厚煤層綜放開采工作面地表巖移實測分析

張偉男

（大同煤礦集團朔煤小峪煤業有限公司，山西 朔州 038300）

1 地質采礦條件

小峪煤礦8202 工作面位于22#煤402 盤區，煤層厚度9.2～10.2 m，平均厚9.7 m，下層可見0.25 m泥巖夾矸。工作面采用綜放開采，割煤3.2 m 高，放煤6.5 m 高，采放比1:2.03。走向總長1255 m，傾斜長210 m，全部垮落法管理頂板，工作面推進速度為4.8 m/d。區域內地質構造簡單，進風巷、回風巷內煤層裂隙發育程度較高。煤層上方老頂厚3～5 m，為中粒砂巖；煤層直接頂厚1～3 m，以細砂巖為主；直接底厚2.8 m，以深灰色、致密塊狀粉砂巖為主；老底較厚，達27.2 m，以斜節理中粒砂巖為主。

8202 工作面標高1050～1055 m，地面標高1365～1294 m，北側至邊界煤柱及山西煤運東溝煤礦相鄰，向南與8204 采空區相鄰，西側接近402盤區輔助運輸巷、輔助回風巷，東部到邊界煤柱。對應工作面上方有16#、18#、19#煤層采空區，地表蓋山厚度約312 m。地表有河床、東溝礦變電站、信號房、2 層樓房及高壓線塔，回采會對地表及地面建筑有一定影響。

2 地表巖移變形觀測

2.1 觀測方案

結合工作面對應地表實際，考慮最大程度上收集地表巖移數據，決定沿工作面走向中軸線布置主觀測線1 條，沿傾向與走向垂直不等間距布置觀測線3 條，每條觀測線上均勻間隔布置1 個測點。走向觀測線長度1200 m，兩測點間隔100 m，共布置測點12 個，編號Z1～Z14；傾向觀測線長度400 m，兩測點間隔50 m，共布置測點3 組24 個，編號A1～A8、B1～B8、C1～C8。工作面觀測點布置如圖1。

圖1 8202 工作面地表巖移觀測布點圖

為保證測點穩定，采用混凝土樁埋入凍土層以下0.5 m，確保基點隨巖移同步移動，保證了觀測數據的可靠性[1-7]。

2.2 變形觀測

（1）首次觀測。待觀測點埋設10 d 后，混凝土樁基本沉穩，可以進行首次全面觀測。儀器選用全站儀，至少觀測2 次，取兩次觀測的平均值為最終值，誤差校驗以兩次高程相差小于10 mm、平面坐標相差小于4 mm 為準，此時數據可用。

（2）日常觀測。采動過程中的全面觀測是了解基點位移變化的主要依據，每月對各測點的平面坐標、高程等數據進行全面觀測，記錄位移變化、坐標變化。

（3）末次觀測。待各測點的下沉數據連續3 個月小于30 mm，即可認為基點移動基本穩定，此時的觀測值即為最終坐標，精度要求與首次觀測相同。

3 數據處理

經過10 個月的實測，工作面推進長度500 m，獲得了各觀測點的坐標變化、沉降、位移等大量數據。各實測基點地表最大移動變形值見表1。

表1 實測地表最大移動變形量統計表

為了簡化計算，以A2 為坐標原點，設置地表高程值為+20 m 代入分析計算。根據數據匯總分析，分別得出走向、傾向沉降曲線，如圖2、圖3。

圖2 工作面走向觀測線沉降曲線

實測數據得，沉降量最大處為Z11 測點，沉降量達2622 mm。經與地質構造圖對比分析，發現此處下部有一處斷層，高差近4 m，致使該處沉降量偏大。

圖3 傾向觀測線各測點沉降變化

4 地表變形移動特征分析

（1）采空區上覆巖移特征

通過數值模擬發現，地表沉降整體平緩，沿觀測線方向，地表呈現出明顯的“臺階型”，臺階步距在10～30 m。圖4 為觀測點沉降等高線圖。

圖4 觀測點下沉量等高線圖

經分析，“臺階”的形成與采空區頂板的周期垮落呈正相關，老頂隨工作面推進周期性垮落，如圖5。上覆巖層失去頂板支撐后，逐漸下沉，這種沉降會一直傳遞至地表，進而形成了地表的“臺階型”沉降。

圖5 工作面上覆巖層垮落形態

（2）啟動距判定

啟動距是指地表發生巖移時對應工作面推進的距離，根據經驗數據，該數值通常是采深的0.25～0.5倍。根據現場實測數據得出，8202 工作面的啟動距為89 m，是該工作面平均采深的0.31 倍。

（3）水平移動盆地特征分析

由圖4 可知，地表巖移出現了較大區域的盆地狀沉降，即水平移動“零值區域”，該區域橫向位移幾乎可以忽略，位移主要體現為下沉。邊界處呈傾斜分布，中心地帶下沉量最大，幾乎與原地貌平行，且隨工作面推進，該區域不斷增大。

5 結語

（1）通過實測，得出了厚煤層綜放開采條件下的地表巖移規律，為及時有效保護地表建筑提供了有力的數據支持。

（2）實測數據得，沉降量最大處為Z11 測點，沉降量達2622 mm。經與地質構造圖對比分析，該點位下部發現一個高差近4 m 的正斷層，可知構造帶對地表沉降量影響較大。

（3）地表沉降整體平緩，沿觀測線方向，地表呈現出明顯的“臺階型”，臺階步距在10～30 m。

（4）地表巖移出現了較大區域的盆地狀沉降，即水平移動“零值區域”，該區域橫向位移幾乎可以忽略，整體表現為塊狀沉降，移動盆地的盆底區域隨采空區范圍增大而增大。