綜放工作面地表巖移規律實測研究

摘 要：通過布置控制網及剖面線狀觀測線，對綜放工作面地表巖移情況進行了現場實測和分析，并對地表移動相關特性參數進行了進一步的分析研究，得出了工作面走向及傾向測線上測點的移動曲線，并確定了起動距、超前影響距等相關重要參數。

關鍵詞：地表巖移；現場實測；特性參數

引言

我國煤炭資源儲量豐富，煤炭在我國的能源儲備中占有重要的地位[1]。近年來，隨著國家社會和經濟的高速發展，國家對基礎能源的需求量不斷加大，對煤炭資源的開發力度也在不斷提高，然而隨著大量的煤炭資源從地下采出，所引起的地表沉陷及采動損害問題日益突出[2][3]，這些問題的出現不僅對礦區地表及生態環境造成了嚴重的破壞，而且嚴重影響了礦區乃至社會工農業生產和可持續發展[4]。趙莊二號井為新建礦井，尚未摸索總結出本礦地表移動的規律，為準確掌握工作面回采后地表移動規律及各種技術參數，我礦針對1304工作面進行了一次系統的地表移動觀測，取得了巖層移動的關鍵數據，為礦井日后采掘設計及保安煤柱留設提供了基礎數據。

1 工程概況

1304工作面走向長：579.2m（切幫-停采線）；工作面傾斜長：145.8m（幫-幫）；采用放頂煤一次采全高，開采煤層為3#煤層， 本工作面采用三巷布置。工作面巷道布置如圖1所示。

2 現場觀測方案及測點布置

2.1 控制網的布設和觀測

通過查閱國內外相關資料，并結合工作面井上下位置關系等實際情況，在1304工作面相應地表位置共布設10個控制點組成控制網，其中控制點包括：F1、F2、F3三個已知控制點；K1、K2、Q1、Q2、AI2五個加設控制點；L1、L2兩個臨時控制點。控制網布置圖如圖2所示。

2.2 測點的布置與實施

本次觀測過程中主要采用剖面線狀觀測站，擬布置三條測線，即布置1條走向主斷面觀測線，布置1條傾斜主斷面觀測線和半條傾向觀測線，設計走向觀測線和傾斜觀測線互相垂直，并且在地表移動盆地的主斷面上，并保證觀測線的長度兩端（半條觀測線時為一端）超出采動影響范圍，以便建立觀測線控制點和確定采動影響邊緣。

根據工作面觀測線的設計要求，在工作面上方平行于工作面方向布置1.5條傾斜觀測線，分別位于工作面開切眼前方120m處的半條傾斜測線AII和工作面開切眼前方240m處的整條傾斜測線AI；沿工作面走向布置1條觀測線B，其中半條傾向觀測線AII長300m，共布置了11個測點為AII1，AII2 …… AII11，相鄰兩個測點間距為30m；整條傾向測線AI長750m，共布置34個觀測點為AI1，AI2 …… AI26，從AI4到AI8之間每隔10m用木樁進行加密，相鄰測點間距同樣為30m；走向測線B總長度為940m，測點編號為B1、B2……B33，為了能夠更精確的確定移動邊界范圍，端頭測點布置較為密集， B1～B2間距約為5m，B3～B33相鄰測點間距為30m，其中B3～B7間每隔10m用木樁進行加密。走向測線上的B13、B17分別與傾向線上的AII1、AI14重合。具體的測線及測點布置圖如圖3所示。

3 觀測結果分析

3.1 地表移動觀測結果與分析

在工作面推進過程中，采用全站儀及水準儀定期對測點進行全面觀測，并對觀測數據進行處理分析，繪制出地表移動變形曲線，走向觀測線上測點移動曲線如圖4所示，傾向觀測線上測點移動曲線如圖5所示。

由圖4可以看出，隨著工作面的推進，下沉值及下沉范圍逐漸增大，由于受地形的影響，下沉曲線與平地不同，工作面達到超充分采動時，并未形成與平地開采條件下類似移動盆地，盆地隨著工作面推進而出現凹凸變化，同時下沉最大值滯后停采線110m左右（即位于移動邊界附近），并未出現在移動盆地的中央；隨著工作面推進，水平移動及水平移動范圍也逐漸增大，由于受地形的影響，山坡產生滑移，增大了指向下坡方向的水平移動，從而使采空區上方出現較大的水平移動，然而位于盆地中部的部分測點并未出現“C”型或“S”型的運動軌跡，使得這些測點未能閉合，即傾斜曲線上零點平移不太明顯，與平地開采引起的地表移動存在差異。

