工作面岩移观测方案设计

路 鑫，宋旭斌，张晓岩，范鹏凯

(潞安化工集团有限公司 古城煤矿，山西 长治 046000)

随着采煤工作面不断回采，“三下”压煤，尤其是井田范围内村庄压煤问题日益突出[1-2]，不仅对地表建筑物造成了不同程度的破坏，也影响着人们的生产生活。为保证工作面的合理布置和矿井的可持续发展，地表沉陷观测显得尤为重要。为此，本文以古城煤矿N1305工作面为观测工作面，进行地表岩移观测方案设计，分析观测数据，为后续工作面回采地表建筑物保护、煤柱留设提供数据支撑。

1 工程概况

N1305工作面西接N1303工作面，东接N1306工作面。北面为实体煤，南面接东翼辅运大巷。工作面沿3号煤层底板进行回采，煤层平均厚度为6.32 m，煤层倾角平均为5°，工作面平均埋深542 m，采高为3.2 m，采用综采放顶煤方式回采，全部垮落法管理顶板。工作面顶底板情况见表1。

表1 煤层顶底板情况

2 地表岩移观测方案设计

2.1 地表岩移观测站设计

2.1.1 设计参数的选取

五阳煤矿位于古城煤矿北侧约30 km处，同属于潞安集团，生产地质条件相似，将五阳煤矿七五采区综采放顶煤工作面的实测地表移动参数，作为本次观测站的设计参数。走向移动角δ为73°；上山移动角γ为73°；下山移动角β为68°；松散层移动角φ为55°；煤层倾角α为5°；最大下沉角θ=90°-α。

根据《煤矿测量规程》相关规定，各移动角修正值见式(1)：

Δγ=Δδ=Δβ=20°

(1)

2.1.2 观测站设计

N1305工作面位于古城煤矿北一盘区，该区域地表地势比较平坦，地表村庄建筑物较少。因此建议沿N1305工作面走向方向和倾向方向各设1条观测线，观测线应设在地表移动的主断面上，并且测点应有一定密度[3-5]。开采煤层为近水平煤层，上述设计完全能够满足今后求各种岩移参数的要求。

1) 倾向观测线的布置。根据0707号地质钻孔显示，N1305工作面埋藏深度为503.8～581.4 m，平均埋深542 m，推进长度为2 175 m，采面长352 m，表土层厚度83 m。工作面在走向方向上采动是充分的，倾斜观测线在工作面推进方向上的位置必须超过开切眼距离，见式(2)：

D1=(H0-h)cot(δ-Δδ)+hcotφ

(2)

式中：H0为工作面平均采深；h为松散层厚度；δ为走向移动角；Δδ为走向移动角修正值；φ为松散层移动角。求得D1为404 m。

由此可得倾向观测线距离必须大于切眼404 m。根据地表情况，选取倾向观测线布置在工作面切眼内侧525 m处，测点间距取25 m，在倾向观测线东端布置3个控制点，间距取45 m，控制点与工作点之间的间距亦为45 m。

2) 走向观测线的位置。走向观测线位置确定方法为：从采空区中心以最大下沉角划线向上延伸与地表交于O点，通过O点作平行工作面走向的垂直断面，即为走向观测线布置位置。由于N1305工作面走向长度大于0.9，可设置半条走向观测线。

走向观测线测点间距为25 m，在切眼外侧的移动边界范围外布置3个控制点，控制点间距为45 m，控制点与工作点间距为45 m。见图1。

图1 工作面测点布置

N1305工作面地表岩移观测站走向观测线长1 110 m，布置工作点个40，控制点3个；倾向观测线长1 435 m，布置工作点52个，控制点3个。地表岩移观测站详细情况见表2。

表2 N1305工作面地表岩移观测站测点布置情况

2.2 测点的构造及埋设

控制点和工作点用混凝土现浇而成。首先在标定的位置上挖1个直径0.2～0.3 m、深度不小于0.8 m的坑，然后用混凝土灌注，中间用D20 mm的钢筋作标志，标志顶部制作1个深3～5 mm、直径小于2 mm的十字线，作为测点标志的中心。

3 观测内容

3.1 连接测量

观测点凝固后，根据古城煤矿地面控制网进行连接测量。首先测出测线上1个控制点的平面位置和高程，由此求出其它测点的位置和高程，其中控制点的高程精度不低于三等水准测量的要求。

3.2 全面测量

在工作面回采之前要对所有的测点进行两次全面观测。两次全面观测所得同一点高程差不大于10 mm，长度差不大于4 mm，取两次观测平均值作为观测站的原始数据。

在回采工作面推进大约30～60 m时，在可能出现移动的位置，对测点进行水准测量，如有下沉，则说明地表已开始移动。随着工作面回采，地表下沉进入活跃期，进入地表下沉活跃期后，至少进行4次全面观测。一般每月观测1次，在测点下沉明显区域，应适当增加观测次数。若有测点下沉量每月小于50 mm，表明地表移动进入衰退期，每2～3个月观测1次即可。当测点下沉量3个月内不超过30 mm，表明地表下沉已稳定，需进行1次全面观测，即末次观测。在每次观测时，要记录好工作面回采里程、工作面推进速度等有关情况，记录并在图上标注地表裂缝位置、裂缝长度及深度。

4 数据分析

根据每次观测成果计算得到的测点下沉量，绘制测线下沉曲线图，得出地表移动盆地最大下沉点位置及数值；根据观测数据，求得各测点移动和变形值，绘制移动和变形曲线图，分析移动和变形的规律。测点变形曲线图和测线下沉曲线图应标注清楚工作面回采位置、松散层厚度，岩层柱状、开采厚度等情况。根据测点下沉与工作面回采关系，得出工作面开采影响超前距、滞后距以及地表移动持续时间等参数。

5 结 语

古城矿是潞安集团的新生矿井，缺乏对地表移动变形规律的研究。文章通过对地表岩移规律系统研究，求取各种岩移参数，包括地表下沉系数、水平移动系数和各种特定岩移预计参数，总结本矿区厚松散层、综采放顶煤条件下的地表移动变形规律，通过现场实测研究，获得本条件下地表岩移规律和岩移参数，为本矿井后续“三下”压煤开采打下基础。