孫鵬飛

(山西潞安集團 溫莊煤礦,山西 長治 046103)

煤炭資源作為我國的主要能源,占一次能源構(gòu)成的60%左右。由于煤炭資源的開采,勢必會引起地表移動和變形,進而造成水土流失、地表沉陷、山體滑坡、水源破壞和污染等一系列礦山環(huán)境問題。長期以來,煤炭開采引起的地表移動變形一直困擾著礦區(qū)的經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護。為了確保煤炭開采形成采空區(qū)后,不至于造成大的安全事故和環(huán)境問題,對地表移動變形進行現(xiàn)場觀測和掌握其規(guī)律是非常必要的[1-5]。以潞安礦區(qū)某礦回采工作面為例,通過建立地表巖移觀測站進行現(xiàn)場觀測,為研究該礦的地表巖移規(guī)律提供實測資料。

1 工作面概況

試驗工作面位于該礦井的中南部,上覆巖層由砂巖、粉砂巖、泥巖、石灰?guī)r及表土層組成;其中表土層厚度為132m,地表的地勢平坦,以耕地為主,地面標高+940 m～+945 m。該工作面開采煤層為3號煤層,沿煤層走向布置,周圍均為未采動影響區(qū)域。

試驗工作面為本采區(qū)首采工作面,工作面開切眼長度為300 m,推進長度為1 200 m,煤層平均厚度為6.17 m,傾角為0°～5°,開采深度為320 m,工作面生產(chǎn)期間,平均推進速度為3.66 m/d,采煤方法采用走向長壁綜采放頂煤方法,頂板管理采用全部垮落法。該工作面于2013年7月開始回采,至2014年9月開采完畢。

2 地表巖移觀測站的建立

根據(jù)試驗工作面的工程地質(zhì)條件和對應(yīng)地表的地形地貌等因素,結(jié)合煤炭開采引起的地表移動變形的一般規(guī)律,地表巖移觀測站內(nèi)沿工作面走向方向和傾向方向各設(shè)置1條觀測線。

為了保證地表移動變形的測量精度,同時考慮便于數(shù)據(jù)采集和后期處理,工作面共布置8個基準點?；鶞庶c在工作面開采范圍向外160 m處均勻分布(參考類似礦區(qū)的實測數(shù)據(jù),表土層移動角取55°,基巖移動角取72°)。工作測點沿走向和傾向觀測線布置,間距為30 m。

該地表巖移觀測站于2013年6月進行了基準點和工作測點的布置工作,并進行了連接測量。

3 觀測數(shù)據(jù)的整理和分析

3.1 現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)的整理統(tǒng)計結(jié)果

通過對試驗工作面地表移動變形的觀測數(shù)據(jù)進行整理統(tǒng)計可以得出:試驗工作面開采影響期間內(nèi),地表移動變形是漸變的;隨著時間的推移,變形值逐步增大,達到一定值后趨于穩(wěn)定。地表移動變形穩(wěn)定后,沿走向和傾向觀測線的下沉、傾斜、曲率、水平移動和水平變形值如表1所示。

表1 地表移動與變形值Table 1 Surface movement and deformation values

通過對開采影響范圍內(nèi)不同位置的工作面測點進行動態(tài)觀測數(shù)據(jù)進行分析可以得出:地表移動變形的初始期為30 d,活躍期持續(xù)時間為120 d,衰退期為270 d;進入地表沉降穩(wěn)定后,持續(xù)時間為14個月。活躍期占總移動時間的28%,下沉量占總沉降量的85%左右,其中最大下沉速度為76.8 mm/d,下沉速度超過10 mm/d的時間為80 d,占活躍期的67%,其下沉量占活躍期沉降量的95%, 其下沉量占總沉降量的80%;衰退期為270d,下沉量占總沉降量的15%左右。

3.2 地表移動特征參數(shù)計算

目前,煤礦開采引起地表移動變形的預(yù)計方法的原理是基于概率積分法。該預(yù)計方法所需的地表移動特征參數(shù)主要包括:下沉系數(shù)、水平移動系數(shù)、主要影響角正切、拐點偏移系數(shù)、影響傳播角系數(shù)。根據(jù)地表巖移觀測站的實測數(shù)據(jù),采用曲線擬合的方法,計算出該試驗工作面的地表移動特征參數(shù):下沉系數(shù)q為0.80,水平移動系數(shù)b為0.31,主要影響角正切tg β為2.70,拐點偏移系數(shù)S/H為0.11,影響傳播角系數(shù)K為0.8。

地表移動變形預(yù)計軟件采用上述計算出的地表移動特征參數(shù)進行地表移動變形的預(yù)計;進而對試驗工作面地表移動變形的實測數(shù)據(jù)和預(yù)計結(jié)果進行比較,沿走向和傾向觀測線的下沉、傾斜、曲率和水平移動、水平變形的預(yù)計曲線與實測曲線見圖1—圖10(注:藍色曲線為預(yù)計曲線,紅色曲線為實測曲線)。

通過比較地表移動變形沿走向觀測線和傾向觀測線的下沉、傾斜、曲率、水平移動和水平變形的預(yù)計曲線與實測曲線可知,地表移動變形預(yù)計軟件的預(yù)計結(jié)果與地表巖移觀測站的實測數(shù)據(jù)擬合度高,預(yù)計結(jié)果能滿足工程要求。

4 結(jié)束語

1)試驗工作面開采影響期間內(nèi),地表移動變形是漸變的;隨著時間的推移,變形值逐步增大,達到一定值后趨于穩(wěn)定。這一規(guī)律符合煤礦開采引起地表移動變形的一般規(guī)律。

2)地表移動變形穩(wěn)定后,沿走向和傾向觀測線的最大下沉值分別為4 089 mm和4 195 mm,最大傾斜值分別為28.2 mm/m和40.0 mm/m,最大曲率值分別為0.5×10-3/m～-0.5×10-3/m和0.5×10-3/m～-0.6×10-3/m,最大水平移動值分別為1 350 mm和1 424 mm,最大水平變形值分別為17.6 mm/m～-18.4 mm/m和18.0 mm/m～-20.7 mm/m。

3)通過對試驗工作面不同位置的測點進行動態(tài)觀測可以得出:地表移動變形的活躍期占總移動時間的28%,下沉量占總沉降量的85%左右;最大下沉速度為76.8 mm/d。

4)該試驗工作面的地表移動特征參數(shù):下沉系數(shù)q為0.80,水平移動系數(shù)b為0.31,主要影響角正切tgβ為2.70,拐點偏移系數(shù)S/H)為0.11,影響傳播角系數(shù)K為0.8。通過比較地表移動變形沿走向觀測線和傾向觀測線的下沉、傾斜、曲率、水平移動和水平變形的預(yù)計曲線與實測曲線可知,地表移動變形預(yù)計軟件的預(yù)計結(jié)果與地表巖移觀測站的實測數(shù)據(jù)擬合度高,預(yù)計結(jié)果能滿足工程要求。

5)通過該礦井對地表移動變形現(xiàn)場觀測的實踐經(jīng)驗,為以后建立地表巖移觀測站提供了參考,為該礦井已規(guī)劃開采區(qū)域的地表移動變形預(yù)計提供基礎(chǔ)資料,為煤炭開采的工程設(shè)計和礦井施工提供理論依據(jù),同時對“三下”采煤具有一定的指導意義。

參考文獻：

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