路 鑫，宋旭斌，張曉巖，范鵬凱

(潞安化工集團(tuán)有限公司 古城煤礦，山西 長(zhǎng)治 046000)

隨著采煤工作面不斷回采，“三下”壓煤，尤其是井田范圍內(nèi)村莊壓煤?jiǎn)栴}日益突出[1-2]，不僅對(duì)地表建筑物造成了不同程度的破壞，也影響著人們的生產(chǎn)生活。為保證工作面的合理布置和礦井的可持續(xù)發(fā)展，地表沉陷觀測(cè)顯得尤為重要。為此，本文以古城煤礦N1305工作面為觀測(cè)工作面，進(jìn)行地表巖移觀測(cè)方案設(shè)計(jì)，分析觀測(cè)數(shù)據(jù)，為后續(xù)工作面回采地表建筑物保護(hù)、煤柱留設(shè)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 工程概況

N1305工作面西接N1303工作面，東接N1306工作面。北面為實(shí)體煤，南面接?xùn)|翼輔運(yùn)大巷。工作面沿3號(hào)煤層底板進(jìn)行回采，煤層平均厚度為6.32 m，煤層傾角平均為5°，工作面平均埋深542 m，采高為3.2 m，采用綜采放頂煤方式回采，全部垮落法管理頂板。工作面頂?shù)装迩闆r見表1。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r

2 地表巖移觀測(cè)方案設(shè)計(jì)

2.1 地表巖移觀測(cè)站設(shè)計(jì)

2.1.1 設(shè)計(jì)參數(shù)的選取

五陽煤礦位于古城煤礦北側(cè)約30 km處，同屬于潞安集團(tuán)，生產(chǎn)地質(zhì)條件相似，將五陽煤礦七五采區(qū)綜采放頂煤工作面的實(shí)測(cè)地表移動(dòng)參數(shù)，作為本次觀測(cè)站的設(shè)計(jì)參數(shù)。走向移動(dòng)角δ為73°；上山移動(dòng)角γ為73°；下山移動(dòng)角β為68°；松散層移動(dòng)角φ為55°；煤層傾角α為5°；最大下沉角θ=90°-α。

根據(jù)《煤礦測(cè)量規(guī)程》相關(guān)規(guī)定，各移動(dòng)角修正值見式(1)：

Δγ=Δδ=Δβ=20°

(1)

2.1.2 觀測(cè)站設(shè)計(jì)

N1305工作面位于古城煤礦北一盤區(qū)，該區(qū)域地表地勢(shì)比較平坦，地表村莊建筑物較少。因此建議沿N1305工作面走向方向和傾向方向各設(shè)1條觀測(cè)線，觀測(cè)線應(yīng)設(shè)在地表移動(dòng)的主斷面上，并且測(cè)點(diǎn)應(yīng)有一定密度[3-5]。開采煤層為近水平煤層，上述設(shè)計(jì)完全能夠滿足今后求各種巖移參數(shù)的要求。

1) 傾向觀測(cè)線的布置。根據(jù)0707號(hào)地質(zhì)鉆孔顯示，N1305工作面埋藏深度為503.8～581.4 m，平均埋深542 m，推進(jìn)長(zhǎng)度為2 175 m，采面長(zhǎng)352 m，表土層厚度83 m。工作面在走向方向上采動(dòng)是充分的，傾斜觀測(cè)線在工作面推進(jìn)方向上的位置必須超過開切眼距離，見式(2)：

D1=(H0-h)cot(δ-Δδ)+hcotφ

(2)

式中：H0為工作面平均采深；h為松散層厚度；δ為走向移動(dòng)角；Δδ為走向移動(dòng)角修正值；φ為松散層移動(dòng)角。求得D1為404 m。

由此可得傾向觀測(cè)線距離必須大于切眼404 m。根據(jù)地表情況，選取傾向觀測(cè)線布置在工作面切眼內(nèi)側(cè)525 m處，測(cè)點(diǎn)間距取25 m，在傾向觀測(cè)線東端布置3個(gè)控制點(diǎn)，間距取45 m，控制點(diǎn)與工作點(diǎn)之間的間距亦為45 m。

2) 走向觀測(cè)線的位置。走向觀測(cè)線位置確定方法為：從采空區(qū)中心以最大下沉角劃線向上延伸與地表交于O點(diǎn)，通過O點(diǎn)作平行工作面走向的垂直斷面，即為走向觀測(cè)線布置位置。由于N1305工作面走向長(zhǎng)度大于0.9，可設(shè)置半條走向觀測(cè)線。

走向觀測(cè)線測(cè)點(diǎn)間距為25 m，在切眼外側(cè)的移動(dòng)邊界范圍外布置3個(gè)控制點(diǎn)，控制點(diǎn)間距為45 m，控制點(diǎn)與工作點(diǎn)間距為45 m。見圖1。

