洼里煤田地表岩层移动观测成果分析与规律探讨

解希臣 邵泽伟 温新强

（龙矿大恒煤业，山西 朔州 036000）

1 矿井概况

洼里煤矿位于黄县煤田的东北部，覆煤地层属典型的“三软”岩层，井田面积45.76km2，煤系地层含可采煤层两层，煤1平均厚度1.9m，煤2平均厚度1.33m，两层煤平均间距为13.28m。该矿已于2016年去产能关闭。洼里煤矿生产期间进行了大量的地表沉降观测，其中十二采区11206地表岩移观测站，地表从由单一工作面开采引起的非充分采动，到多工作面开采引起的充分采动，取得了大量的观测数据，本文就这些数据进行分析，以探求软岩开采条件下地表沉陷的特点和规律。

2 单一工作面开采时地表移动观测及成果分析

2.1 观测站的建立及观测

2.1.1 工作面位置及观测区域的地质概况

11206工作面位于洼里煤矿十二采区上部，西部约200m、西南部约300m、南部130m均为老采空区，南邻11202工作面，北邻11208工作面(建站时11202及11208面均尚未形成)，西至十二采集材集运保护煤柱，东至F23断层。建站时西部、西南部及南部采空区地表沉陷均已稳定。11206工作面受十二采区区域内向斜构造影响，地质条件复杂，巷道在掘进过程共揭露33条断层，落差0.5～3m，回采时掉顶较重，平均在20cm左右。

2.1.2 观测区域的采矿技术条件

11206工作面地面平均标高12m，冲积层平均厚度h=25.5m，工作面平均标高-276.7m，平均采深H0= 288.7m。工作面由东向西推采，于2003年9月至2004年3月回采完毕。11206工作面为一倾斜长壁炮采工作面，全部垮落法管理顶板。回采实际推进长度D1=676m，走向长64～112m，观测线位置走向长D3=112m，实际回采面积70245m2。工作面煤层倾角4～9°，平均6°，实际回采煤厚平均2.0m，考虑掉顶因素平均采高为M=2.2m。

2.1.3 观测站的建立

11206观测站采用了主断面研究法。因受地面大棚、果园、树木等地物制约，观测站仅设置了半条走向观测线，观测线与工作面倾向方向中轴线交点Y东距开切眼438m，西距停采线238m，均能达到0.7H0。

观测站仅在南端设置了三个控制点，观测线全长549.956m，观测点间距20m，包括3个控制点，测点布设合计29个。测点采用废弃的水泥轨枕加工而成，漏出钢筋顶端刻上十字作为测点标志中心。大部分测点水泥桩顶端都在地表以下5cm。

2.1.4 观测站的观测

高程采用NA28水准仪按三等水准要求观测。全面观测采用Nikon (2'') 全站仪直接测坐标进行。地表移动期间的水准测量按四等水准要求进行。除建站时的水准测量外，共进行沉降观测28次，进行全面观测5次。

2.2 11206单一工作面开采后地表沉降规律

2.2.1 地表沉降移动过程中的观测成果分析

（1）地表破坏的特点。11206工作面回采后，在其上方地表形成了一个不规则的下沉盆地，在移动盆地的外边缘产生了拉伸变形，观测线所处的小路上有裂缝，但其宽度及深度都不大。

（2）超前影响距和超前影响角。超前影响距为L2=113m，超前影响角为ω=arcctg(L2/H0)=arcctg(113/288.7)=68°37'。

（3）最大下沉速度滞后距和滞后角。最大下沉速度35.1mm/d，最大下沉速度滞后距L3=47.5m。最大下沉速度滞后角

2.2.2 地表移动基本稳定时的几个主要参数

（1）最大下沉值

最大下沉点是18#点，其下沉值Wmax'=1329mm。

（2）走向移动角

① 冲积层移动角按初设45°计，则走向基岩移动角为：

② 走向综合移动角

（3）下沉系数

倾向采动系数:

走向采动系数:

根据《煤矿测量手册》(下)P246所述，单11206回采时地表沉降未达到充分采动，故而下沉系数为：

（4）移动过程总时间

移动过程总时间为13～14个月。

3 三个工作面全部开采后地表沉降规律分析

3.1 地表移动过程中的规律分析

3.1.1 地表破坏的特点

11202、11208工作面采动到观测站后，地表的移动变形比单由11206回采造成的移动变形趋于平缓，达到了充分采动，倾斜、曲率、水平变形趋小。

3.1.2 超前影响距和超前影响角

根据水准观测超前影响距为L2'=70m

超前影响角为:

3.2 地表移动全部稳定后的几个主要参数

（1）最大下沉值

最大下沉点是26#点，其下沉值Wmax'=2058mm。

（2）走向移动角

① 走向基岩移动角：

② 走向综合移动角：

（3）下沉系数

4 综合分析及所获成果

（1）11206观测站部分测点处在11200采空区上方，该区域地层已被采动过，本测站观测对象11206工作面的地表处于已有盆地边缘，当11206工作面采动时，其南侧地层受到的是重复采动，原有盆地继续扩大，使达到临界变形值的区段延伸缩短，使得移动角值偏大。

（2）地表下沉起动点及移动初期的最大下沉点均偏向于原来有采空区的一侧。11206观测站的部分测点位于11200下沉盆地内，地层受到的是重复采动，观测线地表下沉起动点及移动初期时的最大沉点均未处在11206工作面正上方，而是偏向于原来地层已采动的南侧。随着工作面回采的继续推进，最大下沉点逐渐向工作面上方靠近，最终最大下沉点到达工作面正上方，并基本固定下来。

（3）11206回采地表基本稳定时走向观测线两端移动角不同，靠近原有采空区的一侧偏小。11206回采地表移动基本稳定时靠近原有采空区的一侧走向基岩移动角和综合移动角分别为80°24′和76°22′，而未邻近采空区的北侧则分别为82°57′和78°38′。移动角及下沉系数对比见表1。

表1 移动角及下沉系数对比表

从表1中可以看出，地表充分采动后较充分采动前移动角值趋小，而下沉系数趋大。

（4）本次建站所取得的移动变形参数（见表2）。

表2 走向观测线上的主要移动与变形参数

从表2中看出，11206观测站地表充分采动后，除最大水平移动及最大下沉值增大外，其余几个参数均变小了。

5 结语

按照主断面研究法，通过对龙口矿区洼里煤矿11206地表移动观测站所取得的数据进行分析，探求了软岩条件下采煤充分采动前后地表移动变形的特点和规律，取得了地表沉降的一些移动和变形参数，对类似条件矿区建下采煤及保安煤柱留设具有一定的借鉴价值。