煤层开采在不同地层引起地表塌陷范围研究

■郝鸿儒

（中煤集团山西华昱能源有限公司 南阳 坡煤业 山西 朔州036900）

煤层开采在不同地层引起地表塌陷范围研究

■郝鸿儒

（中煤集团山西华昱能源有限公司 南阳 坡煤业 山西 朔州036900）

目前各大煤矿回采工作引起的地面塌陷范围预测，一般岩层段按75度、表土层按45度计算，从而规划地面建筑物的保护煤柱范围，但通过地面岩移观测数据发现，在不同地区、不同地层引起的地表塌陷范围存在较大差异。按传统意义留设保护煤柱将会有大量煤炭资源不能回收，降低了工作面及矿井回收率，造成煤炭资源浪费，若按地面岩移观测数据留设保护煤柱既保证了地面建筑物的安全又提高了煤炭资源回收率。

煤层开采岩移地表塌陷资源回收

1 概述

1.1 矿井概况：山西朔州山阴金海洋南阳坡煤矿北部为左云县上张家坟长春煤矿，东部为山西山阴芍药花煤业公司,矿井西南部为大同煤矿集团安平煤业公司矿井。井田面积为3.9942km2，井田南北宽1.6km，东西长3.029km。属中厚煤层，煤层稳定，煤质好，根据各煤层赋存条件，3-1、9-2号煤层采用普通机械化采煤法，3-2、4-2号煤层采用综采一次采全高采煤法，4-1、6号煤层采用综采放顶煤采煤法。

1.2 回采工作面概况：4104采面位于矿井西翼，为西翼首采工作面，走向长度为800米；倾向长度210米，开采煤层为4-1#煤层，地表为丘田沟壑，直接顶为砂质泥岩，性脆，厚度为3.5米，上覆煤层有3-2#、3-1#煤层，上覆岩层为粉砂岩、中粒砂岩、细粒砂岩等，本面上覆黄土层薄，仅为1米左右。回风巷标高为1326-1334米、地表标高为1544-1541m，运输巷标高为1313-1327m、地表标高1531-1527m、平均垂深为210m。从南阳坡到五家沟矿主输煤1302皮带栈桥斜穿本工作面。

2 观测方案及数据整理和分析

2.1 地表观测点布置说明

由于地表从南阳坡到五家沟矿主输煤1302皮带斜穿本工作面，且本工作面为西翼首采工作面，为方便观测，基准点A选在未开拓区域，确保基准点A数据稳定可靠；其它观测点沿1302皮带栈桥布置，共布置观测点11个，覆盖整个工作面宽度，可以达到观测全部数据的要求。

附：地表观测点布置图：

2.2 地面数据观测方案

地面数据观测为定期观测，即每4天观测一次；遇回采工作面初次来压或周期来压时，加密观测一次。

2.3 地表观测站资料整理

（1）从2016年5月10日起到2016年8月4日止，对此地表观测站共进行了15次全面观测，并进行了资料整理分析。在倾斜观测线上沿1302皮带布置地面岩移观测点，原始起算观测点A点数据位于未开采区域，可以保证起算数据的准确性，因此，以倾向观测线的观测数据为依据进行分析。（2）通过作图，求得该区域岩层移动的相关参数

2.4 地表观测资料分析

（1）从观测资料分析，在4104采面回采初期（该采面从5月10日开始回采），倾斜观测线上P1点高程基本没有变化，观测点P2点高程在5月16日-5月27日变化较明显（推测为回采工作面运输顺槽边缘，采煤沉降活动剧烈），观测点P4、P5、P6、P7、P8高程在5月16日—6月13日变化较为明显，观测点P9点高程在5月16日期6月6日、6月20日—6月27日变化较为明显，观测点P11点高程全程变化都较为明显。

（2）从观测数据总体分析P1、P2、P11、P12观测点位于回采工作面两顺槽对应位置，变化较为明显，但下沉量不大；P4-P9点位于采空区中间位置，在某一时间段下沉速度快，下沉量大，但某一时间段过后，下沉速度快速降低，推测为整体下沉。

（3）通过各观测点下沉数据分析，井下回采煤层厚度为3.0米时，在无表土层的情况下对应地面最大下沉量为1.8米。

（4）通过对回采对应地面产生裂隙观察及地面观测点数据对比，发现回采工作面对应地表影响范围为从两顺槽向外最大偏移26米。

3 结论

（1）1、4104采面地表岩移观测站，从2016年5月10日建站后，到2016年8月4日止，已全面观测15次，由于走向观测线属半盆地观测线，此次分析只以倾向观测线的资料为依据。从观测资料和下沉与变形曲线分析后得出：地表下沉为采面采动滞后35米，当采面初次放顶后，地表很快开始出现裂缝并随之开始下沉，下沉速度从1.0mm/d-7.8mm/d，最大下沉量很快达到245mm，随着采面的继续推进，下沉速度不断加快、下沉量不断增加；当采面推进310m（采面推进速度为6m/d）、回采时间达22天时，最大下沉量为1.8m；后来回采时采空区对应地表下沉量减少，说明沉降量有一个趋于稳定的趋势。

（2）回采工作面一次采全高，采高为3米，由于岩层岩石为复合性结构，没有出现理论上的“三带”，而是岩层直接断裂，塌陷到地表，地表塌陷量达到采高的一半以上。

（3）由于区域地层结构不同，本次观测的最大影响范围为26米，煤层埋深为210米，计算的岩层塌陷角为82度57分，比传统意义上的塌陷角小。

综上所述：此次观测成果，由于受4104采面的采动影响，走向观测线又属半盆地观测线，而倾斜观测线属全盆地观测线，观测的资料是可靠的、实用的，可以为本地区地面建筑物留设保护煤柱提供有力数据支持，对煤矿生产、资源回收有重大意义。

[1]何国清.矿山开采沉陷学 [M].徐州：中国矿业大学出版社.1994.

[2]北京开采所编著援煤矿地表移动与覆岩破坏规律及其应用.北京:煤炭出版社援1981援

F407.1[文献码]B

1000-405X（2016）-12-74-1