崔佳佳 張文志

（1.河南理工大學(xué) 測(cè)繪與國(guó)土信息工程學(xué)院，河南 焦作 454000；2.河南工業(yè)和信息化職業(yè)學(xué)院，河南 焦作 454000）

1 引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)建筑物、鐵路和水體下壓煤總量約137.9億噸[1-2]。國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，需要開(kāi)采大量煤炭資源，但是煤炭資源的開(kāi)采會(huì)導(dǎo)致巖層和地表的移動(dòng)與變形，影響和破壞巖體內(nèi)與地面上的生產(chǎn)、生活設(shè)施。為緩解煤炭開(kāi)采與生產(chǎn)生活間的矛盾，必須對(duì)其影響規(guī)律進(jìn)行研究，以便合理開(kāi)發(fā)和利用煤炭資源。趙固一礦11011工作面部分正處于村莊下,煤炭開(kāi)采會(huì)對(duì)地面各類(lèi)建(構(gòu))筑物和礦區(qū)道路產(chǎn)生影響。

2 礦區(qū)概況

趙固一礦位于河南省輝縣市冀屯鄉(xiāng)境內(nèi)，地勢(shì)平坦，交通便利，是一個(gè)設(shè)計(jì)年產(chǎn)240萬(wàn)噸的大型現(xiàn)代化礦井。礦井東南距新鄉(xiāng)市39km，西南距焦作市50km，東北距輝縣市17km，南距獲嘉縣20km，其間均有公路相通。在工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)建有洗煤廠，有煤炭裝 載站與鐵路專(zhuān)用線相連。

趙固一礦井田位于新鄉(xiāng)、焦作兩市交界，煤田劃分屬焦作煤田，含煤地層總厚度237.53m，含煤21層，煤層總厚11.41m。根據(jù)礦井煤層賦存特點(diǎn)和開(kāi)拓部署，全井田共劃分9個(gè)盤(pán)區(qū)，盤(pán)區(qū)開(kāi)采順序本著先近后遠(yuǎn)的原則，先投產(chǎn)水平上緊靠工業(yè)廣場(chǎng)煤柱東側(cè)的東一盤(pán)區(qū)，接替盤(pán)區(qū)為西二盤(pán)區(qū)。然后順序開(kāi)采西 六盤(pán)區(qū)、西五盤(pán)區(qū)、西八盤(pán)區(qū)和西十盤(pán)區(qū)。

3 工作面開(kāi)采沉陷分析

3.1 開(kāi)采沉陷分析方案

根據(jù)礦井生產(chǎn)布局，在東一盤(pán)區(qū)西部布置11011工作面，工作面上方地勢(shì)平坦，具體位于工業(yè)廣場(chǎng)以東與石門(mén)河之間，文莊村東南，中南部地面有西北流村，東北流村位于工作面南部以東地面，輝吳公路、輝吳小鐵路及多條水溝從工作面南部上方穿過(guò)。（如圖1所示）11011工作面煤層傾角較小，僅為2°～6°，屬緩傾斜煤層，走向長(zhǎng)度1300m，傾向長(zhǎng)度180m，煤層平均厚度5.82m，采深568.7～581.3m，平均采深575m，松散層厚480m，平均開(kāi)采速度3.5m/d，采用綜合機(jī)械化開(kāi)采[3-4]。

圖1 11011工作面井上下位置示意圖

3.2 開(kāi)采沉陷分析參數(shù)選取

根據(jù)相鄰11011工作面回采過(guò)程中地表下沉觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，地表移動(dòng)預(yù)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 地表移動(dòng)預(yù)計(jì)參數(shù)

根據(jù)表1中的參數(shù)，基于開(kāi)采沉陷概率積分法基本原理[5]，利用開(kāi)采沉陷預(yù)計(jì)軟件，對(duì)11011工作面開(kāi)采后的地表移動(dòng)變形規(guī)律進(jìn)行分析，并繪制工作面的下沉、傾斜、曲率和水平移動(dòng)、水平變形的等值線圖，以分析開(kāi)采沉陷對(duì)地表的村莊建筑物和道路的影響。

3.3 開(kāi)采沉陷影響分析

根據(jù)開(kāi)采方案的要求，對(duì)11011工作面開(kāi)采后地表移動(dòng)變形進(jìn)行了分析（如表2所示），下沉、傾斜、曲率和水平移動(dòng)、水平變形的等值線圖如圖2至圖6所示。通過(guò)分析，下沉最大值為4100mm，傾斜值的變化范圍為-26.7～26.9mm/m，曲率的變化范圍為-0.44～0.23mm/m2，水平移動(dòng)的變化范圍為-1757～1766mm，水平變形的變化范圍為 -29.3～15.0mm/m。

表2 地表移動(dòng)變形范圍值

圖2 下沉等值線

圖3 傾斜等值線

圖4 曲率等值線

礦井為厚沖積層薄基巖條件下開(kāi)采，煤層開(kāi)采厚度大，推進(jìn)速度較快，地表將產(chǎn)生劇烈的沉陷變形。通過(guò)表2可知，地表沉陷最大下沉值為4.1m，將近達(dá)到采厚的0.8倍，水平移動(dòng)最大為1.8m，水平變形最大為-30mm/m左右，參數(shù)明顯偏大，對(duì)沉陷范圍內(nèi)村莊A的建（構(gòu)）筑物有較大影響，對(duì)村莊B的西南部分有一定影響，對(duì)道路的沉降影響已達(dá)4m左右。根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定，地面建（構(gòu)）筑物和設(shè)施通過(guò)邊開(kāi)采、邊觀測(cè)、邊維修的方式，確保村莊和道路的安全使用。

圖5 水平移動(dòng)等值線

圖6 水平變形等值線

4 結(jié)論

通過(guò)研究得出，該礦井松散層厚達(dá)到480m，屬于特厚松散層薄基巖開(kāi)采，因其開(kāi)采后松散層會(huì)產(chǎn)生固結(jié)影響，所以開(kāi)采沉陷預(yù)計(jì)參數(shù)偏大，最大下沉值已達(dá)4.1m，水平移動(dòng)最大達(dá)到1.8m，水平變形最大達(dá)到-30mm/m左右。這些變形值對(duì)村莊A的建筑物、構(gòu)筑物和范圍內(nèi)道路會(huì)造成較大影響，對(duì)村莊B的西南部分有一定影響，開(kāi)采時(shí)要時(shí)刻監(jiān)測(cè)其安全狀況。