煤層開(kāi)采在不同地層引起地表塌陷范圍研究

■郝鴻儒

（中煤集團(tuán)山西華昱能源有限公司 南陽(yáng) 坡煤業(yè) 山西 朔州036900）

煤層開(kāi)采在不同地層引起地表塌陷范圍研究

■郝鴻儒

（中煤集團(tuán)山西華昱能源有限公司 南陽(yáng) 坡煤業(yè) 山西 朔州036900）

目前各大煤礦回采工作引起的地面塌陷范圍預(yù)測(cè)，一般巖層段按75度、表土層按45度計(jì)算，從而規(guī)劃地面建筑物的保護(hù)煤柱范圍，但通過(guò)地面巖移觀測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在不同地區(qū)、不同地層引起的地表塌陷范圍存在較大差異。按傳統(tǒng)意義留設(shè)保護(hù)煤柱將會(huì)有大量煤炭資源不能回收，降低了工作面及礦井回收率，造成煤炭資源浪費(fèi)，若按地面巖移觀測(cè)數(shù)據(jù)留設(shè)保護(hù)煤柱既保證了地面建筑物的安全又提高了煤炭資源回收率。

煤層開(kāi)采巖移地表塌陷資源回收

1 概述

1.1 礦井概況：山西朔州山陰金海洋南陽(yáng)坡煤礦北部為左云縣上張家墳長(zhǎng)春煤礦，東部為山西山陰芍藥花煤業(yè)公司,礦井西南部為大同煤礦集團(tuán)安平煤業(yè)公司礦井。井田面積為3.9942km2，井田南北寬1.6km，東西長(zhǎng)3.029km。屬中厚煤層，煤層穩(wěn)定，煤質(zhì)好，根據(jù)各煤層賦存條件，3-1、9-2號(hào)煤層采用普通機(jī)械化采煤法，3-2、4-2號(hào)煤層采用綜采一次采全高采煤法，4-1、6號(hào)煤層采用綜采放頂煤采煤法。

1.2 回采工作面概況：4104采面位于礦井西翼，為西翼首采工作面，走向長(zhǎng)度為800米；傾向長(zhǎng)度210米，開(kāi)采煤層為4-1#煤層，地表為丘田溝壑，直接頂為砂質(zhì)泥巖，性脆，厚度為3.5米，上覆煤層有3-2#、3-1#煤層，上覆巖層為粉砂巖、中粒砂巖、細(xì)粒砂巖等，本面上覆黃土層薄，僅為1米左右?；仫L(fēng)巷標(biāo)高為1326-1334米、地表標(biāo)高為1544-1541m，運(yùn)輸巷標(biāo)高為1313-1327m、地表標(biāo)高1531-1527m、平均垂深為210m。從南陽(yáng)坡到五家溝礦主輸煤1302皮帶棧橋斜穿本工作面。

2 觀測(cè)方案及數(shù)據(jù)整理和分析

2.1 地表觀測(cè)點(diǎn)布置說(shuō)明

由于地表從南陽(yáng)坡到五家溝礦主輸煤1302皮帶斜穿本工作面，且本工作面為西翼首采工作面，為方便觀測(cè)，基準(zhǔn)點(diǎn)A選在未開(kāi)拓區(qū)域，確?；鶞?zhǔn)點(diǎn)A數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠；其它觀測(cè)點(diǎn)沿1302皮帶棧橋布置，共布置觀測(cè)點(diǎn)11個(gè)，覆蓋整個(gè)工作面寬度，可以達(dá)到觀測(cè)全部數(shù)據(jù)的要求。

附：地表觀測(cè)點(diǎn)布置圖：

2.2 地面數(shù)據(jù)觀測(cè)方案

地面數(shù)據(jù)觀測(cè)為定期觀測(cè)，即每4天觀測(cè)一次；遇回采工作面初次來(lái)壓或周期來(lái)壓時(shí)，加密觀測(cè)一次。

2.3 地表觀測(cè)站資料整理

（1）從2016年5月10日起到2016年8月4日止，對(duì)此地表觀測(cè)站共進(jìn)行了15次全面觀測(cè)，并進(jìn)行了資料整理分析。在傾斜觀測(cè)線上沿1302皮帶布置地面巖移觀測(cè)點(diǎn)，原始起算觀測(cè)點(diǎn)A點(diǎn)數(shù)據(jù)位于未開(kāi)采區(qū)域，可以保證起算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，因此，以傾向觀測(cè)線的觀測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)進(jìn)行分析。（2）通過(guò)作圖，求得該區(qū)域巖層移動(dòng)的相關(guān)參數(shù)

