層埋藏較淺、頂板基巖較薄、開采厚度較大，導(dǎo)致地表移動變形幅度較大，下沉較為明顯，不僅破壞了環(huán)境，而且存在向井下漏風(fēng)與潰水的可能，易產(chǎn)生煤層自燃或突水事故。煤炭開采產(chǎn)生的地表移動問題亟需解決，所以，掌握該地質(zhì)條件下的地表移動規(guī)律就顯得尤為重要。

1 礦山概況

F6201工作面東連6煤回風(fēng)大巷，北靠總進(jìn)風(fēng)巷，西部、南部均是未采區(qū)，工作面沿底板布置兩順槽，一進(jìn)一回。該工作面走向長度765.8m，傾斜長度249.6m，回采面積191610m2。工作面地面標(biāo)高為＋1182.0～＋1269.0m，井下標(biāo)高為＋871.5～＋926.1m，煤層埋深為336.0～387.5m，平均354.25m。F6201綜放工作面回采煤層為6＃煤層，傾角0°～8°，平均為4°，煤層平均厚度15.24m，機(jī)采高度4.0m，放煤高度11.24m，采放比平均約為1∶3。

2 觀測站的設(shè)置

由于本次觀測站設(shè)計(jì)類型為剖面線狀普通地表移動觀測站，設(shè)計(jì)走向主觀測線1條，長度約為1192.8m。為獲得詳盡的觀測數(shù)據(jù)，取34個測點(diǎn)，其長度為1200m；傾斜主觀測線3條，長度為716.8 m，且2條傾斜觀測線間隔大于50m，取41個測點(diǎn)，其長度為750m（布點(diǎn)情況可根據(jù)地表實(shí)際情況可以進(jìn)行調(diào)整）。為更詳盡地觀測地表移動情況，在運(yùn)輸順槽對應(yīng)的地表加設(shè)1條走向觀測線，布置圖及各測點(diǎn)編號詳見圖1。測量工作均按照《煤礦測量規(guī)程》的有關(guān)精度要求進(jìn)行。

3 觀測成果分析

3.1 地表移動變形值分析

圖1 F6201工作面測點(diǎn)布置示意

在工作面回采過程中，分別對走向與傾向觀測線進(jìn)行了12次高程和平面位置測量，經(jīng)過對實(shí)測數(shù)據(jù)分析整理，得出反應(yīng)地表移動變形的特征（以傾向觀測線為例）如圖2～圖6所示。

圖2 F6201工作面傾向觀測線下沉曲線

圖3 F6201工作面傾向觀測線傾斜曲線

圖4 F6201工作面傾向觀測線曲率曲線

圖5 F6201工作面傾向觀測線水平移動曲線

圖6 F6201工作面傾向觀測線水平變形曲線

根據(jù)以上曲線圖得出地表移動和變形的各種指標(biāo)見表1。根據(jù)實(shí)測的數(shù)據(jù)計(jì)算出了各角量參數(shù)，同時計(jì)算出了考慮松散層移動角（按45°計(jì)算）的基巖移動角和邊界角，即：走向移動角為73°；上山移動角為74°；下山移動角為72°；松散層為45°；最大下沉角為87.2°。

3.2 地表移動預(yù)計(jì)參數(shù)分析

通過對不同地質(zhì)采礦條件下地表移動下沉系數(shù)的分析可以得出，下沉系數(shù)與上覆巖層的性質(zhì)密切相關(guān)。由于不連溝煤礦上覆巖層為厚松散層薄基巖，所以將上覆松散層視為一自由荷載分布于基巖表面，從而縮小了巖層的離層及碎脹系數(shù)，加大了地表的下沉。分析不連溝煤礦巨厚松散層薄基巖特厚煤層下開采的下沉系數(shù)q的函數(shù)表達(dá)式為：

表1 沿傾向線地表移動和變形特征參數(shù)

