深井厚煤層地表下沉盆地采動程度評價與分析

■劉春永 喬沖（棗莊礦業集團田陳煤礦山東滕州277523）

深井厚煤層地表下沉盆地采動程度評價與分析

■劉春永 喬沖
（棗莊礦業集團田陳煤礦山東滕州277523）

本文主要介紹了深井厚煤層地表下沉盆地采動程度的類型、判定方法及相關工程實例。

深井厚煤層 下沉盆地 采動程度

1　概述

當部分礦體被采出后，在巖體內部形成一個采空區，其周圍巖體應力平衡狀態受到破壞，引起應力重新分布，從而使巖體產生移動、變形和破壞，直至達到新的平衡。隨著工作面的推進，這一過程不斷重復。當地下工作面開采達到一定距離后，開采影響到地表，受采動影響的地表從原有的標高向下沉降，從而在采空區上方形成一個比采空區大得多的沉陷區域，稱為地表移動盆地。

2　地表移動盆地的形成

2.1地表移動盆地形成過程

當回采工作面自開切眼開始向前推進的距離相當于采深的1/4～1/2時，開采影響波及到地表，引起地表下沉。然后，隨著工作面繼續向前推進，采空區面積增大，地表的影響范圍不斷擴大，下沉值不斷增加，下沉盆地也逐漸擴大。如圖1所示，當采空區達到一定程度時，最大下沉值將不再增加而形成一個平底的下沉盆地。當工作面停止以后，地表的移動不會馬上停止，要延續一段時間，然后才能穩定，形成最終的地表移動盆地，此時的盆地又稱靜態移動盆地。

圖1　地表移動盆地形成過程

2.2充分采動程度類型

根據采動對地表影響的程度，一般將地表移動盆地劃分為三種類型：

2.2.1非充分采動下沉盆地

當采空區尺寸小于該地質采礦條件下的臨界開采尺寸時，地表任意點的下沉值均未達到該地質采礦條件下應有的最大值，這種采動稱為非充分采動，此時地表移動盆地稱為非充分采動下沉盆地，形狀為漏斗形。

2.2.2充分采動下沉盆地

當地表移動盆地內只有一個點的下沉達到該地質采礦條件下應有的最大下沉值的采動狀態，稱為充分采動，又稱臨界開采。此時地表移動盆地稱為充分采動下沉盆地，形狀為碗形。

2.2.3超充分采動下沉盆地

當達到充分采動后，開采工作面的尺寸再繼續擴大時，地表的影響范圍相應擴大，但地表最大下沉值不再增加，地表移動盆地將出現平底。地表有多個點的下沉值達到最大下沉值的采動情況，稱為超充分采動，此時地表移動盆地稱為超充分采動下沉盆地，形狀為盆形。

3　結合工程實例判定地表下沉盆地采動程度

某矩形工作面周圍均無開采，地質采礦條件為：工作面走向長度l0=580m，工作面傾向寬度L0=280m，煤層開采深度H=400m，煤層傾角α=0°，煤層開采厚度m=4.0m，下沉系數：q=0.75m，水平移動系數b=0.3，開采主要影響角正切值tanβ=2.0，拐點偏移距S0=0. 1H。

①計算拐點偏移距：

S0=0.1H=0.1×400=40m

②計算開采長度和寬度

l=l0～2S0=580～2×40=500m

L=L0～2S0=280～2×40=200m

③計算開采主要影響半徑：

r=H/tanβ=400/2.0=200m

④l/r=（l0～2S0）/r=2.5

L/r=（L0～2S0）/r=1.0

已知采動程度系數表如表1：

表1　采動程度系數計算表

所以，該工作面沿走向方向為充分采動，沿傾斜方向為非充分采動。

4　結論

因為該工作面為單向充分采動，所以在計算最大值時，需考慮充分采動程度系數nx和ny，同時需指出，在工作面未達到充分采動時，在下沉盆地中央出現變形疊加，當計算開采寬度為0.8r時，最大疊加負曲率和壓縮變形分別為2Kmax和2εmax，這一點在地表移動與變形預計時必須給予高度重視。所以預計的地表最變形值指分布在采空區邊界上方附近，而并非在下沉盆地中央位置的變形。

因此工作面是否為充分采動，直接影響地面變形程度的判定，以及最大變形值位置的預計。我們可以選取可靠的參數，通過計算判定工作面采動程度。從而更加準確的推斷地表變形情況。

[1]劉寶琛、廖國華，煤礦地表移動的基本規律，中國工業出版社，1965.

[2]李青岳.工程測量學 [M]北京:測繪出版社,1995.

[3]隋旺華.開采沉陷土體變形工程地質研究［M］.中國礦業大學出版社，1999.

[4]劉義新.深部條帶開采覆巖及地表移動規律研究［D］.河南理工大學，2007.

This paper mainly introduces deep thick coal seam mining degree of surface subsidence basin types,methods and related engineering examples.

Deep thick coal seam;Subsidence basin；The degree of mining

F407.21[文獻碼]B

1000～405X（2016）～4～150～1