开采后复杂地形地表下沉变形规律研究

2021-01-09耿高峰

山东煤炭科技 2020年12期

耿高峰

（西山煤电股份有限公司镇城底矿，山西古交 030203）

镇城底矿井田位于吕梁山脉中段的东翼，属中低山区，区内沟谷纵横，切割剧烈，除山顶部分为黄土覆盖外，其余大部均为基岩裸露，地形较为复杂。为解决复杂地形条件下“三下”开采问题，在22618 工作面设置地表移动观测站，开展22618 工作面皮带基础沉陷、沿皮带走向方向的水平位移和地表移动规律研究。

1 工作面概况

22618 工作面井下位于南六采区，北为760 东一总回风巷、皮带巷、轨道巷，南邻矿界，东邻22620 工作面、22620-1 工作面（已采），其他为未采区。22618 工作面采用综合机械化采煤，走向长2092 m，工作面倾向宽152 m，2.3 号煤层厚度2.70～3.85 m，平均厚度3.40 m，平均煤层倾角4°。地面标高1135～1250 m，工作面标高721～800 m。

2 工作面地表岩移观测站的布设

2.1 观测站设计开采沉陷角量参数

地表移动观测站设计时所用参数依据《西山矿区保护煤柱设计规程》（试行）确定，取值如下[1]。

（1）基岩移动角 β=γ=δ=75°（其中，δ：走向移动角；β：倾向下山移动角；γ：倾向上山移动角）。

（2）松散层移动角φ：h=20～40 m，φ=55°。移动角修正值：△δ=△γ=△β=20º（其中，△δ：走向移动角修正值；△γ：倾向上山移动角修正值；△β：倾向下山移动角修正值）。

（3）充分采动角（走向ψ）：开采深厚比H/M ＞ 50，取 ψ=55º。

（4）最大下沉角 θ ：θ=90º～0.6α（α 为煤层倾角）。

2.2 观测线及观测点的确定

根据采矿引起的地表移动变形监测的需要，22618 工作面地表共设3 条观测线，如图1，一条走向观测线（A-A’线）、一条倾向观测线（B-B’线）和一条皮带下方地表移动观测线（C-C’线）。

图1 22618 工作面观测线平面示意图

根据地表移动变形的一般规律，倾斜观测线到开切眼的距离应为：

式中：H 为工作面边界开采深度，m；h 为表土层厚度[2]，m。

由于22618 工作面所采2.3 号煤层属于近水平煤层，所以走向观测线（即A-A’线）拟布置在工作面的上方正中央处。为保证倾向观测线位于走向方向的充分采动区域内，倾向线的位置结合公式（1）的计算结果，在沉陷影响区以外布设了三个控制点，其点位可根据地形来选择，尽可能视野开阔。见表1。

式中：D 为倾向线距离开切眼的位置，m；55°为西山矿区充分采动角[3]。

表1 设计地表移动观测线长度控制点、监测点及方位

3 皮带移动结果与数据分析

3.1 观测站的观测数据说明

为准确掌握22618 工作面的开采对其皮带运输走廊的影响，研究中对皮带运输走廊基础进行变形监测。在2019 年10 月25 日进行首次全面监测，最后一次监测是在2019 年12 月19 日。

3.2 结果与数据分析

3.2.1 皮带运输走廊基础

由图2 皮带运输走廊基础各期监测点下沉情况可知，截至2019 年12 月19 日，地表最大下沉值为638 mm，位于22618 工作面右巷右侧40 m 处。从该点所处的位置来看，该点并不是位于22618 采空区上方地表正中央，而是位于22618 工作面和22620 工作面之间保护煤柱上方地表。同时，该点位于坡体上，位于山坡体上的监测点所处的位置坡度越小，那么该监测点的下沉值也越小。由此可知，山区地表坡体滑移对地表下沉有一定的影响。

图2 皮带运输走廊基础各期监测点下沉

因此，山坡体对地表下沉有较大的影响。在山区复杂地形的影响下，地表下沉开始阶段主要受地形的影响较大，当地表下沉趋于稳定以后，采空区对地表下沉曲线形状的影响开始显现。

3.2.2 皮带水平位移分析

由图3 沿皮带走向水平位移可知，截至2019年12 月19 日，最大水平位移是位于22618 工作面左巷上方地表内侧14 m 处，位移距离达209 mm，此点是位于22618 工作面的拉伸区。从2019 年10月25 日到2019 年11 月27 日，皮带基础监测点的水平位移基本上都是向左的。监测点沿皮带走向水平移动自2019 年12 月05 日以后（工作面开采过皮带120 m 以上），均沿皮带方向向右位移，之前均沿皮带方向向左移动。结果表明：在山区复杂地形的影响下，采矿引起的地表水平移动具有一定的滞后性。