式中：s為常數(shù)；f、Y為系數(shù)；h為松散層厚度；H0為平均采深。

經(jīng)分析，該地質(zhì)采礦條件下地表移動下沉系數(shù)為：q＝0.92 ［1.1＋0.12·h／H0］。

所以，不連溝煤礦F6201綜放開采工作面的下沉系數(shù)為1.06。

3.3 地表移動變形預(yù)計(jì)分析

通過上述所計(jì)算的可靠預(yù)計(jì)參數(shù)，對地表移動盆地內(nèi)任意點(diǎn)進(jìn)行預(yù)計(jì)，以便對目前所開采工作面和將要開采的工作面內(nèi)地表移動變形有一個科學(xué)的宏觀把握。經(jīng)過計(jì)算并將預(yù)計(jì)結(jié)果采用MSDFVS預(yù)計(jì)系統(tǒng)可視化，分別給出地表下沉等值線圖、地表水平移動等值線圖、地表傾斜等值線圖、地表水平變形等值線圖等。不連溝煤礦F6201工作面地表所布置的觀測線所測數(shù)據(jù)經(jīng)過分析整理后所反映的地表移動預(yù)計(jì)變形特征如圖7～圖11所示。

圖7 F6201工作面下沉曲線預(yù)計(jì)

圖8 F6201工作面水平移動曲線預(yù)計(jì)

圖9 F6201工作面傾斜曲線預(yù)計(jì)

圖10 F6201工作面曲率曲線預(yù)計(jì)

圖11 F6201工作面水平變形曲線預(yù)計(jì)

4 結(jié) 論

（1）研究分析了在厚松散層特厚煤層下進(jìn)行綜放開采的地表移動變形特征，并通過曲線擬合及插值原理分析求出了綜合移動角、邊界角、基巖移動角及邊界角，最大下沉角、充分采動角等角量參數(shù)。其中，走向移動角為73°；上山移動角為74°；下山移動角為72°；而最大下沉角達(dá)到87.2°；主要影響角正切為1.84。

（2）該礦的下沉系數(shù)q＝1.06，最大下沉量達(dá)到2870mm，主要是因?yàn)樵谶@種特殊地質(zhì)開采條件下的綜放開采，工作面推進(jìn)速度較快，導(dǎo)致覆巖斷裂塊度增大，碎脹系數(shù)減小，從而使地表下沉值增大，下沉系數(shù)增大。

（3）該礦的水平移動系數(shù)為b＝0.336，最大水平移動值為950mm，最大水平變形值為40mm／m。主要是因?yàn)橐环矫嫠缮与S著基巖的移動而移動；另一方面是由于松散層本身具有的流變與蠕變特性。研究表明，在這種地質(zhì)條件下進(jìn)行綜放開采水平移動系數(shù)偏大。

［1］何國清，楊 倫，凌賡娣，等.礦山開采沉陷學(xué)［M］.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1994.

［2］滕永海，王金莊.綜采放頂煤地表沉陷規(guī)律及機(jī)理［J］.煤炭學(xué)報，2008，33（3）：264－267.

［3］李 強(qiáng)，段克信，王獻(xiàn)輝，等.康平煤田綜放開采覆巖破壞規(guī)律初探［J］.礦山測量，2006（1）：76－78.

［4］徐泮林，成 樞，戴素娟，等.綜采放頂煤條件下的地表移動變形規(guī)律［J］.礦山測量，1997（3）：11－13.

［5］李德海，蘇美德，宋常勝.巨厚松散層下開采地表移動特征研究［J］.煤礦開采，2002，7（3）：50－52.

［6］黃成飛.厚濕陷性黃土層下綜放開采地表移動規(guī)律研究［D］.焦作：河南理工大學(xué)，2011.

2011－12－19）

任 耀（1986－），男，河南南陽人，在讀碩士研究生，主要從事采礦理論與技術(shù)方面的研究，Email：renyao0216＠163.com。