綜放開(kāi)采寬條帶工作面地表移動(dòng)觀測(cè)研究

陳為磊

（陜西長(zhǎng)武亭南煤業(yè)有限責(zé)任公司，陜西 咸陽(yáng)713602）

1 礦井概況

亭南煤礦位于陜西彬長(zhǎng)礦區(qū)向斜軸部位置，地形為典型的黃土殘塬溝壑區(qū)域，地表黃土覆蓋層厚度平均約130m左右。地面村莊民房多而分散，同時(shí)有高壓線路、公路穿越。一盤(pán)區(qū)開(kāi)采4煤為近水平煤層，平均傾角3°～7°，分層厚度9.0～6.8m。地表溝壑縱橫，最大高差達(dá)100余米，工作面回采應(yīng)用寬條帶開(kāi)采方法，同時(shí)進(jìn)行地表移動(dòng)觀測(cè)，以監(jiān)測(cè)開(kāi)采影響區(qū)地表建筑物的安全。

2 條帶開(kāi)采工作面參數(shù)分析

2.1 開(kāi)采寬度分析

工作面開(kāi)采寬度計(jì)算公式為：

式中，L——條帶開(kāi)采的寬度；q——允許地表下沉率，取0.15；k——巖土層的碎脹系數(shù)，取0.65；tanβ——主要影響角正切值，取2.0；H——煤層埋深。

經(jīng)計(jì)算，條帶開(kāi)采工作面開(kāi)采寬度應(yīng)控制在91～120m。

2.2 留設(shè)條帶寬度分析

①最佳條帶留設(shè)寬度。根據(jù)一盤(pán)區(qū)條帶開(kāi)采區(qū)域地質(zhì)采礦條件，計(jì)算出開(kāi)采影響半徑r=225~275m，由下式計(jì)算留設(shè)條帶寬度：

計(jì)算得出 a=（157-91）~（192-120）=66~72m

②最大條帶開(kāi)采寬度。在開(kāi)采寬度一定的條件下，最大條帶開(kāi)采根據(jù)下式：

計(jì)算得出a=120～138m

2.3 綜合分析

按照概率密度函數(shù)分布規(guī)律，開(kāi)采大采深極不充分條帶工作面的影響范圍，應(yīng)該考慮到煤層埋藏深度的影響，在山區(qū)地表?xiàng)l件下，還應(yīng)考慮山區(qū)地表移動(dòng)規(guī)律及其特殊性。條帶工作面協(xié)調(diào)開(kāi)采即采寬與留寬應(yīng)協(xié)調(diào)一致，否則就會(huì)引起地表變形的疊加，而出現(xiàn)局部破壞的現(xiàn)象，綜合分析亭南煤礦一盤(pán)區(qū)地質(zhì)采礦條件，通過(guò)相關(guān)條帶開(kāi)采工作面地表移動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，可知109、111、113條帶開(kāi)采寬度取90～100m，留設(shè)煤柱寬度取70～80m是合適的；對(duì)于101、103條帶開(kāi)采工作面，由于地表保護(hù)建筑物位于塬面，開(kāi)采深度相應(yīng)較大，同時(shí)具有山體非對(duì)稱(chēng)重力加載作用，保留煤柱應(yīng)適當(dāng)加寬，101、103條帶開(kāi)采寬度取100～110m，留設(shè)煤柱寬度取90～100m是合適的。

3 地表觀測(cè)數(shù)據(jù)分析

3.1 條帶開(kāi)采參數(shù)

101、103工作面寬度為116m，109工作面寬度為100m，111工作面寬度為85m，113工作面寬為90m，101工作面與109工作面之間煤柱寬為90m，109工作面與111工作面之間煤柱為80m，111工作面與113工作面之間煤柱為90m。

3.2 地表移動(dòng)變形

地表移動(dòng)觀測(cè)結(jié)果109、111、113工作面開(kāi)采區(qū)域地表觀測(cè)點(diǎn)的最大下沉值為551mm，水平移動(dòng)值為-68～73mm，水平變形值為-1.8～1.7mm/m；101、103工作面開(kāi)采區(qū)域地表觀測(cè)點(diǎn)的最大下沉值為242mm，一般水平變形值在1.5mm/m以?xún)?nèi)，個(gè)別點(diǎn)受坡體滑移影響達(dá)到2.2mm/m。整個(gè)開(kāi)采區(qū)域地表移動(dòng)變形值在Ⅰ級(jí)變形范圍內(nèi)。

3.3 地表移動(dòng)盆地特征

地表移動(dòng)盆地平緩、下沉值很小。109、111、113開(kāi)采區(qū)地表下沉系數(shù)小于0.1，101、103開(kāi)采區(qū)下沉系數(shù)小于0.05。地表下沉值較小,下沉盆地十分平緩。

