張道群

摘要：目前徐礦集團(tuán)煤炭資源日趨枯竭，旗下大多煤礦已進(jìn)入深部開采階段，地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，工作面布置不規(guī)則及部分煤礦需要回收邊角煤柱等問題都對(duì)工作面的合理布置及開采后的地表沉陷計(jì)算帶來了嚴(yán)重的影響?；诖?，本文在徐礦集團(tuán)夾河礦深部建立了地表移動(dòng)觀測(cè)站，開展深部地表移動(dòng)變形觀測(cè)工作，分析地表移動(dòng)變形規(guī)律，取得了可靠的地表移動(dòng)變形參數(shù)。通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和深部開采后地表移動(dòng)變形規(guī)律的研究，以期為徐礦集團(tuán)其他礦井的深部開采提供重要的借鑒資料。

關(guān)鍵詞：煤礦資源；深部開采；地表沉陷；移動(dòng)變形規(guī)律

1.研究背景

目前據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國國有煤礦建筑物下、鐵路下、水體下以及承壓水上壓滯的煤炭?jī)?chǔ)量在130億t以上，建筑物下的壓煤量多大80億t，占整個(gè)“三下一上”壓煤量的60%，其中村莊下壓煤量最大，其次是工業(yè)場(chǎng)地下壓煤量，再其次是其他工業(yè)與民用建筑物下壓煤量。徐州礦務(wù)集團(tuán)已有120多年的開采歷史，煤炭資源日趨枯竭，截至2006年底，煤礦可采儲(chǔ)量約5億t左右，其中“三下”壓煤量約3.1億t，占62%。并且目前大多數(shù)礦井已進(jìn)入深部開采階段，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，工作面布置不規(guī)則，甚至有些礦井還需要回收邊角煤柱這些都給工作面的布置及開采后地表沉陷計(jì)算帶來很大難度。

開采沉陷預(yù)計(jì)是“三下”開采設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，地表及移動(dòng)規(guī)律又是正確進(jìn)行開采沉陷預(yù)報(bào)和合理留設(shè)保安煤柱的前提。為了確定丁場(chǎng)，李場(chǎng)，郭橋等村莊受開采影響程度，指導(dǎo)“三下”采義工作及村莊搬遷工作，盡量使村莊不遷或少遷，特在夾河礦深部建立地表移動(dòng)觀測(cè)站，開展深部地表移動(dòng)變形觀測(cè)工作，分析地表移動(dòng)變形規(guī)律，取得可靠的地表移動(dòng)變形參數(shù)。通過現(xiàn)場(chǎng)多個(gè)工作面采后地表觀測(cè)站得到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來分析，研究夾河礦深部煤層開采后地表移動(dòng)變形規(guī)律。其結(jié)果將為徐州礦務(wù)集團(tuán)公司其它礦井的深部開采有著重要的指導(dǎo)意義，同時(shí)對(duì)我國煤炭企業(yè)能最優(yōu)的充分利用煤炭資源、保護(hù)環(huán)境，推動(dòng)煤礦技術(shù)進(jìn)步和煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展也具有重要意義。

2.地面觀測(cè)站的設(shè)計(jì)布置

走向、傾向觀測(cè)線理論上是在工作面上方沿走向、傾向布置兩條垂直觀測(cè)線，根據(jù)夾河煤礦-1000m以下煤層賦存和地面村莊、農(nóng)田、道路等實(shí)際情況，為了不占用地面土地.降低觀測(cè)站的建站費(fèi)用，觀測(cè)點(diǎn)將來易于保存和使用，我們沿河漢公路大寨路各布置一條觀測(cè)線，觀測(cè)點(diǎn)間距50m左右，控制點(diǎn)間距50～80m，計(jì)103個(gè)測(cè)點(diǎn)?？紤]監(jiān)控李場(chǎng)村變形發(fā)展情況，在村內(nèi)布置半條觀測(cè)線，點(diǎn)間距30～50m，測(cè)點(diǎn)20個(gè)。