圖1 工作面測(cè)點(diǎn)布置

N1305工作面地表巖移觀測(cè)站走向觀測(cè)線長(zhǎng)1 110 m，布置工作點(diǎn)個(gè)40，控制點(diǎn)3個(gè)；傾向觀測(cè)線長(zhǎng)1 435 m，布置工作點(diǎn)52個(gè)，控制點(diǎn)3個(gè)。地表巖移觀測(cè)站詳細(xì)情況見表2。

表2 N1305工作面地表巖移觀測(cè)站測(cè)點(diǎn)布置情況

2.2 測(cè)點(diǎn)的構(gòu)造及埋設(shè)

控制點(diǎn)和工作點(diǎn)用混凝土現(xiàn)澆而成。首先在標(biāo)定的位置上挖1個(gè)直徑0.2～0.3 m、深度不小于0.8 m的坑，然后用混凝土灌注，中間用D20 mm的鋼筋作標(biāo)志，標(biāo)志頂部制作1個(gè)深3～5 mm、直徑小于2 mm的十字線，作為測(cè)點(diǎn)標(biāo)志的中心。

3 觀測(cè)內(nèi)容

3.1 連接測(cè)量

觀測(cè)點(diǎn)凝固后，根據(jù)古城煤礦地面控制網(wǎng)進(jìn)行連接測(cè)量。首先測(cè)出測(cè)線上1個(gè)控制點(diǎn)的平面位置和高程，由此求出其它測(cè)點(diǎn)的位置和高程，其中控制點(diǎn)的高程精度不低于三等水準(zhǔn)測(cè)量的要求。

3.2 全面測(cè)量

在工作面回采之前要對(duì)所有的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行兩次全面觀測(cè)。兩次全面觀測(cè)所得同一點(diǎn)高程差不大于10 mm，長(zhǎng)度差不大于4 mm，取兩次觀測(cè)平均值作為觀測(cè)站的原始數(shù)據(jù)。

在回采工作面推進(jìn)大約30～60 m時(shí)，在可能出現(xiàn)移動(dòng)的位置，對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量，如有下沉，則說明地表已開始移動(dòng)。隨著工作面回采，地表下沉進(jìn)入活躍期，進(jìn)入地表下沉活躍期后，至少進(jìn)行4次全面觀測(cè)。一般每月觀測(cè)1次，在測(cè)點(diǎn)下沉明顯區(qū)域，應(yīng)適當(dāng)增加觀測(cè)次數(shù)。若有測(cè)點(diǎn)下沉量每月小于50 mm，表明地表移動(dòng)進(jìn)入衰退期，每2～3個(gè)月觀測(cè)1次即可。當(dāng)測(cè)點(diǎn)下沉量3個(gè)月內(nèi)不超過30 mm，表明地表下沉已穩(wěn)定，需進(jìn)行1次全面觀測(cè)，即末次觀測(cè)。在每次觀測(cè)時(shí)，要記錄好工作面回采里程、工作面推進(jìn)速度等有關(guān)情況，記錄并在圖上標(biāo)注地表裂縫位置、裂縫長(zhǎng)度及深度。

4 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)每次觀測(cè)成果計(jì)算得到的測(cè)點(diǎn)下沉量，繪制測(cè)線下沉曲線圖，得出地表移動(dòng)盆地最大下沉點(diǎn)位置及數(shù)值；根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)，求得各測(cè)點(diǎn)移動(dòng)和變形值，繪制移動(dòng)和變形曲線圖，分析移動(dòng)和變形的規(guī)律。測(cè)點(diǎn)變形曲線圖和測(cè)線下沉曲線圖應(yīng)標(biāo)注清楚工作面回采位置、松散層厚度，巖層柱狀、開采厚度等情況。根據(jù)測(cè)點(diǎn)下沉與工作面回采關(guān)系，得出工作面開采影響超前距、滯后距以及地表移動(dòng)持續(xù)時(shí)間等參數(shù)。

5 結(jié) 語

古城礦是潞安集團(tuán)的新生礦井，缺乏對(duì)地表移動(dòng)變形規(guī)律的研究。文章通過對(duì)地表巖移規(guī)律系統(tǒng)研究，求取各種巖移參數(shù)，包括地表下沉系數(shù)、水平移動(dòng)系數(shù)和各種特定巖移預(yù)計(jì)參數(shù)，總結(jié)本礦區(qū)厚松散層、綜采放頂煤條件下的地表移動(dòng)變形規(guī)律，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)研究，獲得本條件下地表巖移規(guī)律和巖移參數(shù)，為本礦井后續(xù)“三下”壓煤開采打下基礎(chǔ)。