厚煤层综放开采工作面地表岩移实测分析

张伟男

（大同煤矿集团朔煤小峪煤业有限公司，山西 朔州 038300）

1 地质采矿条件

小峪煤矿8202 工作面位于22#煤402 盘区，煤层厚度9.2～10.2 m，平均厚9.7 m，下层可见0.25 m泥岩夹矸。工作面采用综放开采，割煤3.2 m 高，放煤6.5 m 高，采放比1:2.03。走向总长1255 m，倾斜长210 m，全部垮落法管理顶板，工作面推进速度为4.8 m/d。区域内地质构造简单，进风巷、回风巷内煤层裂隙发育程度较高。煤层上方老顶厚3～5 m，为中粒砂岩；煤层直接顶厚1～3 m，以细砂岩为主；直接底厚2.8 m，以深灰色、致密块状粉砂岩为主；老底较厚，达27.2 m，以斜节理中粒砂岩为主。

8202 工作面标高1050～1055 m，地面标高1365～1294 m，北侧至边界煤柱及山西煤运东沟煤矿相邻，向南与8204 采空区相邻，西侧接近402盘区辅助运输巷、辅助回风巷，东部到边界煤柱。对应工作面上方有16#、18#、19#煤层采空区，地表盖山厚度约312 m。地表有河床、东沟矿变电站、信号房、2 层楼房及高压线塔，回采会对地表及地面建筑有一定影响。

2 地表岩移变形观测

2.1 观测方案

结合工作面对应地表实际，考虑最大程度上收集地表岩移数据，决定沿工作面走向中轴线布置主观测线1 条，沿倾向与走向垂直不等间距布置观测线3 条，每条观测线上均匀间隔布置1 个测点。走向观测线长度1200 m，两测点间隔100 m，共布置测点12 个，编号Z1～Z14；倾向观测线长度400 m，两测点间隔50 m，共布置测点3 组24 个，编号A1～A8、B1～B8、C1～C8。工作面观测点布置如图1。

图1 8202 工作面地表岩移观测布点图

为保证测点稳定，采用混凝土桩埋入冻土层以下0.5 m，确保基点随岩移同步移动，保证了观测数据的可靠性[1-7]。

2.2 变形观测

（1）首次观测。待观测点埋设10 d 后，混凝土桩基本沉稳，可以进行首次全面观测。仪器选用全站仪，至少观测2 次，取两次观测的平均值为最终值，误差校验以两次高程相差小于10 mm、平面坐标相差小于4 mm 为准，此时数据可用。

（2）日常观测。采动过程中的全面观测是了解基点位移变化的主要依据，每月对各测点的平面坐标、高程等数据进行全面观测，记录位移变化、坐标变化。

（3）末次观测。待各测点的下沉数据连续3 个月小于30 mm，即可认为基点移动基本稳定，此时的观测值即为最终坐标，精度要求与首次观测相同。

3 数据处理

经过10 个月的实测，工作面推进长度500 m，获得了各观测点的坐标变化、沉降、位移等大量数据。各实测基点地表最大移动变形值见表1。

表1 实测地表最大移动变形量统计表

为了简化计算，以A2 为坐标原点，设置地表高程值为+20 m 代入分析计算。根据数据汇总分析，分别得出走向、倾向沉降曲线，如图2、图3。

图2 工作面走向观测线沉降曲线

实测数据得，沉降量最大处为Z11 测点，沉降量达2622 mm。经与地质构造图对比分析，发现此处下部有一处断层，高差近4 m，致使该处沉降量偏大。

图3 倾向观测线各测点沉降变化

4 地表变形移动特征分析

（1）采空区上覆岩移特征

通过数值模拟发现，地表沉降整体平缓，沿观测线方向，地表呈现出明显的“台阶型”，台阶步距在10～30 m。图4 为观测点沉降等高线图。

图4 观测点下沉量等高线图

经分析，“台阶”的形成与采空区顶板的周期垮落呈正相关，老顶随工作面推进周期性垮落，如图5。上覆岩层失去顶板支撑后，逐渐下沉，这种沉降会一直传递至地表，进而形成了地表的“台阶型”沉降。

图5 工作面上覆岩层垮落形态

（2）启动距判定

启动距是指地表发生岩移时对应工作面推进的距离，根据经验数据，该数值通常是采深的0.25～0.5倍。根据现场实测数据得出，8202 工作面的启动距为89 m，是该工作面平均采深的0.31 倍。

（3）水平移动盆地特征分析

由图4 可知，地表岩移出现了较大区域的盆地状沉降，即水平移动“零值区域”，该区域横向位移几乎可以忽略，位移主要体现为下沉。边界处呈倾斜分布，中心地带下沉量最大，几乎与原地貌平行，且随工作面推进，该区域不断增大。

5 结语

（1）通过实测，得出了厚煤层综放开采条件下的地表岩移规律，为及时有效保护地表建筑提供了有力的数据支持。

（2）实测数据得，沉降量最大处为Z11 测点，沉降量达2622 mm。经与地质构造图对比分析，该点位下部发现一个高差近4 m 的正断层，可知构造带对地表沉降量影响较大。

（3）地表沉降整体平缓，沿观测线方向，地表呈现出明显的“台阶型”，台阶步距在10～30 m。

（4）地表岩移出现了较大区域的盆地状沉降，即水平移动“零值区域”，该区域横向位移几乎可以忽略，整体表现为块状沉降，移动盆地的盆底区域随采空区范围增大而增大。