楊繼剛

摘 要：本文通過分析煤礦多煤層條帶開采地表下沉數(shù)據(jù)，確定采區(qū)實際下沉參數(shù)。使采區(qū)開采方案更趨近于現(xiàn)場實際。為采區(qū)全面開采和地表建筑保護提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：條帶開采；下沉參數(shù)；沉降研究

中圖分類號：TD325 文獻標(biāo)識碼：A

1.采區(qū)概況

采區(qū)地表標(biāo)高+15～+20m，該區(qū)域可采煤層從上到下分別有5、8、9、12-1和12-2煤層5個煤層，在本區(qū)各煤層的平均厚度相應(yīng)為1.9m、3.7m、6.0m、2.4m、4.0m。上限標(biāo)高-500，下限標(biāo)高-820m，平均煤層傾角10?左右。5煤層上覆地層以各類砂巖為主，覆巖堅硬。

2.開采情況

自2007年9月至2011年9月，5煤層已開采3個工作面，分別為5-1、5-2、5-3。8煤層開采6個工作面，分別為8-1、8-2、8-3、8-4、8-5、8-6。上述5煤、8煤條采工作面采寬都為60m，留設(shè)煤柱90m。

3.地表巖移觀測站的設(shè)計及觀測情況

地表巖移觀測站應(yīng)沿煤層走向和傾向分別布置，但由于現(xiàn)場的條件限制，沿工作面上方道路布置觀測站，根據(jù)現(xiàn)場條件確定兩條觀測線，即L線和A線，其中L線設(shè)點57個，點號分別為L1～L53及R1～R4，A線共設(shè)點31個，點號分別為A1～A31，設(shè)控制點4個，點號分別R1～R4，總共88個點?？刂泣c之間的點間距為50m，工作測點之間的間距平均為30m。具體觀測線位置與測點布置詳如圖1所示。

4.變形預(yù)計方案及參數(shù)確定

采用長壁式全部冒落法開采時，預(yù)計地表下沉與變形的方法有多種，比如將地下開采簡化成一種力學(xué)模型，應(yīng)用有限單元法進行分析計算，即可得到地表的移動和變形。由于這種方法需要大量的巖石物理力學(xué)參數(shù)，準(zhǔn)確地獲取這些參數(shù)又比較困難，使這種方法的應(yīng)用受到了一定的限制。而在實踐中應(yīng)用比較廣泛的還是剖面函數(shù)法和影響函數(shù)法。

剖面函數(shù)法來源于實際觀測數(shù)據(jù)、預(yù)計精度比較高；影響函數(shù)法把地下采區(qū)看成由無窮多個單元開采組成，每個單元開采都會引起相應(yīng)地表點的沉陷，對整個采出空間進行積分就是地表沉陷的預(yù)計公式。但采用條帶部分開采方法時，預(yù)計地表移動和變形的方法是目前尚未很好解決的問題，還沒有一個公認(rèn)的能用于部分開采法的預(yù)計地表移動和變形的通用算法，因此目前仍采用常規(guī)方法進行預(yù)計。針對唐山礦鐵三區(qū)建（構(gòu)）筑物下條帶開采的實際情況，經(jīng)分析確定采用概率積分法進行地表移動變形預(yù)計。

根據(jù)兗州礦區(qū)（含濟寧煤田）大采深工作面和條采工作面開采的觀測數(shù)據(jù)和開灤林西礦的條采經(jīng)驗，在條采工作面采長充分，采寬極不充分條件下，即開采的寬深比小于0.2，且基巖厚度與采寬的比值大于3時，其條采系統(tǒng)的下沉系數(shù)一般均小于開采工作面的寬深比，為安全起見，可以用寬深比作為預(yù)計條采系統(tǒng)下沉系數(shù)的依據(jù)，即：

另外條采系統(tǒng)影響范圍要比全采大，即主要影響范圍角正切tgβ要變小，實際拐點的地表位置要偏向煤柱側(cè)。

水平移動系數(shù)：b=0.233；主要影響角正切：tgβ=1.2；拐點偏移距：S=0；開采影響傳播角：θ=90°-0.67α；地表標(biāo)高按+20m。

5.觀測結(jié)果分析

經(jīng)過2007年1月～2014年9月20日地表移動觀測站觀測，A線地表觀測點累計下沉為-31㎜～-189㎜之間，L線地表觀測點累計下沉為+6㎜～-178㎜之間，地表下沉曲線與預(yù)計下沉曲線對比圖參照圖2。從地面實際調(diào)查也未發(fā)現(xiàn)建（構(gòu)）筑物明顯開采損壞跡象。

結(jié)論

（1）條采方案地表下沉預(yù)計與實際觀測比較

根據(jù)條采設(shè)計方案5、8煤層條采結(jié)束后，累計最大下沉應(yīng)為-458mm。由于采區(qū)地質(zhì)情況復(fù)雜，井下工作面遇到斷層及物探異常區(qū)，實際工作面開采比設(shè)計短，對實際開采工作面采用上述參數(shù)進行預(yù)計，最大下沉為-220mm。地表下沉系數(shù)取q條=0.0722。根據(jù)地表移動觀測站實際觀測，累計下沉值未超過原條采設(shè)計預(yù)計最大下沉值，說明條采設(shè)計方案是合理的。

（2）與開采充分程度有關(guān)

由于條帶開采是將被開采煤層分成比較正規(guī)的條帶形狀，采一條，留一條，使留下的條帶煤柱支撐上覆巖層的重量，而地表只產(chǎn)生較小的移動和變形。而上覆巖層的重量由條帶煤柱和邊界煤巖體來承擔(dān)，地表的下沉量主要是條帶煤柱和煤柱上方巖柱的壓縮量。由于該區(qū)域5煤層開采3個條采工作面，8煤層開采的6個條采工作面由于斷層及勘探發(fā)現(xiàn)異常使條帶工作面局部不可采，因此該區(qū)域還未達到條帶開采充分采動，所以煤柱上覆巖體的重量并為完全加載到煤柱上方，部分上覆巖體的重量加載到邊界煤巖體，條帶煤柱和煤柱上方的巖體的壓縮量并不大，地表下沉并不明顯，但隨著開采范圍的加大和下覆各煤層的逐漸開采，地表下沉將繼續(xù)增大。

參考文獻

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