星村煤礦大采深極不充分采動條件下開采沉陷規(guī)律研究

田錦州，徐法奎，王占成

（1.天地科技股份有限公司開采設計事業(yè)部，北京 100013;2.天安礦業(yè)有限公司星村煤礦，山東曲阜 273155）

星村煤礦大采深極不充分采動條件下開采沉陷規(guī)律研究

田錦州1，徐法奎1，王占成2

（1.天地科技股份有限公司開采設計事業(yè)部，北京 100013;2.天安礦業(yè)有限公司星村煤礦，山東曲阜 273155）

星村煤礦約80%煤炭資源被村莊壓覆，村莊壓煤的合理開采是礦方面臨的一項重大課題。為切實掌握本礦的開采沉陷規(guī)律，在東翼一采區(qū)布置了地表移動觀測站，并進行了相應的地表移動與變形監(jiān)測，取得了較為完整的地表移動變形觀測資料。分析了該礦的地質采礦條件，對一采區(qū)地表移動變形觀測資料進行擬合計算與分析，得出如下結論:該礦千米大采深極不充分采動地表移動具有下沉平緩、下沉速度慢、移動期相對較長、無活躍階段等特點。

大采深;極不充分采動;開采沉陷;求參

星村煤礦位于山東省兗州市以東、曲阜市西南。井田范圍內地面村莊較多，壓煤面積占井田面積的80%左右。村莊壓煤的合理開采是星村煤礦面臨的一項重大課題，為切實掌握其開采沉陷規(guī)律，星村礦在東翼一采區(qū)E3105，E3202工作面上方布置了地表移動觀測站，并在開采期間進行了較為系統(tǒng)地地面沉降監(jiān)測，取得了較為完整的地表移動變形觀測資料。

1 地層概況

東翼采區(qū)為全隱蔽式華北型石炭二疊系含煤區(qū)，地層由新到老為:第四系、上侏羅統(tǒng)蒙陰組、上二疊統(tǒng)上石盒子組、下二疊統(tǒng)下石盒子組和山西組、上石炭統(tǒng)太原組、中石炭統(tǒng)本溪組及奧陶系中、下統(tǒng)。第四系為河湖相沉積，平均厚110m;上侏羅統(tǒng)蒙陰組全區(qū)發(fā)育，揭露厚度為480.60～1011.40m，平均716.24 m;上二疊統(tǒng)上石盒子組平均厚度181.65m，主要由雜色泥巖、鋁質泥巖、砂巖組成;下二疊統(tǒng)下石盒子組平均厚45.95m，主要由灰綠色、淺灰白色砂巖和灰綠色帶紫紅色斑塊的砂質泥巖、泥巖組成;山西組平均厚71.88m，是本區(qū)主要含煤地層，主要由灰至灰黑色的細砂巖、中砂巖、粉砂巖、砂質泥巖、泥巖和煤 （2上、2及3煤）組成;上石炭統(tǒng)太原組平均厚162.41m，由灰色、深灰色、灰黑色的細砂巖、粉砂巖、砂質泥巖、泥巖、黏土巖及灰色石灰?guī)r和煤層組成;中石炭統(tǒng)本溪組平均厚24.15m，主要由深灰色泥巖、淺灰或灰綠色夾紫紅色斑塊的黏土巖、鋁土巖和粉砂巖以及石灰?guī)r組成;奧陶系中、下統(tǒng)厚640～660m，以厚層狀石灰?guī)r為主，夾白云質灰?guī)r、泥質灰?guī)r及角礫狀灰?guī)r。

2 東翼一采區(qū)工作面及地表移動觀測

為獲得星村煤礦大采深極不充分采動條件下的開采沉陷規(guī)律，在東翼一采區(qū)E3105與E3202工作面上方布置了走向與傾向觀測線 （見圖1），區(qū)內地勢平坦，地面高程50～56m，地形東高西低，主要農作物有小麥、玉米、棉花、花生等，主要工業(yè)有煤炭、石材開采、煤化工等。

圖1 工作面及地表移動觀測站布置

2.1 工作面開采概況

E3105工作面開采3煤，走向長840m，傾斜長94～110m，煤層底板標高－781.9～－892.0m，煤厚為3.5～11.0m，平均7.33m，煤層傾角15～42°，平均25°，煤層沉積穩(wěn)定，結構簡單，普遍含一層夾矸 （0～0.35m），全區(qū)可采。煤層走向近南北，傾向北東。該工作面開采時間從2007年6月至2008年5月，歷時11個月。離該工作面最近的E3103工作面于2006年8月7日停采。

E3202工作面開采3煤，走向長326m，傾斜長50.7～87.1m，煤層底板標高－860～－930m，煤厚平均7.33m，煤層傾角平均25°，地面位置位于工業(yè)廣場東北、星村村莊下。該工作面開采時間從2006年1月至2006年8月，歷時8個月。

2.2 地表移動觀測

E3105工作面走向觀測線于2007年5月1日至2009年2月23日期間進行了23次高程測量，于2007年5月1日、2008年6月17日、2009年4月20日進行了3次平面觀測。依據上述觀測結果繪制了E3105工作面走向實測下沉曲線 （圖2）、水平移動曲線（圖3）。

E3202工作面走向觀測線于2008年3月18日至2009年4月15日期間進行了14次高程測量，于2008年3月18日、2008年10月15日、2009年3月22日進行了3次平面觀測。依據上述觀測結果繪制了E3202工作面走向實測下沉曲線 （圖 4）、水平移動曲線 （圖5）。

