王 偉

(山西西山晉興能源有限責(zé)任公司，山西 太原 030053)

西山晉興能源有限責(zé)任公司斜溝礦位于河?xùn)|煤田北部，呂梁山脈的西北端，礦區(qū)面積88. 54 km2。礦區(qū)內(nèi)總體上為一走向近南北，傾向西的單斜構(gòu)造，巖層傾角5° ～16°。礦區(qū)內(nèi)山河交錯，溝壑縱橫，山川層疊，侵蝕沖刷劇烈，為低山黃土丘陵區(qū)，區(qū)內(nèi)地表大部分被第三系上新統(tǒng)(N2b)和第四系上更新統(tǒng)(Q3m)、全新統(tǒng)(Q4)所覆蓋，基巖僅在溝谷中出露。斜溝井田內(nèi)共含7 層可采或局部可采煤層，自上而下依次為山西組的4#、5#、6#、8#煤層和太原組的10#、12#、13#煤層。目前，主采8#和13#煤層，由于8#煤層位于13#煤層上方，所以，13#煤層的開采屬重復(fù)開采。本文結(jié)合斜溝煤礦13#煤層23103 工作面巖移觀測站的實測資料和地表破壞的現(xiàn)場調(diào)查，分析研究了山區(qū)及重復(fù)采動下的地表變形規(guī)律和地表破壞規(guī)律。

1 地表巖移觀測

23103 工作面開采太原組13#煤層，四周無采空區(qū)，上部為8#煤層18109 工作面和18107 工作面采空區(qū)，屬重復(fù)開采。工作面沿走向布置，走向長為2 940 m，傾向長242.4 m，采厚14.38 m，，傾角9°，工作面底板標(biāo)高698 ～758 m，地面標(biāo)高970 ～1 140.9 m。直接頂為泥巖，老頂為中粒砂巖。

23103 工作面地表為低山黃土丘陵區(qū)，地表起伏較大。根據(jù)23103 工作面地表實際情況，沿走向主斷面布設(shè)半條走向觀測線(Z 線)，沿傾向主斷面布設(shè)1條傾向觀測線(O 線)，走向和傾向觀測線測點(diǎn)間距30 m，控 制 點(diǎn) 9 個，監(jiān) 測 點(diǎn) 43 個，總 測 線長度2 119 m。

2 山區(qū)重復(fù)采動下的地表移動規(guī)律分析

根據(jù)現(xiàn)場實測資料，通過計算及分析地表移動變形的動態(tài)和靜態(tài)分布規(guī)律，獲取了開采13#煤層的各種角量參數(shù)和地表移動概率積分法變形預(yù)計參數(shù)。另外，斜溝煤礦于2008 年6 月在該礦區(qū)8#煤18111工作面開展了地表沉陷觀測，8#煤和13#煤的具體參數(shù)見表1，并繪制了地表移動變形走向觀測線(Z 線)地形斷面圖(見圖1)，傾向觀測線(O 線)地形斷面圖(見圖2)，走向觀測線Z 線和傾向觀測線O 線的水平移動分布曲線圖(見圖3，圖4)。

通過對表1，圖1 ～圖3 和圖4 進(jìn)行綜合分析，發(fā)現(xiàn)山區(qū)重復(fù)采動條件下的巖移規(guī)律，具體表現(xiàn)在以下幾個方面:

1)利用開采23103 工作面求取的地表移動參數(shù)和開采上部8#煤所求取的參數(shù)進(jìn)行對比分析，得出23103 工作面厚煤層、重復(fù)開采情況下的巖移規(guī)律:a)邊界角、移動角、裂縫角、超前影響角、最大下沉速度滯后角、下沉系數(shù)和水平移動系數(shù)等參數(shù)值比8#煤要小。b)充分采動角、最大下沉角和主要影響角正切值明顯比8#煤變大。c)拐點(diǎn)偏移距和8#煤區(qū)別不大。

表1 實測開采沉陷基本參數(shù)表

2)由于受山區(qū)地形坡度的影響，使得地下開采引起山體滑移或滑坡，坡體的上部因拉應(yīng)力或推應(yīng)力的作用產(chǎn)生向下坡方向的滑移，進(jìn)而引起下坡方向的水平移動增大，造成水平移動的最大主方向是坡體的最大傾斜方向;而在山體的溝谷部位由于山體的滑移影響，產(chǎn)生變形擠壓，結(jié)果使地表上升，造成了指向山體下坡方向的水平移動增大。從圖3，4 可以看出，水平移動曲線與平地不相似，指向下坡方向的水平移動增大，地表移動的范圍增大，移動角和邊界角較平地偏小。

3)受山區(qū)地形的影響，地表移動觀測線上各點(diǎn)的水平移動包括觀測線方向的水平移動和垂直于觀測線方向的橫向水平移動兩個部分。

3 山區(qū)重復(fù)采動下地表破壞分析

3.1 開采引發(fā)的地表裂縫分析

從23103 工作面地表實地調(diào)查的裂縫情況看，地表明顯出現(xiàn)了縱橫交錯的多條大裂縫，地表裂縫的走向具有較強(qiáng)的規(guī)律性:大致與工作面走向方向相垂直。地表產(chǎn)生的裂縫主要出現(xiàn)在走向觀測線Z 線的Z20 ～Z30 范圍內(nèi)，也就是在靠近23103 工作面的開切眼附近(見圖5)。