2.1移動(dòng)角值確定

本設(shè)計(jì)所用參數(shù)采用徐煤局（1990）898號(hào)文規(guī)定的徐州西部礦區(qū)地表移動(dòng)和變形參數(shù)，按國家煤炭工業(yè)局2000年編寫的《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》參照《煤礦測(cè)量手冊(cè)》中移動(dòng)調(diào)整值的選取，并結(jié)合研究區(qū)域煤層傾角20-25°”，局部大于30°，下山，走向及上山移動(dòng)角調(diào)整后的邊界角見下表

兩鉆孔資料本區(qū)沖積厚度選取100m，2447工作面開采上限為-945m，下限為-1010m，地表標(biāo)高為41.5m。

2.2走向、傾向觀測(cè)線長(zhǎng)度

觀測(cè)線的平面位置結(jié)合地表情況選擇，傾向觀測(cè)線起點(diǎn)為河漢公路的黃河橋終至大寨路北約500m，全長(zhǎng)約3500m.走向觀測(cè)線西起徐州市西繞城高速公路，沿大寨路向東約3500m。為配合下一步礦開采計(jì)劃，在李場(chǎng)東西路至西繞城高速公路交叉處及村莊南北小路各設(shè)置兩條觀測(cè)線，測(cè)點(diǎn)間距離50m，控制點(diǎn)間距離80m，走向觀測(cè)線由于采區(qū)內(nèi)工作面布置為雙翼走向長(zhǎng)壁，開切眼向外又與龐莊礦相連，故走向根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況盡量選取至西繞城高速公路附近，測(cè)點(diǎn)間距50m，李場(chǎng)村南北線測(cè)點(diǎn)間距30m，為盡量不受影響，控制點(diǎn)選取時(shí)，盡量選在了西繞城高速公路附近。

3.觀測(cè)站連測(cè)方法與日常觀測(cè)工作分析

根據(jù)夾河礦地面控制網(wǎng)和觀測(cè)站的位置，平面坐標(biāo)依據(jù)徐州市三環(huán)路上的KSL1.STO1兩個(gè)已知GPS點(diǎn)為起始點(diǎn)，采用南方產(chǎn)靈銳S-82靜態(tài)GPS觀測(cè)求得，其精度達(dá)1/11.8萬，首次全面觀測(cè)采用日本產(chǎn)NIKON DTM-532型全站儀測(cè)量測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)，而后根據(jù)坐標(biāo)計(jì)算兩點(diǎn)間距離，導(dǎo)線技術(shù)要求按5”導(dǎo)線要求，水準(zhǔn)技照四等水準(zhǔn)的技術(shù)要求進(jìn)行實(shí)測(cè)，采用瑞士威爾特S3，水準(zhǔn)儀配黑紅面尺。

全面觀測(cè)將各測(cè)點(diǎn)與地面控制網(wǎng)連測(cè)，包括各測(cè)點(diǎn)的水準(zhǔn)測(cè)量、點(diǎn)間距的丈量和測(cè)點(diǎn)偏離觀測(cè)線的支距測(cè)量，地表移動(dòng)前和地表移動(dòng)后的全面測(cè)量必須獨(dú)立進(jìn)行兩次。巡視測(cè)量在一般情況下，切眼起推進(jìn)到13H-1/6H （H為采深）時(shí)，地表開始移動(dòng)，即在預(yù)計(jì)可能首先移動(dòng)的地區(qū)，選出幾個(gè)工作測(cè)點(diǎn)，每隔4～5天進(jìn)行一次水準(zhǔn)測(cè)量，當(dāng)某一點(diǎn)累計(jì)下沉大于10mm時(shí)，即認(rèn)為地表已開始移動(dòng)，可進(jìn)行第一次全面觀測(cè)，當(dāng)進(jìn)入活躍期時(shí)，應(yīng)加密水準(zhǔn)測(cè)量次數(shù)，每次觀測(cè)必須1天內(nèi)完成。

