淺埋煤層地表巖移觀測(cè)分析

趙曉慧

（同煤集團(tuán)忻州窯礦,山西 大同 037021）

地下采煤活動(dòng)誘發(fā)的開采沉陷可導(dǎo)致一系列的環(huán)境問題,甚至引發(fā)更大的地質(zhì)災(zāi)害事故,如,建筑物的裂縫與崩塌,鐵路鋼軌的懸浮,高速公路基的沉陷,水體的流失與礦井的淹沒等,都將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失,引起極其嚴(yán)重的社會(huì)問題［1－2］。同時(shí),隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展,建筑物下壓煤有增大的趨勢(shì),嚴(yán)重制約著礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。

1 地質(zhì)概況

81201較薄煤層綜采工作面位于礦井二盤區(qū),工作面標(biāo)高為＋111 2m～＋1 197m,工作面上方及其附近沒有建筑物。81201綜采工作面煤層平均埋深150m,礦區(qū)范圍內(nèi)表土層較厚,平均厚度65m,基巖層平均厚度85m。工作面走向長(zhǎng)度1 356m,傾向長(zhǎng)度245m,開采面積332 220m2。工作面煤層平均厚度5m,局部地段煤層大于7m,傾角2°～7°,結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定,總體由東北向西南變薄,走向?yàn)楸北蔽?傾向?yàn)槟衔魑?屬較穩(wěn)定煤層。

2 巖移觀測(cè)站設(shè)計(jì)與布設(shè)

為了充分地反映地表移動(dòng)與變形規(guī)律,分別沿礦體走向和傾向主斷面布設(shè)足夠長(zhǎng)度的觀測(cè)線。本次設(shè)計(jì)采用全站儀、RTK技術(shù)等方法開展巖移觀測(cè)工作［3］。

觀測(cè)站平面位置設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括走向觀測(cè)線1條和傾向觀測(cè)線l條,含布設(shè)位置、觀測(cè)線長(zhǎng)度和工作點(diǎn)間距［4－5］。沿著81201綜采工作面分別設(shè)計(jì)1條走向觀測(cè)線和1條傾向觀測(cè)線,觀測(cè)線的長(zhǎng)度應(yīng)保證兩端超出采動(dòng)影響范圍。如圖1（a）。走向觀測(cè)線長(zhǎng)度HF的計(jì)算公式,見式（1）。

圖1 地表觀測(cè)線布設(shè)原理

式中：H為采深,m；h為表土層厚度,m；L為工作面走向長(zhǎng)度,m。

經(jīng)計(jì)算,81201綜采工作面地表觀測(cè)站走向觀測(cè)線長(zhǎng)約750m。

傾斜觀測(cè)線的工作長(zhǎng)度AB的計(jì)算公式見式（2）。

式中：L為工作面的傾斜長(zhǎng)度,m；β,Δβ為下山移動(dòng)角及其修正值,（°）；γ,Δγ為上山移動(dòng)角及其修正值,（°）；H1,H2為分別為采區(qū)下邊界和上邊界的開采深度,m。

經(jīng)計(jì)算,81201綜采工作面地表觀測(cè)站沿傾向觀測(cè)線長(zhǎng)約640m。

3 地表移動(dòng)變形分布規(guī)律

3.1 傾向線方向

81201綜采工作面地表所布置的傾向觀測(cè)線巖移數(shù)據(jù),經(jīng)過分析整理后得到工作面地表移動(dòng)變形的特征,由于工作面在生產(chǎn)過程中,局部地段采用預(yù)留頂煤煤垛來控制頂板,在工作面推進(jìn)方向上存在采出高度不等的現(xiàn)象,因此,工作面下沉盆地不規(guī)則,呈現(xiàn)起伏狀變化,傾向線即受到該地點(diǎn)或附近區(qū)域頂煤放出不充分的影響,下沉量未能達(dá)到該地質(zhì)綜放生產(chǎn)條件下的最大下沉量。但是,因?yàn)楣ぷ髅鎸?shí)際生產(chǎn)存在不同的采放工藝,傾向觀測(cè)線變形特征仍是該生產(chǎn)條件下普遍存在的一種地表移動(dòng)變形特征,具有很重要的借鑒意義。工作面傾向觀測(cè)線地表移動(dòng)變形特征參數(shù)如圖2～圖4所示。

圖2 81201綜采工作面傾向下沉曲線

圖3 81201綜采工作面傾向水平移動(dòng)曲線

圖4 81201綜采工作面傾向水平變形曲線

3.2 走向線方向

81201綜采工作面地表所布置的走向觀測(cè)線巖移數(shù)據(jù),經(jīng)過分析整理后得到工作面地表移動(dòng)變形的特征,由于工作面在生產(chǎn)過程中,局部地段采用預(yù)留頂煤煤垛來控制頂板,并且,工作面回撤端靠近主回撤15m段不放頂煤,在工作面推進(jìn)方向上存在采出高度不等的現(xiàn)象,因此工作面下沉盆地不規(guī)則,走向主斷面呈現(xiàn)起伏狀變化。這是工作面不同的采放工藝生產(chǎn)條件下地表移動(dòng)變形特征的綜合體現(xiàn),對(duì)從整體上研究該生產(chǎn)條件下地表移動(dòng)變形特征具有很重要的意義。工作面走向線觀測(cè)線地表移動(dòng)變形特征參數(shù)如圖5～圖7所示。

圖5 81201綜采工作面走向下沉曲線

圖6 81201綜采工作面走向水平移動(dòng)曲線

圖7 81201綜采工作面走向水平變形曲線

4 結(jié)論

1）從81201綜采工作面傾向線的各曲線來看,傾向測(cè)線范圍內(nèi)地表的下沉基本穩(wěn)定,由于開采傾向范圍內(nèi),工作面的采深和采厚在不同位置有所變化,因此,并未達(dá)到充分采動(dòng)狀態(tài)。由于工作面不同區(qū)域采放工藝不同,采出高度也不同,傾向線即特定采放工藝條件下地表移動(dòng)變形的典型。

2）從81201綜采工作面走向線的各曲線來看,走向測(cè)線范圍內(nèi)地表的下沉基本穩(wěn)定,由于開采范圍內(nèi),工作面的采深和采厚在不同位置有所變化,因此,實(shí)測(cè)的下沉曲線起伏不定,但走向線達(dá)到充分采動(dòng)狀態(tài)。

通過以上數(shù)據(jù)分析可知,所得的地表巖移數(shù)據(jù)指標(biāo)已經(jīng)大大地超過了建筑物破壞（保護(hù)）等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn),表明該采礦地質(zhì)條件下的地表移動(dòng)變形是相當(dāng)嚴(yán)重的。

3）工作面下沉系數(shù)為0.382,工作面水平移動(dòng)系數(shù)0.185。沿走向主要影響半徑為34.44m,與其相對(duì)應(yīng)的主要影響正切為2.48；沿傾向上山和傾向下山主要影響半徑分布為25.62m和38.03m,與其對(duì)應(yīng)的主要影響角正切為4.17和2.81。

參考文獻(xiàn)：

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