徐青松

(潞安集團 左權阜生煤業(yè)有限公司，山西 左權 032600)

綜放開采一次采出煤厚較大，這將導致極為嚴重的地表沉降和大規(guī)模的地表裂縫，在地表產(chǎn)生大量臺階，使得采煤塌陷區(qū)范圍內(nèi)的道路受損，并對地表環(huán)境產(chǎn)生極其惡劣的影響[1-3]。因此，非常有必要對綜放工作面地表移動及下沉進行觀測，并制定嚴密的地表修復措施，對裂縫及時進行回填和修復[4]。

1 工程概況

阜生煤業(yè)1106綜放工作面開采15號煤層，煤層為黑色，半亮型～半暗型煤。煤層內(nèi)生裂隙不發(fā)育，見平行層狀節(jié)理，含黃鐵礦結核及散晶。15號煤層結構較為簡單，含0～3層夾矸，煤層厚度約5.8 m，傾角5～16°，平均9°。工作面切眼長度為132.5 m，走向長度為675 m，如圖1所示。采高3.0 m，放煤高度2.8 m，采放比1∶0.966，工作面循環(huán)進度為0.8 m。工作面標高為+1 031～1 163 m，對應地表標高+1 222～+1 310 m，工作面埋深為+59 ～+252 m。

1106綜放工作面總體呈東北向高、西南向低態(tài)勢，為一北西傾向單斜構造，煤層局部地方底板有起伏變化，形成小型褶曲，褶曲轉折端煤層及頂板裂隙極為發(fā)育，煤層較為破碎。1106工作面巷道掘進期間共揭露3個構造，分別如下：F10斷層，距運巷開口約97 m，落差2 m、走向32°、傾角48°，不在回采范圍內(nèi)，不會對回采產(chǎn)生影響；X15陷落柱，影響工作面推進約46 m，沿切眼方向約31 m；X21陷落柱，影響工作面推進27 m，沿切眼方向約11 m。

2 地表移動觀測站布設

為獲得阜生煤業(yè)1106綜放工作面較為準確的地表移動情況，根據(jù)工作面上賦巖層結構特點、地表地形及地物分布情況，按照前期預測得到的工作面開采地表沉陷結果，分別在工作面上方對應地表布設了2條觀測線，并設置巖移觀測站。沿1106綜放工作面走向布設1條走向觀測線A，共布置測站66個，測線方向與工作面走向一致，沿1106綜放工作面傾向方向布設傾向觀測線B，共布置測站34個，且傾向線與走向觀測線A垂直; 走向觀測線長度為800 m，傾向觀測線總長度為200 m，如圖2所示。

3 地表移動觀測結果分析

3.1 地表沉陷盆地特征分析

從1106綜放工作面開始回采到1106綜放工作面回采結束后6個月，現(xiàn)場共計進行全面地表移動觀測30次，依據(jù)觀測數(shù)據(jù)繪制了工作面對應地表走向移動觀測線A和傾向觀測線B的下沉曲線，如圖3所示。圖3橫軸為測點編號，在工作面走向測線A從開切眼到停采線測點編號從小到大依次增加。傾向線B測點編號由北至南從小到大依次增加。

圖3 不同時期的地表下沉曲線

由圖3(a)可知，走向下沉曲線A在工作面走向方向具有明顯的起伏變化，這是由于1106工作面走向方向上煤層厚度不斷變化造成的，但開采造成的地表移動盆地在走向方向具有明顯的盆底特征，走向方向地表剖面形狀呈明顯盤形，這表明地表已經(jīng)達到充分采動狀態(tài)，因而具有盆地特征。由圖3(b)可知，工作面傾向下沉曲線B則無明顯盆底特征，屬于非充分采動狀態(tài)，這是由于工作面長度較短，使得上覆巖層不能充分垮落，且采空區(qū)處垮落巖層未能得到充分壓實作用，因而，地表移動和變形具有顯著的連續(xù)漸變特點。

3.2 主要巖移預計參數(shù)的求取

充分采動狀態(tài)下，當在煤層傾角α小于50°時，地表下沉系數(shù)為[6]：

q=Wcm/(m×cosα)

(1)

式中：Wcm為地表最大下沉值，m為煤層厚度，α為煤層傾角。傾向線B煤層厚度為6.3 m，最大下沉點Q19處的地表下沉值為5.1 m，傾角9°。計算得，地表下沉系數(shù)q≈0.82。地表水平移動系數(shù)為最大水平移動值與地表最大下沉量的比值，實測數(shù)據(jù)中，地表最大水平移動值為1.6 m ，地表最大下沉值為5.1 m，計算得到水平移動系數(shù)為b= 0.31。

3.3 地表最大下沉速度分析

煤層開采后，覆巖應力將發(fā)生重新分布，在采動應力作用下采空區(qū)巖層將發(fā)生破壞、垮落，并逐步影響至地表，導致地表沉降。在此過程中，地表下沉速度從零開始逐漸增大，并在達到最大值后逐漸減小，最后趨于零。地表下沉速度的變化主要與煤層采高、頂板管理方式、覆巖破斷形成的結構等因素密切相關[5]。圖4為不同時期最大下沉點地表下沉速度及下沉量曲線，橫坐標t為時間(單位：月)，縱坐標W表示垂直下沉量(單位：mm)，縱坐標V表示下沉速度(單位：mm/d)，縱坐標L為水平移動量(單位：mm)。由圖4可知，本次地表移動觀測中，在工作面回采期間觀測區(qū)域范圍內(nèi)的地表最大下沉速度較大，為142 mm/d，這說明1106綜放開采地表沉降非常明顯，地表變形極為劇烈。

圖4 1106綜放工作面最大下沉點的地表下沉速度

3.4 地表移動持續(xù)時間分析

地表移動持續(xù)時間是指地表從開始發(fā)生移動下沉到地表移動下沉穩(wěn)定的時間間隔，一般可將這一過程劃分為3個階段[6]。

1) 地表移動初始期：從地表發(fā)生移動下沉(地表最大下沉量達到10 mm 時即為地表移動的開始時間)到地表下沉速度達到1.7 mm/d的這一階段稱為地表移動初始期。

2) 地表移動活躍期：地表從開始發(fā)生移動下沉到下沉速度大于1.7 mm/d 的階段。

3) 地表移動衰退期：從地表下沉速度小于1.7 mm/d開始到連續(xù)6個月地表下沉值均小于30 mm的這一階段。

由圖4可知，1106綜放面地表移動初始期約為23 d，活躍期時長約為142 d，衰退期約為40 d，地表移動延續(xù)時間約為205 d。

4 結 語

1) 阜生煤業(yè)1106綜放工作面為走向充分而傾向非充分采動工作面，通過計算可得地表下沉系數(shù)為0.82，而水平移動系數(shù)為0.31。

2) 1106工作面對應地表的最大下沉速度約為142 mm/d，工作面地表移動持續(xù)時間約為205 d，其中地表移動活躍期達到總時間的68%，活躍期相對較長，說明綜放開采的地表沉降較為活躍。