由圖5中（1）、（2）可以看出，隨著工作面推進，工作面傾向測線上測點的下沉值和下沉范圍逐漸增大，但下沉點的位置不變，下沉分布規律不變，與一般平地的下沉分布規律相同，但最大下沉點并不在下山方向而稍微偏向上山方向，這是由于移動盆地未達到從分采動，巖層未充分跨落。由圖5中（3）、（4）可以看出，隨著工作面推進，傾向測線上測點的水平移動和范圍也在逐漸增大，但最大水平移動點的位置不變，分布規律不變。由于受地形和巖層性質的影響，最大水平移動點的位置偏向上山方向，與一般平地存在差異，水平移動曲線相對于采空區中央不對稱，與一般平地的分布規律存在較大的差異。

3.2 地表移動參數分析與確定

在地表移動盆地走向主斷面上，工作面由開切眼推進一定距離后，巖層移動才逐漸開始波及至地表，通常把地表開始移動（下沉為10mm）時工作面推進距離稱為起動距，主要和開采深度、老頂初次來壓步距等因素有關，根據測點的沉降值進行分析，2011年5月29日工作面共推進128.47m，測點B14下沉值接近10mm，平均為10.1mm，而工作面的平均采深H0為443m，則觀測區域內地表沉降起動距為0.29H0。

工作面推進前方地表下沉盆地主斷面上，下沉10mm的點至當時推進工作面的連線與水平線在煤柱一側的夾角稱為超前影響角，該點到工作面的水平距離稱為超前影響距，分別以B22、B23、B24、B25、B26、B27為例進行分析，得出工作面推進過程中，各測點超前影響距及超前影響角統計如表1所示。

根據實測結果，2011年8月5日，工作面累計推進283.65m，然而走向觀測線第B15號測點距離開切眼103.65m，則最大下沉速度點滯后回采工作面180m，即最大下沉速度滯后距為103.65m，計算可得最大下沉速度滯后角為76.8°。

除此之外，主要影響半徑也是一個重要的影響參數，其主要是指地表移動值和變形值發生的范圍，是地表移動變形預測和反映移動盆地橫向發育的一個重要參數，根據實測可知走向觀測線方向的最大傾斜值為14mm/m，最大下沉值為1809mm；傾向觀測線方向的的最大傾斜值為12.4mm/m，最大下沉值為1480mm，由公式可以算出，走向方向的主要影響半徑為129.2m，傾向方向的主要影響半徑為119.4m。

4 結束語

4.1 從走向測點觀測可知，隨著工作面的推進，下沉值、下沉范圍、水平移動值及水平移動范圍均逐漸增大，但主要由于受地形因素的影響，下沉曲線與平地有所差異。

4.2 從傾向測點觀測可知，隨著工作面推進，下沉值、下沉范圍、水平移動值及水平移動范圍都在不斷增大，但最大下沉點及水平移動點位置不變，下沉曲線與一般平地的下沉分布規律相同，水平移動曲線與一般平地的分布規律存在較大的差異。

4.3 進一步的分析確定了觀測區域內地表沉降起動距為0.24H0，約為107.7m；平均超前影響距約為99.1m，平均超前影響角約為77.4°；最大下沉速度滯后距為103.65m，最大下沉速度滯后角為76.8°；走向及傾向方向的主要影響半徑分別為129.2m、119.4m。

參考文獻

[1]陳春，張廣學.濟三煤礦十二采區3上煤層首采工作面地表移動觀測研究[C].2011礦山測量新技術學術會議論文集，169～173.

[2]于志芳，姚波.建筑物下采煤地表移動變形控制與分析[C].2011礦山測量新技術學術會議論文集，213～216.

[3]李國林，曲培，等.梁家煤礦4111工作面地表移動規律的特點[C].第七膈全國礦山測量學術會議論文集，20～22.

[4]吳新慶，江兆利，等.許廠煤礦4301面巖移觀測研究[C].2009礦山測量新技術學術會議論文集，121～124.