工作面回采結(jié)束后，地表移動(dòng)逐漸轉(zhuǎn)入衰退期，直至穩(wěn)定，可在結(jié)束活躍期的全面觀測(cè)以后，進(jìn)行定期的水準(zhǔn)測(cè)量，其間隔時(shí)間一般為1～3個(gè)月，至地表各點(diǎn)6個(gè)月內(nèi)的下沉量都不大于30mm為止，這時(shí)就可進(jìn)行最后的全面測(cè)量。

采前的水準(zhǔn)測(cè)量按國家四等水準(zhǔn)利量的要求進(jìn)行，移動(dòng)期間和采后的水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，必須先測(cè)量轉(zhuǎn)點(diǎn)的讀數(shù)，再按水準(zhǔn)路線的前進(jìn)方向，讀取各中間點(diǎn)的水準(zhǔn)尺，直至下一個(gè)轉(zhuǎn)點(diǎn)，水準(zhǔn)測(cè)量的各項(xiàng)限差均按現(xiàn)行規(guī)程要求，采前獨(dú)立進(jìn)行的兩次水準(zhǔn)測(cè)量，經(jīng)平差后所得各測(cè)點(diǎn)之差，不得大于10mm，然后取平均值作為原始數(shù)據(jù)，IV等水準(zhǔn)點(diǎn)必須附合于III等的觀測(cè)控制點(diǎn)上，每次水準(zhǔn)測(cè)量前，均應(yīng)對(duì)所用儀器、標(biāo)尺進(jìn)行檢校，達(dá)不到要求，不能使用。

各測(cè)點(diǎn)間的距離測(cè)量采用比長(zhǎng)的鋼尺進(jìn)行往返丈量，丈量時(shí)，對(duì)鋼尺施以15Kg的拉力，以不同起點(diǎn)讀數(shù)三次，讀至0.5mm.三次丈量互差不大于2mm，同時(shí)記錄溫度，計(jì)算時(shí)加入比長(zhǎng)，溫度、傾斜改正。

采用測(cè)距僅進(jìn)行支距測(cè)量時(shí)，先測(cè)出該測(cè)點(diǎn)和兩端控制點(diǎn)之間連線的夾角（a），再測(cè)出該測(cè)點(diǎn)到控制點(diǎn)之間的平距（D），支距S為各點(diǎn)的支距值必須注明它在觀測(cè)線的左方還是右方，或用“+”“-”號(hào)來表示。采前獨(dú)立兩次測(cè)量同一點(diǎn)的支距值之差不得大于30mm，然后取平均值作為原始數(shù)據(jù)。

4.結(jié)論

綜合觀測(cè)站幾年實(shí)測(cè)資料分析有如下結(jié)論：

（1）深部開采影響范圍較大，然而深部開采引起的地表移動(dòng)與變形要比淺都小。相同的地質(zhì)采礦條件下，淺部比深部更容易達(dá)到充分采動(dòng)：隨著采出寬度的不斷增加，不管深部還是淺部地表各項(xiàng)移動(dòng)變形值相應(yīng)增大，但深部增加的幅度要比淺部小。隨著采寬的增加，深部開采引起的水平變形增加幅度既平緩又小。

（2）考慮觀測(cè)站設(shè)立前的下沉值，工作面按多次重復(fù)采動(dòng)影響，根據(jù)最終觀測(cè)資料分析和類比得出，該區(qū)域深部?jī)A斜煤層開采地表移動(dòng)參數(shù)：地表下沉系數(shù)q=0.55，走向移動(dòng)角δ=74°，下山移動(dòng)角β=61°，表土層移動(dòng)角φ=45°，上山移動(dòng)角γ=70°。

（3）深部開采具有影響范圍大，下沉相對(duì)平緩，曲率變形值較小，巖層移動(dòng)角偏大，開采影響傳播系數(shù)偏大，拐點(diǎn)偏移系數(shù)偏小，移動(dòng)周期較長(zhǎng)，活躍程度降低?；夭苫驹诠ぷ髅嫱七M(jìn)500mm左右（5m/d推進(jìn)速度）地面開始受影響，

下山方向比上山方向下沉值要大。