＊李云崗

（晉能控股裝備制造集團(tuán)寺河煤礦 山西 048006）

1.引言

針對(duì)煤炭開采帶來(lái)的上覆地表下沉及水平移動(dòng)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)不同地區(qū)[1-3]各礦井采取多種不同的觀測(cè)手段進(jìn)行地表的下沉及水平移動(dòng)數(shù)據(jù)的收集，并總結(jié)規(guī)律，得到適合自身安全生產(chǎn)的解決辦法[4-6]，最終用于指導(dǎo)礦井開采沉陷問(wèn)題的解決。

寺河礦西三盤區(qū)為本礦井的主力生產(chǎn)盤區(qū)，工作面上方建筑物較多，通過(guò)建立地表移動(dòng)與變形觀測(cè)站進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，收集工作面回采過(guò)程中的下沉和水平移動(dòng)數(shù)據(jù)，并對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理化分析，確定適合的巖移參數(shù)。

2.工作面情況介紹及觀測(cè)方法確定

寺河礦西井區(qū)3302工作面走向長(zhǎng)901.03m，傾斜長(zhǎng)296m，工作面煤層底板標(biāo)高為+394～+478m，開采煤層為山西3#煤層，3#煤層厚度平均為6.05m，煤層傾角平均5°。工作面地表基本構(gòu)造形態(tài)與區(qū)域構(gòu)造一致，為一走向北北東、傾向北西西的單斜構(gòu)造。觀測(cè)線設(shè)計(jì)時(shí)控制點(diǎn)間距離為50m，工作測(cè)點(diǎn)間距離為25m。采用常規(guī)全站儀導(dǎo)線測(cè)量方法進(jìn)行全面觀測(cè)。

(1)觀測(cè)方式

觀測(cè)建立以后，收集工作面回采不同階段的地表下沉數(shù)據(jù)和水平移動(dòng)數(shù)據(jù)，直至各觀測(cè)點(diǎn)的數(shù)值變化長(zhǎng)時(shí)間小于30mm，具體觀測(cè)明細(xì)見表1。

表1 工作面上覆地表觀測(cè)明細(xì)表

(2)觀測(cè)數(shù)據(jù)處理及分析

在3302工作面上方布設(shè)一條走向觀測(cè)線A線和一條傾向觀測(cè)線B線，如圖1。

圖1 工作面上方觀測(cè)站布設(shè)圖

在工作面上方設(shè)立了地表移動(dòng)變形觀測(cè)站，工作面回采即開始進(jìn)行地表移動(dòng)變形的觀測(cè)工作，直至下沉值變化不大，累計(jì)監(jiān)測(cè)300天，共進(jìn)行20次觀測(cè)。

3.工作面上覆地面實(shí)測(cè)移動(dòng)變形規(guī)律分析

根據(jù)觀測(cè)站A、B觀測(cè)線歷次觀測(cè)求取的移動(dòng)變形值繪制的移動(dòng)變形曲線圖（圖2～圖5）并對(duì)工作面開采產(chǎn)生的地表移動(dòng)變形作如下分析。

圖2 工作面A線下沉曲線圖

(1)走向主剖面(A線)分析

①下沉規(guī)律分析

由圖2分析及觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算可得：走向觀測(cè)A線最低點(diǎn)地面標(biāo)高為814.45m，最高點(diǎn)地面標(biāo)高為872.74m。在觀測(cè)過(guò)程中地表最大下沉為4.47m。

②水平移動(dòng)規(guī)律分析

由圖3分析及觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算可得：走向方向水平移動(dòng)最大值1.16m，整體曲線規(guī)律一般，負(fù)值明顯大于正值。

圖3 工作面A線水平移動(dòng)曲線圖

(2)傾向主斷面(B線)分析

①下沉規(guī)律分析

由圖4分析及觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算可得：走向觀測(cè)B線最低點(diǎn)地面標(biāo)高為763.98m，最高點(diǎn)地面標(biāo)高為886.94m，地表最大下沉4.38m，受3303工作面鄰采影響B(tài)01～B16間出現(xiàn)突然形變，整體曲線規(guī)律性較差。

圖4 工作面B線下沉曲線圖

②水平移動(dòng)規(guī)律分析

由圖5分析及觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算可得：傾向方向水平移動(dòng)隨工作面推進(jìn)，地表水平移動(dòng)曲線逐漸增大，在觀測(cè)結(jié)束前地面移動(dòng)逐漸穩(wěn)定。

圖5 工作面B線水平移動(dòng)曲線圖

4.工作面上覆地表整體移動(dòng)規(guī)律分析

以前期觀測(cè)收集的數(shù)據(jù)及規(guī)律分析為基礎(chǔ)，確定整個(gè)工作面回采全過(guò)程的地表移動(dòng)模擬參數(shù)，與前期的實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比優(yōu)化，獲得最優(yōu)解。

(1)地表移動(dòng)模擬參數(shù)的優(yōu)化

計(jì)算所得到的參數(shù)結(jié)果如表2所示。

表2 移動(dòng)變形模擬求參計(jì)算結(jié)果一覽表

將各次模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)移動(dòng)變形值相比較，最終選取A線第四次（A4）和B線第四次（B4）作為最佳模擬結(jié)果。實(shí)測(cè)與預(yù)計(jì)對(duì)比曲線見圖6（以A線為例）。

圖6 工作面A線實(shí)測(cè)與預(yù)計(jì)下沉曲線對(duì)比

(2)回采工作面整體移動(dòng)規(guī)律預(yù)計(jì)

由圖6可知，預(yù)計(jì)曲線與實(shí)測(cè)曲線趨勢(shì)相近，對(duì)此，預(yù)測(cè)整個(gè)工作面的沉陷規(guī)律，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)規(guī)律，模擬求參得到最優(yōu)化的預(yù)計(jì)參數(shù)值如表3所示。

表3 地表移動(dòng)變形預(yù)計(jì)最佳參數(shù)

綜合分析觀測(cè)資料及模擬求參的結(jié)果，3#煤層開采概率積分法地表移動(dòng)變形預(yù)計(jì)參數(shù)按如下選?。?/p>

下沉系數(shù)：q=0.75；

水平移動(dòng)系數(shù)：b=0.3；

主要影響角正切：thβ=2.5；

開采影響傳播角：θ=86.5°；

拐點(diǎn)偏移距：Si=0.05H0。

5.結(jié)論

（1）布設(shè)兩條相互垂直的觀測(cè)線，點(diǎn)間距密度高，GPS控制點(diǎn)采用礦區(qū)D級(jí)網(wǎng)點(diǎn)，水準(zhǔn)采用三等水準(zhǔn)，使得到的觀測(cè)數(shù)據(jù)精度更高。

（2）走向線和傾向線均從下沉規(guī)律、傾斜變形規(guī)律、曲率變形規(guī)律、水平移動(dòng)規(guī)律和水平變形規(guī)律5個(gè)方面進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，為最終的結(jié)論提供了有利的數(shù)據(jù)保證。

（3）采用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與概率積分預(yù)計(jì)參數(shù)分析原理相結(jié)合，將計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，并優(yōu)化參數(shù)，獲得最優(yōu)模擬參數(shù)及結(jié)果，得到整個(gè)工作面地表移動(dòng)變形預(yù)計(jì)參數(shù)和地表移動(dòng)規(guī)律。