圖2 E3105工作面走向實測下沉曲線

圖3 E3105工作面走向實測水平移動曲線

3 觀測結果分析

3.1 下沉速度與影響時間

E3105工作面走向觀測線的最大下沉點為22號點，最大下沉速度1.00mm/d;E3202工作面走向觀測線的最大下沉點為C1號點，最大下沉速度為0.81mm/d。從各測線所得數據可知，工作面開采影響持續(xù)時間約2a。

圖5 E3202工作面走向實測水平移動曲線

3.2 移動角量分析

邊界角 邊界角是充分采動條件下，地表下沉為10mm的點與開采邊界的連線和水平線的夾角。由于是非充分采動，邊界角只能依據相對位置確定，可作為參數選取的參考。依據E3105工作面與E3202工作面及其地面測站的實測資料，邊界角分析見表1所示。

最大下沉角 充分采動條件下，在移動盆地傾向主斷面上采空區(qū)中點和地表最大下沉點在地表水平線上的投影點的連線與水平線在下山方向的夾角稱為最大下沉角。E3105與E3202工作面為非充分開采，需根據觀測線與工作面的相對位置確定開采引起的地表最大下沉點，以此求取最大下沉角，該角量參數與真正最大下沉角尚有一定誤差，可作為參數選取的參考。

E3105工作面傾向觀測線最大下沉點為20號點，與工作面中心距離為15m，以該點位置平均采深860m計算，最大下沉角為θ=89.0°。E3202工作面傾向觀測線最大下沉點為6號點，與工作面中心距離為18m，以該點位置平均采深930m計算，最大下沉角為θ=88.9°。

超前影響角 超前影響角為充分采動條件下，開始下沉點與開采工作面位置的連線和水平線的夾角。2007年 10月27日，E3105工作面推進至236m，前方測線距開采邊界192m，該處采深平均約860m，因此超前影響角為ω=77.4°。

3.3 地表移動參數分析

地表移動計算參數的計算是運用最小二乘法原理，對地表觀測線進行概率積分法的擬合分析。本次擬合求參采用開采設計事業(yè)部編制的SMD開采沉陷分析軟件。從采掘工程平面圖上看，E3105工作面與E3103工作面 （2006.1－2006.08.07）相鄰，但從E3015工作面傾向觀測線的實測數據看，2007.05.01－2007.08.29期間做的5次觀測，測點最大下沉值為6mm，說明E3103工作面對地面測點影響很小。因此，只需對E3105與E3202兩個工作面做擬合求參。

表1 邊界角分析

E3105，E3202工作面觀測線下沉值和水平移動值的擬合結果見表2所示。曲線擬合效果見圖6～圖9所示。

表2 參數擬合結果

圖6 E3105工作面走向下沉擬合曲線

綜合分析，擬合得出的地表移動參數如下:

圖7 E3105工作面走向水平移動擬合曲線

圖8 E3202工作面走向下沉擬合曲線

圖9 E3202工作面走向水平移動擬合曲線

下沉系數q:

開采影響傳播角:θ=90－0.3α（α為煤層傾角）。

4 結論

文中分析了該礦的地質采礦條件，對東翼一采區(qū)地表移動變形觀測資料進行了擬合計算與分析，得出以下結論:

（1）該采區(qū)為千米大采深極不充分采動，地表移動具有下沉平緩、下沉速度慢、移動期相對較長的特點，無常規(guī)開采地表移動的活躍階段出現。

（2）分析確定了本礦區(qū)大采深條帶開采條件下的地表移動參數，下沉系數:q=0.12（寬深比為0.08），q=0.17（寬深比為0.11）;水平移動系數:b=0.3;主要影響角正切:tanβ=2.25，開采影響傳播角:θ=90－0.3α（α為煤層傾角）。

（3）取得了本礦區(qū)非充分采動條件下的各個移動角值。E3105工作面走向線邊界角平均約70.5°，最大下沉角約 89.0°，超前影響角約77.4°;E3202工作面走向線邊界角平均約77.0°，傾向線邊界角約78.0°?？勺鳛榻侵祬⒖?。

［1］煤炭科學研究總院北京開采研究所.煤礦地表移動與覆巖破壞規(guī)律及其應用［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，1981.

［2］國家煤炭局.建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2000.

［3］田錦州.星村煤礦東翼二采區(qū)建 （構）筑物下壓煤開采方案設計［R］.北京:天地科技股份有限公司開采設計事業(yè)部，2010.

Mining Subsidence Rule of Extremely Insufficient Mining Deep Coal-seam in Xingcun Colliery

TIAN Jin-zhou1，XU Fa-kui1，WANG Zhan-cheng2

（1.Coal Mining＆Designing Department，Tiandi Science＆Technology Co.，Ltd，Beijing 100013，China; 2.Xingcun Colliery，Tian＇an Mining Co.，Ltd，Qufu 273155，China）

80%of coal resource in Xingcun Colliery is under villages，so rationallymining out coal under villages is a key problem for the colliery.In order to researchmining subsidence rule，surfacemovementobservation station was setup over East1stmining area and whole surfacemovement data was obtained by surfacemovement and deformation monitoring.By calculating and analyzing observation data，the resultwas present thatunder deep extremely insufficientmining condition，surface subsidence was gentle，subsidence velocity was slow，movement time was long relatively and there was no active phrase.

mining subsidence;parameter solving;largemining depth;extremely insufficientmining

TD325

A

1006-6225（2012）01-0096-04

2011－10－19

天地科技股份有限公司技術創(chuàng)新基金:開采沉陷智能化預計系統(tǒng)的開發(fā) （KJ－JJ－2011－KCSJ－02）

田錦州 （1983－），男，江蘇連云港人，碩士，工程師，主要從事開采沉陷理論研究與工程實踐。

［責任編輯:鄒正立］

特殊采煤與礦區(qū)環(huán)境治理