薄煤層大采深條件下建筑物下開采技術研究

胡宗清 王海濤

（1.棗莊市國土資源局薛城分局，山東 棗莊 277000；2.棗莊市國土資源局嶧城分局，山東 棗莊 277300）

安陽煤礦隸屬山東安陽礦業有限責任公司，位于山東省薛城區鄒塢鎮境內，由于大量煤炭資源被北安陽村莊壓覆，為解放被壓覆煤炭資源延長礦井服務年限，安陽煤礦開展了薄煤層大采深條件下建筑物下開采技術研究工作。

1 礦井地質條件

1.1 地形地貌

井田的南部為丘陵地帶，北部的東側為地勢平坦的農田，中西部為丘陵，地面標高+66.6m～+105.0m。

1.2 礦井地層特征分析

安陽煤礦位于陶棗煤田的中部，地層屬華北地臺型沉積，井田內基巖被第四系覆蓋。根據已有勘探資料，井田內發育震旦系、寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、侏羅系和第四系。

1.3 礦井構造特征分析

安陽煤礦井田地層整體走向北東，傾向北西，地層傾角15～23°，井田為較寬緩的、軸向北西的向斜構造。井田內斷裂構造比較發育，以正斷層為主，也有逆斷層存在，有少量火成巖侵入，地質構造類型中等。

1.4 14煤層結構特征

安陽煤礦目前主采14層煤位于石炭系地層，開采深度為-450m～ -1000m，其上覆二疊系、侏羅系和第四系地層。14煤層厚為0.44～1.47m，平均1.26m，是礦井主要可采煤層之一。14煤層為中～特底灰、富硫、特低磷、高揮發份、中高～高熱值煤層，煤的牌號為氣煤，是良好的動力用煤。

1.5 煤層頂、底板特征分析

14煤層直接頂板為黑色頁巖，富含粘土，松軟易碎，厚0.3m；老頂第八層灰巖，厚2.48～3.32m，平均厚約2.8m，致密、堅硬，比較穩定，含燧石結核。底板為黑色頁巖，厚約7m，局部含砂質，含黃鐵礦結核，遇水不易膨脹，工程地質條件較好。

2 村下壓煤開采方案設計

2.1 開采方案

根據14101、14102工作面設計，可行的開采方案有充填開采、條帶開采、全采，由于研究區域煤層薄，埋藏深，經綜合比較選用全采方案，并進行了開采沉陷預計。

2.2 預計方法

本次地表沉陷變形預計采用概率積分法。利用計算機模擬計算預測該礦井的地表變形。

2.3 預計參數

根據相鄰礦區以及類似條件礦井的巖移觀測數據，確定地表沉降預計參數為：下沉系數0.5，水平移動系數0.2，主要影響角正切值1.9。

2.4 預計結果

建筑物破壞的評價標準參照《建筑物、水體、鐵路及主要建行煤柱留設與壓煤開采規范》的有關標準進行，其中Ⅰ級、Ⅱ級損壞等級限值如下：

Ⅰ級：水平變形≤2.0mm/m，曲率≤0.2 10-3/m，傾斜≤3.0mm/m；

Ⅱ級：水平變形≤4.0mm/m，曲率≤0.4 10-3/m，傾斜≤6.0mm/m。

14101、14102工作面開采后的地表變形預計最大值見表1，14101、14102工作面開采后地表變形情況等值線圖見圖1、圖2。

表1 14101、14102工作面開采后地表變形預計極值

依據Ⅰ級、Ⅱ級損壞等級限值，14101、14102工作面開采后北安陽村預計最大移動變形值處于Ⅰ級損壞范圍內。

3 地表巖移觀測及分析

3.1 地表巖移觀測

為了充分反映地表移動與變形規律，沿14101、14102工作面走向方向布設兩條觀測線，垂直于14101、14102工作面走向方向布設一條觀測線，并按規定設置控制點及觀測點。在工作面開采前及開采完畢后分別進行了2次全面觀測，根據工作面推采的速度分別進行了16次日常觀測。

圖1 14101、14102工作面開采后地表下沉等值線圖

圖2 14101、14102工作面開采后地表走向水平變形等值線圖

3.2 觀測結果分析

14101工作面于2011年4月9日開始回采，至2011年8月底回采結束。14102工作面于2011年8月10日開始回采，至2012年2月底回采結束。觀測到的點位最大下沉值為190mm，位于H31號測點處。依據《三下規范》確定的下沉10mm的點為地表下沉盆地邊界點的標準，確定的該地質采礦技術條件下的走向邊界角為59°2′，傾向上山邊界角為62°43′，傾向下山邊界角為57°24′。地表的最大傾斜變形為0.65mm/m，最大曲率變形0.0035mm/m，最大水平變形0.4mm/m。各變形值大大小于建筑物的臨界值，對地表建筑物影響很小。

3.3 概率積分法參數的確定

通過對14101、14102回采工作面地表移動變形觀測站的設置、實地測量、地表移動數據的處理和分析，獲得了適用于該地質采礦技術條件下充分采動時的概率積分法計算參數：

開采影響傳播系數：K=0.6；

下沉系數：q=0.3；

水平移動系數：b=0.15；

主要影響角正切值：tanβ=1.7。

4 結論

安陽煤礦為了解放北安陽村莊壓覆資源，積極開展薄煤層大采深建筑物下開采技術研究。根據地質條件，采用概率積分法對工作面回采情況進行預計，確定了采用薄煤層大采深條件下建筑物下全部開采方案開采技術，經過14101、14102工作面試采驗證，地表巖移觀測及觀測數據的綜合分析，確定了該地質采礦技術條件下充分采動時的概率積分法計算參數。14101、14102工作面開采后北安陽村等建構筑物的最大下沉值較小，地表移動變形值均在Ⅰ級損壞范圍內，實現了經濟、安全回采，對解放深部薄煤層村下壓煤資源有重大推廣應用價值。