水平移動(dòng)范圍較大。觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，地表下沉盆地的水平移動(dòng)范圍較下沉范圍要大，說(shuō)明極不充分條帶開(kāi)采地表的移動(dòng)變形受覆巖中堅(jiān)硬巖層控制，厚堅(jiān)硬巖層的撓曲變形使得水平移動(dòng)范圍較下沉范圍要大。

地表移動(dòng)具有明顯的分段性。由于采深大，在單一極不充分條帶工作面開(kāi)采時(shí)，受關(guān)鍵層控制，地表移動(dòng)值很小，但是在第二、第三個(gè)條帶工作面開(kāi)采后，其地表移動(dòng)值有明顯的增加，說(shuō)明多個(gè)條帶工作面開(kāi)采后，條帶開(kāi)采區(qū)域達(dá)到了充分采動(dòng)條件，在大采深覆巖重力的作用下，煤柱發(fā)生了較大的壓縮變形，地表沉陷值是多個(gè)條帶開(kāi)采工作面疊加與煤柱壓縮兩種影響的結(jié)果。

4 結(jié)論

4.1 工作面開(kāi)采為大采深極不充分寬條帶開(kāi)采系統(tǒng)，開(kāi)采后地表移動(dòng)盆地平緩、下沉值很小，主要影響范圍角正切值較小。109、111、113開(kāi)采區(qū)地表下沉系數(shù)小于0.1，101、103開(kāi)采區(qū)下沉系數(shù)小于0.05；極不充分寬條帶開(kāi)采主要影響范圍角正切值tanβ=1.93，較常規(guī)條件下地表移動(dòng)范圍要大，即主要影響范圍角小（β=62.6）；地表沉陷范圍r0=343m，δ0=58.96°。

4.2 多個(gè)極不充分條帶工作面開(kāi)采地表移動(dòng)值符合疊加原理，并受覆巖中關(guān)鍵層控制，地表移動(dòng)分段性明顯。一個(gè)極不充分條帶工作面開(kāi)采后，受開(kāi)采煤層覆巖中堅(jiān)硬關(guān)鍵層控制地表移動(dòng)值很小，但移動(dòng)范圍與充分采動(dòng)工作面開(kāi)采相近；兩個(gè)極不充分條帶工作面開(kāi)采后，地表移動(dòng)值基本符合疊加原理，地表下沉值相應(yīng)增大，地表移動(dòng)盆地很平緩；三個(gè)極不充分條帶工作面連續(xù)開(kāi)采后，開(kāi)采范圍達(dá)到充分采動(dòng)，地表移動(dòng)值增加幅度較大，說(shuō)明堅(jiān)硬關(guān)鍵層受大范圍開(kāi)采影響，其上覆松散層在重力作用下發(fā)生了整體協(xié)調(diào)下沉。

4.3 大采深極不充分采動(dòng)條件下的寬條帶工作面開(kāi)采，地表下沉系數(shù)很小，地表移動(dòng)變形一般較小，地表?yè)p害一般在Ⅰ級(jí)以?xún)?nèi)，開(kāi)采后地表建筑物能夠安全使用。但是受覆巖中堅(jiān)硬關(guān)鍵層變形的控制，主要影響角正切值有較大地減小，相應(yīng)的地表移動(dòng)范圍變大。

4.4 多個(gè)大采深極不充分條帶工作面開(kāi)采，地表移動(dòng)變形受采留條帶工作面寬度控制，地表移動(dòng)變形是多個(gè)獨(dú)立條帶工作面開(kāi)采協(xié)調(diào)作用的結(jié)果，如果條帶采留寬不協(xié)調(diào)，則開(kāi)采后將導(dǎo)致波浪起伏的地表變形破壞，合適的條帶采留寬度是決定地表移動(dòng)變形的重要因素之一。

4.5 亭南煤礦的地質(zhì)采礦條件下，極不充分條帶開(kāi)采寬度為采深的20～25%，臨界采動(dòng)寬度為采深的30%左右。極不充分條帶工作面開(kāi)采，地表變形破壞一般在Ⅰ級(jí)范圍內(nèi)，當(dāng)條帶工作面開(kāi)采寬度達(dá)到臨界采動(dòng)尺寸時(shí)，盡管地表還是非充分采動(dòng)，但地表的最大下沉值將達(dá)到極不充分采動(dòng)條件下的地表最大下沉值的數(shù)倍。

［1］李春意,崔希民,郭增長(zhǎng).大采深厚松散層開(kāi)采地表沉陷特征.煤炭工程,2008(12)：94-97.

［2］何榮,郭增長(zhǎng),陳俊杰.大采深條帶開(kāi)采寬度確定方法研究[J].河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,,2009,4,28(2)：155-159.

［3］張華興,郭棟,盧秀林.非充分采動(dòng)地表移動(dòng)規(guī)律[J].煤礦開(kāi)采,205,10(3)(總第64 期),6：58-71.

［4］郭增長(zhǎng),韓六合,鄧智毅.極不充分開(kāi)采地表移動(dòng)和變形特征[J].礦山測(cè)量,2006(2)：55-57.