從產(chǎn)生的裂縫看，在走向觀測線Z 線經(jīng)過的山坡上(Z20 -Z30 附近)裂縫較為明顯，其裂縫走向與工作面推進(jìn)方向大致垂直。從移動變形上看，該區(qū)域隨工作面的推進(jìn)，先處在水平拉伸變形區(qū)域，后處在水平壓縮變形區(qū)域，因而裂縫的發(fā)育先隨工作面推進(jìn)張開，而后隨工作面的遠(yuǎn)離，部分裂縫自行彌合或?qū)挾葴p小。另一部分裂縫均出現(xiàn)在梁峁部位，裂縫走向大致與梁峁的下坡方向垂直，寬度不一，縱橫交錯，梁峁邊緣部位形成向坡體下方的永久性滑塌。

圖1 走向觀測線Z 線地形斷面圖

圖2 傾向觀測線O 線地形斷面圖

圖3 走向線Z 線水平移動分布曲線圖

圖4 傾向線O 線水平移動分布曲線圖

綜合分析可以得出，地表裂縫的出現(xiàn)主要與兩個因素有關(guān):一是地表坡度和坡向。一般裂縫的走向大致與梁峁部位的地表坡向相垂直，近似沿等高線方向發(fā)育;二是工作面的開采。地表裂縫的產(chǎn)生大致與開采工作面推進(jìn)方向呈平行關(guān)系，隨工作面的開采先張開，后自行彌合或?qū)挾葴p小。

圖5 23103 工作面開采地表裂縫分布圖

3.2 開采引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害分析

根據(jù)實際觀測和調(diào)查分析，開采對工作面上方地表、植被、水系以及工業(yè)設(shè)施造成較為嚴(yán)重的破壞。對由開采引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害分析如下:

1)開采對土地的破壞。

開采對土地的破壞首先是引起了地表出現(xiàn)裂縫。該區(qū)內(nèi)因開采引起的地表裂縫無論是在長度還是在寬度上均較大，且較為發(fā)育，破壞了土地的整體性，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成困難;其次開采引起的地表傾斜變形較大，改變了水的徑流方向，加速了土地水土流失，對土地的平整性和原有的耕作條件造成破壞，加速了土地的干旱和退化進(jìn)程，使山區(qū)土壤環(huán)境進(jìn)一步惡化。

2)土質(zhì)和巖質(zhì)的滑坡。

受山區(qū)開采的影響，梁峁邊緣部位大多數(shù)在開采附加力的影響下，產(chǎn)生拉伸變形，出現(xiàn)地表裂縫，因而會使原來相對較為穩(wěn)定的土質(zhì)和巖質(zhì)邊坡產(chǎn)生滑塌。在觀測區(qū)內(nèi)，實際觀測到有多處風(fēng)化層和黃土坡體邊緣部位出現(xiàn)了滑坡現(xiàn)象，對工農(nóng)業(yè)的安全生產(chǎn)均會造成嚴(yán)重影響。如在傾向觀測線O18 點(diǎn)處產(chǎn)生的整體滑塌，滑塌處植被根系裸露，部分植物死亡，O18#測點(diǎn)也因坡體滑塌而受到破壞。

3)對地貌形態(tài)的影響。

該項目區(qū)內(nèi)地表大部分由黃土覆蓋，在一些梁峁邊緣部位均不同程度地出現(xiàn)了坡體滑塌現(xiàn)象。在山體的溝谷部位，由于受到兩側(cè)山體的滑移影響，在溝谷的底端，原來的臨時路面出現(xiàn)隆起現(xiàn)象。另外，由于地表傾斜變形造成了原地表的坡度發(fā)生變化，改變了地表水徑流方向，加速了區(qū)內(nèi)的水土流失，自然景觀受到破壞。

4 結(jié)束語

通過對斜溝煤礦13#煤地表沉陷觀測數(shù)據(jù)資料進(jìn)行綜合分析研究，以及對礦區(qū)內(nèi)實際地形及開采損進(jìn)行害進(jìn)行調(diào)查，獲得了該礦區(qū)13#煤重復(fù)采動下巖移的實用性成果，提出了符合該礦區(qū)地質(zhì)采礦條件下的地表移動變形參數(shù)，以及開采對地表的破壞規(guī)律，對指導(dǎo)該礦區(qū)的“三下”采煤、保護(hù)煤柱的留設(shè)和礦山環(huán)境的治理具有指導(dǎo)作用，對合理開發(fā)和利用煤炭資源、延長礦井壽命、保護(hù)礦山環(huán)境具有重要意義。

［1］ 杜計平.采礦學(xué)［M］.徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2009:398 -411.

［2］ 李天和，王文光.礦山測量［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2005:196 -210.

［3］ 中華人民共和國建設(shè)部.GB50026 -2007 工程測量規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版社，2008:75 -83.

［4］ 原中華人民共和國能源部.煤礦測量規(guī)程［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2010:72 -77.