深井厚煤層地表下沉盆地采動(dòng)程度評(píng)價(jià)與分析

■劉春永 喬沖（棗莊礦業(yè)集團(tuán)田陳煤礦山東滕州277523）

深井厚煤層地表下沉盆地采動(dòng)程度評(píng)價(jià)與分析

■劉春永 喬沖
（棗莊礦業(yè)集團(tuán)田陳煤礦山東滕州277523）

本文主要介紹了深井厚煤層地表下沉盆地采動(dòng)程度的類型、判定方法及相關(guān)工程實(shí)例。

深井厚煤層 下沉盆地 采動(dòng)程度

1　概述

當(dāng)部分礦體被采出后，在巖體內(nèi)部形成一個(gè)采空區(qū)，其周圍巖體應(yīng)力平衡狀態(tài)受到破壞，引起應(yīng)力重新分布，從而使巖體產(chǎn)生移動(dòng)、變形和破壞，直至達(dá)到新的平衡。隨著工作面的推進(jìn)，這一過(guò)程不斷重復(fù)。當(dāng)?shù)叵鹿ぷ髅骈_(kāi)采達(dá)到一定距離后，開(kāi)采影響到地表，受采動(dòng)影響的地表從原有的標(biāo)高向下沉降，從而在采空區(qū)上方形成一個(gè)比采空區(qū)大得多的沉陷區(qū)域，稱為地表移動(dòng)盆地。

2　地表移動(dòng)盆地的形成

2.1地表移動(dòng)盆地形成過(guò)程

當(dāng)回采工作面自開(kāi)切眼開(kāi)始向前推進(jìn)的距離相當(dāng)于采深的1/4～1/2時(shí)，開(kāi)采影響波及到地表，引起地表下沉。然后，隨著工作面繼續(xù)向前推進(jìn)，采空區(qū)面積增大，地表的影響范圍不斷擴(kuò)大，下沉值不斷增加，下沉盆地也逐漸擴(kuò)大。如圖1所示，當(dāng)采空區(qū)達(dá)到一定程度時(shí)，最大下沉值將不再增加而形成一個(gè)平底的下沉盆地。當(dāng)工作面停止以后，地表的移動(dòng)不會(huì)馬上停止，要延續(xù)一段時(shí)間，然后才能穩(wěn)定，形成最終的地表移動(dòng)盆地，此時(shí)的盆地又稱靜態(tài)移動(dòng)盆地。

圖1　地表移動(dòng)盆地形成過(guò)程

2.2充分采動(dòng)程度類型

根據(jù)采動(dòng)對(duì)地表影響的程度，一般將地表移動(dòng)盆地劃分為三種類型：

2.2.1非充分采動(dòng)下沉盆地

當(dāng)采空區(qū)尺寸小于該地質(zhì)采礦條件下的臨界開(kāi)采尺寸時(shí)，地表任意點(diǎn)的下沉值均未達(dá)到該地質(zhì)采礦條件下應(yīng)有的最大值，這種采動(dòng)稱為非充分采動(dòng)，此時(shí)地表移動(dòng)盆地稱為非充分采動(dòng)下沉盆地，形狀為漏斗形。

2.2.2充分采動(dòng)下沉盆地

當(dāng)?shù)乇硪苿?dòng)盆地內(nèi)只有一個(gè)點(diǎn)的下沉達(dá)到該地質(zhì)采礦條件下應(yīng)有的最大下沉值的采動(dòng)狀態(tài)，稱為充分采動(dòng)，又稱臨界開(kāi)采。此時(shí)地表移動(dòng)盆地稱為充分采動(dòng)下沉盆地，形狀為碗形。

2.2.3超充分采動(dòng)下沉盆地

當(dāng)達(dá)到充分采動(dòng)后，開(kāi)采工作面的尺寸再繼續(xù)擴(kuò)大時(shí)，地表的影響范圍相應(yīng)擴(kuò)大，但地表最大下沉值不再增加，地表移動(dòng)盆地將出現(xiàn)平底。地表有多個(gè)點(diǎn)的下沉值達(dá)到最大下沉值的采動(dòng)情況，稱為超充分采動(dòng)，此時(shí)地表移動(dòng)盆地稱為超充分采動(dòng)下沉盆地，形狀為盆形。

3　結(jié)合工程實(shí)例判定地表下沉盆地采動(dòng)程度

某矩形工作面周圍均無(wú)開(kāi)采，地質(zhì)采礦條件為：工作面走向長(zhǎng)度l0=580m，工作面傾向?qū)挾萀0=280m，煤層開(kāi)采深度H=400m，煤層傾角α=0°，煤層開(kāi)采厚度m=4.0m，下沉系數(shù)：q=0.75m，水平移動(dòng)系數(shù)b=0.3，開(kāi)采主要影響角正切值tanβ=2.0，拐點(diǎn)偏移距S0=0. 1H。

①計(jì)算拐點(diǎn)偏移距：

S0=0.1H=0.1×400=40m

②計(jì)算開(kāi)采長(zhǎng)度和寬度

l=l0～2S0=580～2×40=500m

L=L0～2S0=280～2×40=200m

③計(jì)算開(kāi)采主要影響半徑：

r=H/tanβ=400/2.0=200m

④l/r=（l0～2S0）/r=2.5

L/r=（L0～2S0）/r=1.0

已知采動(dòng)程度系數(shù)表如表1：

表1　采動(dòng)程度系數(shù)計(jì)算表

所以，該工作面沿走向方向?yàn)槌浞植蓜?dòng)，沿傾斜方向?yàn)榉浅浞植蓜?dòng)。

4　結(jié)論

因?yàn)樵摴ぷ髅鏋閱蜗虺浞植蓜?dòng)，所以在計(jì)算最大值時(shí)，需考慮充分采動(dòng)程度系數(shù)nx和ny，同時(shí)需指出，在工作面未達(dá)到充分采動(dòng)時(shí)，在下沉盆地中央出現(xiàn)變形疊加，當(dāng)計(jì)算開(kāi)采寬度為0.8r時(shí)，最大疊加負(fù)曲率和壓縮變形分別為2Kmax和2εmax，這一點(diǎn)在地表移動(dòng)與變形預(yù)計(jì)時(shí)必須給予高度重視。所以預(yù)計(jì)的地表最變形值指分布在采空區(qū)邊界上方附近，而并非在下沉盆地中央位置的變形。

因此工作面是否為充分采動(dòng)，直接影響地面變形程度的判定，以及最大變形值位置的預(yù)計(jì)。我們可以選取可靠的參數(shù)，通過(guò)計(jì)算判定工作面采動(dòng)程度。從而更加準(zhǔn)確的推斷地表變形情況。

[1]劉寶琛、廖國(guó)華，煤礦地表移動(dòng)的基本規(guī)律，中國(guó)工業(yè)出版社，1965.

[2]李青岳.工程測(cè)量學(xué) [M]北京:測(cè)繪出版社,1995.

[3]隋旺華.開(kāi)采沉陷土體變形工程地質(zhì)研究［M］.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1999.

[4]劉義新.深部條帶開(kāi)采覆巖及地表移動(dòng)規(guī)律研究［D］.河南理工大學(xué)，2007.

This paper mainly introduces deep thick coal seam mining degree of surface subsidence basin types,methods and related engineering examples.

Deep thick coal seam;Subsidence basin；The degree of mining

F407.21[文獻(xiàn)碼]B

1000～405X（2016）～4～150～1