巨厚火成巖地質條件下采動的地表變形移動規律初探

陳瑤駿安徽淮北海孜煤礦

巨厚火成巖地質條件下采動的地表變形移動規律初探

陳瑤駿
安徽淮北海孜煤礦

通過研究巨厚火成巖地質條件下回采期間地表變形移動和完全采動后下沉盆地的形狀，以及在進行定期的高程和變形觀測所測得的數據進行了分析，及時有效的指導征遷部門在地表產生較大沉陷時，及時的將塌陷范圍內的村民遷往新村址，避免了可能發生的坍塌事故。

巨厚火成巖；地表變形移動；地表沉陷；村莊搬遷

一、基本情況

海孜礦于1987年10月正式投產，礦井設計生產能力150萬噸/年。本礦自投產以來均為炮采，采用采區前進，工作面后退的單一走向長壁采煤法，頂板管理為全部垮落法。Ⅱ1024工作面為本礦首個綜采工作面，工作面設計走向長560m,傾向寬160m，預計回采面積89600m2，是對綜采技術的首次嘗試，工作面上方存在厚達240m的巨厚火成巖，回采后，地表沉降及采煤塌陷的影響大小及情況還沒有多少較合適的經驗可以借鑒，很多地表移動參數仍沿用以往礦務局給定的臨渙礦區的巖移參數，與真實的地表變形移動規律存在一定差異。為更好的解決相同地質條件下，合理的布置工作面，及時對開采沉陷影響范圍內的村莊進行搬遷和復墾工作，礦井組織相關人員進行了專題研究。

二、地表移動觀測站建設

選取礦務局給定的臨渙礦區的巖移參數：

φ=45oγ=δ=76.5oβ=76.5o-0.6α

γ0=δ0=69.8oβ0=69.8o-0.6α

由于是首個綜采工作面觀測區，觀測站設置成十字交叉狀觀測站，走向和傾向觀測線分別設置成兩條。走向觀測線長度980米，共布點60個，點間距為16米；傾向觀測線長度1000米，共布點20個，點間距為50米。為確保數據的準確性，在距離工作面800米的村莊布置三個通視的永久點，由于該村遠離工作面，基本上不受采動的影響，屬于穩沉區域，在此處布置永久點能保證所測的邊長和高程數據的準確性。

三、火成巖分布情況

巨厚火成巖在Ⅱ102采區分布穩定，其厚度一般大于120m。采用關鍵層判別軟件KSPB對柱狀關鍵層位置判別結果表明，巨厚火成巖為覆巖主關鍵層。通過Ⅱ102采區內所有取芯鉆孔柱狀資料的統計，得到Ⅱ102采區內10煤層與中組煤厚度及距巨厚火成巖的距離如表1所示。

表1 II102采區各煤層厚度及距巨厚火成巖距離一覽表

四、火成巖存在的危險

1、十組煤開采時，火成巖不破斷，中組煤無法回采；

2、整體性強、大面積懸露后破斷，震級很大，對十組煤工作面造成沖擊；

3、大面積懸露后破斷，震級在某個能量級以下，對十組煤影響不大，當十組煤采完以后，中組煤開采時，將產生較大影響；

4、破斷面積較大，開采時對中組煤沒有影響；

5、被斷層切割時，對十煤及中組煤開采不會產生較大的影響。

五、地表移動變形規律

1、下沉曲線

下沉曲線的分布規律是：在采空區中央上方處地表下沉值最大，從盆地中心向采空區邊緣逐漸減小，在盆地邊界點處下沉量為零，下沉曲線以采空區中央對稱。

2、傾斜曲線

傾斜曲線表示地表移動盆地傾斜的變化規律，為下沉的一階導數，即

傾斜曲線的分布規律是：盆地邊界至拐點間傾斜漸增，拐點至最大下沉點間傾斜逐漸減小，在最大下沉處傾斜為零。在拐點處傾斜最大，有兩個相反的最大傾斜值，傾斜曲線以采空區中央反對稱。

3、曲率曲線

曲率曲線表示地表移動盆地內曲率的變化規律，它是傾斜的一階導數，下沉的二階導數，曲率曲線的分布規律是：

（1）曲率曲線有三個極值，兩個相等的最大正曲率和一個最大的負曲率，兩個最大正曲率位于邊界點和拐點之間，最大負曲率位于最大下沉處；

（2）邊界點和拐點處曲率為零；

（3）盆地邊緣處為正曲率區，盆地中部為負曲率區。

4、水平移動曲線

水平移動曲線表示地表移動盆地內水平移動的分布規律，用U（x）表示。水平移動分布規律與傾斜曲線相似，即盆地邊界至拐點間水平移動漸增，拐點至最大下沉點間水平移動逐漸減小，在最大下沉點處水平移動為零。在拐點處水平移動最大，有兩個相反的最大水平移動值，水平移動曲線以采空區中央反對稱。

六、效果效益分析

1、科學地指導了礦井長遠規劃，為今后在相同條件下工作面的最佳合理布置提供了支持，為Ⅱ1024工作面的安全生產提供了保障。為礦井今后的采場布置指明了方向，社會效益將十分顯著。

2、由于對開采沉陷的深刻理解，實現了邊采邊探的實時監測的理念，實現了科學合理地安排采場布置，實現了設計工作的主動性、系統性、預見性和超前性，減少了采掘工程施工的盲目性。

3、及時有效的指導征遷部門在地表產生較大沉陷時，及時的將塌陷范圍內的村民遷往新村址，避免了可能發生的坍塌事故。

4、為今后遇到相同的地質條件下的地表觀測站的建立提供了數據支持，在處理問題時也有了一定的參照，減少了防治工作的盲目性，提高了防治工作的主動性、系統性、預見性和超前性，具有顯著的經濟效益和社會效益。

[1]《煤礦測量規程》中華人民共和國能源部.北京：煤炭工業出版社，1989.

[2]《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》北京：煤炭工業出版社，2000.