煤矿开采导致地表塌陷的预测方法及其应用

2013-09-07

中国新技术新产品 2013年21期

关键词：井田采区裂隙

（山西省吕梁市石楼县环保局，山西吕梁 032500）

表1 地表移动变形基本参数

地下开采煤炭，形成地面沉陷，煤炭开采引起地表塌陷对环境的影响主要表现在对地表形态、土地资源及农田、地面建筑等方面的影响。

一、地表移动变性的影响因素

地表移动变形受很多因素的影响，煤层的厚度、采深、倾角、上覆岩层的岩性、地质条件、是否分层开采以及顶板管理方法等都直接影响到地表的移动变形，一般预测主要对井田内采区进行稳定预测。

二、地表移动变性预测的方法

地表移动变形预测方法很多，有典型曲线法、负指数函数法、概率积分法等。根据山西煤矿井田地质、煤层赋存条件、采煤方法等开采技术条件，一般采用《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》（以下简称《开采规程》）和《矿区水文地质工程地质勘探规范》（GB12719-1991）附录F中推荐的公式中所列预计方法。

三、举例说明

武甲煤矿采用斜井开拓方式，开采3号煤层，布置一采区一个生产采区，共布置两个综掘工作面。矿井采用长壁综采一次采全高的采煤方法。

表2 地表下沉、移动与变形最大值计算结果

1 地表变形参数的选取。武甲煤矿覆岩类型属于中硬，采用概率积分法进行地表变形预测。地表变形的参数见表1中的数据。根据3号煤层埋深情况，选取380m-660m的采深进行计算。根据上述各参数计算得到的地表下沉、移动与变形最大值见表2。

由表2可见，煤层开采后平均最大下沉值为3192.73mm；平均最大倾斜值随煤层厚度和采深不同在0mm/m～17.79mm/m之间变化；平均最大曲率值随煤层厚度和采深不同在0～0.15（10-3/m）之间变化；水平移动最大值的平均值为965.54mm之间；最大水平变形平均值随煤层厚度和采深不同在0～8.11mm/m之间变化。

3 地表沉陷程度和影响范围预测结果。在采取留设煤柱的条件下，煤炭开采对这几个村庄基本没有影响。王沟村的北部及坡上村东部落在了-10mm和-200mm等值线之间，煤炭开采对王沟村的北部及坡上村东部有所影响。晋侯高速公路、西气东输管道、杨河和沿河北岸的陵沁公路位于-10mm等值线的以外，不受采区采动的影响。

煤矿开采后总沉陷面积为5.63km2，其中沉陷值在800mm以上的面积为1.67km2。沉陷区域均未超出井田边界。

4 井下采煤产生的冒落带、裂隙带最大高度的预计。冒落带最大高度和导水裂隙带最大高度预测选用《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中推荐的模式和《矿区水文地质工程地质勘探规范》（GB12719-1991）附录F中推荐的公式中选取值最大的得到最后的数值。最后3号煤层冒落带高度为19.29 m，导水裂隙带最大影响高度为95.66 m。由于煤层埋藏深度在450m左右，3＃煤井下采动形成的冒落带和裂隙带不可能会导通地表而形成大大小小的宽度和深度不等的地表裂缝和沉陷台阶。