2.4 地表觀測(cè)資料分析

（1）從觀測(cè)資料分析，在4104采面回采初期（該采面從5月10日開(kāi)始回采），傾斜觀測(cè)線上P1點(diǎn)高程基本沒(méi)有變化，觀測(cè)點(diǎn)P2點(diǎn)高程在5月16日-5月27日變化較明顯（推測(cè)為回采工作面運(yùn)輸順槽邊緣，采煤沉降活動(dòng)劇烈），觀測(cè)點(diǎn)P4、P5、P6、P7、P8高程在5月16日—6月13日變化較為明顯，觀測(cè)點(diǎn)P9點(diǎn)高程在5月16日期6月6日、6月20日—6月27日變化較為明顯，觀測(cè)點(diǎn)P11點(diǎn)高程全程變化都較為明顯。

（2）從觀測(cè)數(shù)據(jù)總體分析P1、P2、P11、P12觀測(cè)點(diǎn)位于回采工作面兩順槽對(duì)應(yīng)位置，變化較為明顯，但下沉量不大；P4-P9點(diǎn)位于采空區(qū)中間位置，在某一時(shí)間段下沉速度快，下沉量大，但某一時(shí)間段過(guò)后，下沉速度快速降低，推測(cè)為整體下沉。

（3）通過(guò)各觀測(cè)點(diǎn)下沉數(shù)據(jù)分析，井下回采煤層厚度為3.0米時(shí)，在無(wú)表土層的情況下對(duì)應(yīng)地面最大下沉量為1.8米。

（4）通過(guò)對(duì)回采對(duì)應(yīng)地面產(chǎn)生裂隙觀察及地面觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)回采工作面對(duì)應(yīng)地表影響范圍為從兩順槽向外最大偏移26米。

3 結(jié)論

（1）1、4104采面地表巖移觀測(cè)站，從2016年5月10日建站后，到2016年8月4日止，已全面觀測(cè)15次，由于走向觀測(cè)線屬半盆地觀測(cè)線，此次分析只以傾向觀測(cè)線的資料為依據(jù)。從觀測(cè)資料和下沉與變形曲線分析后得出：地表下沉為采面采動(dòng)滯后35米，當(dāng)采面初次放頂后，地表很快開(kāi)始出現(xiàn)裂縫并隨之開(kāi)始下沉，下沉速度從1.0mm/d-7.8mm/d，最大下沉量很快達(dá)到245mm，隨著采面的繼續(xù)推進(jìn)，下沉速度不斷加快、下沉量不斷增加；當(dāng)采面推進(jìn)310m（采面推進(jìn)速度為6m/d）、回采時(shí)間達(dá)22天時(shí)，最大下沉量為1.8m；后來(lái)回采時(shí)采空區(qū)對(duì)應(yīng)地表下沉量減少，說(shuō)明沉降量有一個(gè)趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)。

（2）回采工作面一次采全高，采高為3米，由于巖層巖石為復(fù)合性結(jié)構(gòu)，沒(méi)有出現(xiàn)理論上的“三帶”，而是巖層直接斷裂，塌陷到地表，地表塌陷量達(dá)到采高的一半以上。

（3）由于區(qū)域地層結(jié)構(gòu)不同，本次觀測(cè)的最大影響范圍為26米，煤層埋深為210米，計(jì)算的巖層塌陷角為82度57分，比傳統(tǒng)意義上的塌陷角小。

綜上所述：此次觀測(cè)成果，由于受4104采面的采動(dòng)影響，走向觀測(cè)線又屬半盆地觀測(cè)線，而傾斜觀測(cè)線屬全盆地觀測(cè)線，觀測(cè)的資料是可靠的、實(shí)用的，可以為本地區(qū)地面建筑物留設(shè)保護(hù)煤柱提供有力數(shù)據(jù)支持，對(duì)煤礦生產(chǎn)、資源回收有重大意義。

[1]何國(guó)清.礦山開(kāi)采沉陷學(xué) [M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社.1994.

[2]北京開(kāi)采所編著援煤礦地表移動(dòng)與覆巖破壞規(guī)律及其應(yīng)用.北京:煤炭出版社援1981援

F407.1[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-12-74-1