回采工作面地表沉降观测及规律研究

王巍

摘 要：为满足矿井安全开展建筑物下、水体下、铁路下等三下采煤工作的需要，煤矿企业应提供本矿区地质采矿条件下的准确可靠的地表移动变形参数。煤矿测量规程规定，对于首采面必须建立地表移动观测站，以掌握由于采动而引起的地表移动变形特征与规律，为实现上述目标及研究重复采动时的地表移动变形规律提供基础资料。

关键词：地表移动变形参数;地表移动观测站;移动变形特征与规律

煤矿测量规程规定，对于矿区首采面必须建立地表移动观测站，以掌握由于采动而引起的地表移动变形特征与规律，为实现上述目标及研究重复采动时的地表移动变形规律提供基础资料，需要提供本矿区地质采矿条件下的准确可靠的地表移动变形参数。为此，中煤新集口孜东矿进行了“口孜东矿111303首采工作面开采地表沉陷规律监测研究”专题项目研究，建立口孜东矿111303首采工作面的地表移动观测站，并通过数据采集、处理和分析，获得该工作面地质采矿条件下准确可靠的地表移动变形参数，为下一步的生产决策服务。

一、矿区地质情况

口孜东矿111303首采工作面位于中央（13—1）东盘采区。111303工作面位于DF1断层以东，工作面切眼布置于DF13断层以西，煤层倾角6°—17°，沿煤层走向方向布置，采取后退式开采方案，即沿煤层走向向上山方向推进。井下西高东低，轨道顺槽-839. 5m—-727.0m，胶带机顺槽-885.0—-815. 0m。

二、数据处理及质量评价

在采动过程中，定期地、重复地测定观测线上各测点在不同时期内空间位置的变化。地表移动观测站的观测工作可分为连接测量、全面观测和日常观测三个部分。口孜东矿111303首采面观测站的连接测量和首次全面观测，观测内容主要包括GPS测量和三等水准测量;采动过程中的全面观测，对于平面测量，按GPS RTK测量的要求进行;高程测量采用四等几何水准方法进行;巡视测量和日常观测，采用四等几何水准方法进行。

三、地表移动观测数据规律分析

通过对口孜东矿111303首采面观测站的首次全面观测、采动过程中的巡视测量、2次日常观测和2次全面观测等阶段的观测，已获得监测点各次的坐标、高程、边长平差值以及精度信息，为计算移动变形值提供了基础。

（一）移动变形量计算。移动变形计算内容主要包括，各测点的下沉和水平移动，相邻两测点间的倾斜和水平变形，相邻两线段〔或相邻三点）的曲率变形，观测点的下沉速度等。

在计算移动变形值之前，首先应根据各监测点间的水平距离，计算各监测点到观测线控制点的水平距离。

（二）采动过程中观测站移动变形初步参数。口孜东矿111303首采工作面采长〔至采区边界，含切眼宽度）约1811m，工作面倾向宽328111（含运输顺槽和胶带机顺槽〕。111303首采面内13-1煤层位于第四含煤段中部，全区稳定可采，煤层厚1.75m～5.55m，平均厚4.38m。煤层一般含1～2层夹矸， 夹矸多为炭质泥岩，次为泥岩，结构简单？较简单。工作面内煤层倾角约60～170，平均为110。根据井上下对照图，工作面煤层埋深在756～922m间，平均约为846m。

1.開釆充分性评价指标。对于111303首采工作面，基岩平均厚度Hj约为261m，走向长约1811m，倾向宽约328m，松散层平均厚度hs为585m，平均采深为846m。仅考虑基岩厚度时，走向方向的基岩开采的充分性指标为kLj （走）=6.94 ，倾向方向的基岩开采的充分性指标为kLj （倾）=1.25，即走向和倾向上基岩均为充分开采;当顾及松散层厚度时，可取（Hj +kshs）=374.3= H0为综合开采深度，走向和倾向方向开采的充分性指标为kL（走）=4.84和kL（倾）=4.87，即走向上为充分开采，倾向上为非充分开采。

2.起动距。通常把地表开始移动时工作面的推进距离称为起动距，地表开始下沉是以观测地表点的下沉值达到10mm为标准。

起动距的大小主要与开采深度及岩石的物理力学性质有关。对于口孜东矿首采工作面地表移动观测站而言，启动距约为1/24.2H0。即4.1﹪H0（H0平均采深，取为846m）。

3.超前影响角和超前影响距。将工作面前方地表开始移动〔即下沉化10mm）的点与当时工作面的连线，此连线与水平线在煤柱一侧的夹角称为超前影响角，用w表示;开始移动点到工作面的水平距离l 称为超前影响距。 超前影响角按下式计算

w=arcctg（l/H0）

式中H0为平均采深，取为846m。

4.水平移动系数。水平移动系数b指在走向方向充分采动或接近充分采动（不管倾斜方向是否为充分开采）的情况下，开采水平煤层时走向主断面上的地表最大水平移动u0与地表最大下沉w0之比，按下式计算：

b=u0/w0

5.主要影响半径。主要影响半径r，是指在充分采动或接近充分采动的条件下，移动盆地的最大下沉值w0与最大倾斜值i0之比，按下式计算：

r=w0/i0

四、结论

通过建立口孜东矿111303首采工作面观测站，通过数据采集、处理、分析，掌握该工作面开采过程中地表移动变形的动态特征和规律，总结深厚冲积层开采沉陷地表移动变化规律，求取相应移动变形参数，为矿山开采沉陷预计、三下采煤保护煤柱的留设提供参数依据，同时为类似深厚冲积层矿井开采沉陷问题积累经验。

参考文献：

[1]中华人民共和国能源部.《煤矿测量规程》.北京：煤炭工业出版社，1989年.

[2]国家煤炭工业局.《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》北京：煤炭工业出版社，2000年.