山西河?xùn)|煤田特厚煤層采動(dòng)下地表變形規(guī)律分析

王 偉 鐘來星 趙澤昆

（1.山西西山晉興能源有限責(zé)任公司；2.山東科技大學(xué)資源學(xué)院；3.山東科技職業(yè)學(xué)院建筑工程系）

眾所周知，煤層的開采方式、煤層厚度、埋深和覆巖巖性等因素是引起地表產(chǎn)生不同程度、不同類型移動(dòng)和沉陷的原因。研究覆巖移動(dòng)與地表變形規(guī)律是減輕地表采動(dòng)損害、保護(hù)沉陷區(qū)生態(tài)的必要手段。目前對(duì)于煤層厚度為3～5 m條件下的采煤活動(dòng)、覆巖破壞與地表移動(dòng)變形規(guī)律的研究已經(jīng)趨于完善，也已經(jīng)形成了比較成熟的理論。但是目前對(duì)于14 m以上巨厚煤層采動(dòng)條件下巖層及地表移動(dòng)變形規(guī)律的研究還是相對(duì)欠缺，還未形成完整的體系［1］。斜溝煤礦23103工作面煤層采厚為14.38 m，通過與斜溝煤礦18205、18111工作面的開采沉陷參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，得出了23103工作面特厚煤層開采對(duì)地表變形影響的一般規(guī)律。

1 工作面概況

23103工作面屬于斜溝煤礦13號(hào)煤，上部為8號(hào)煤層18109工作面和18107工作面，采用一次采全高走向長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械采煤法［2-3］。工作面走向長(zhǎng)為2 940.0 m，傾斜長(zhǎng)為242.4 m，底板標(biāo)高為+698～+758 m，地面標(biāo)高為+970～+1 140.9 m，平均采深為338 m。煤質(zhì)為氣煤，煤層厚度為14.00～15.92 m，平均厚度為14.38 m。23103工作面整體為一單斜構(gòu)造，煤層傾角為8.2～10.7°，平均為9.0°。工作面走向?yàn)?80°，傾向?yàn)?70°。

18205工作面屬于斜溝8號(hào)煤，工作面同層及上覆煤層無采空區(qū)，采用一次采全高走向長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械采煤法。工作面走向長(zhǎng)為2 840.3 m，傾向長(zhǎng)為263.7 m，地面標(biāo)高為+958～+1150 m，工作面標(biāo)高為+520～+584 m，平均采深為502 m。煤質(zhì)為氣煤，煤層厚度為3.80～5.50 m，平均采厚為4.70 m。煤層傾角為7.5～11.4°，平均為9.4°。工作面走向?yàn)?80°，傾向?yàn)?70°。

18111工作面屬于斜溝煤礦8號(hào)煤，工作面同層及上覆煤層無采空區(qū)，采用一次采全高走向長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械采煤法。18111工作面走向長(zhǎng)為1 702 m，傾斜長(zhǎng)為236.8 m，地面標(biāo)高為+958～+1 150 m，工作面標(biāo)高為+738～+780 m，平均采深為300 m。煤質(zhì)為氣煤，煤層厚度為2.10～5.00 m，平均采厚為3.79 m。煤層傾角約為7～10°，平均8°。工作面走向?yàn)?77°，傾向?yàn)?67°。

2 對(duì)比分析

斜溝煤礦23103、18205、18111這3個(gè)工作面采用了相同的采煤方法和頂板管理方法，而且都是依據(jù)概率積分法進(jìn)行參數(shù)求取［4］。3個(gè)工作面的開采技術(shù)參數(shù)見表1，所求得的開采沉陷基本參數(shù)見表2［5］。

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從表1可以看出，23103工作面的平均采厚為14.38 m，而18205和18111工作面的平均采厚分別為4.7 m和3.79 m，3個(gè)工作面除了平均采厚差別較大外，其它開采技術(shù)參數(shù)基本相同。

從表2中可以看出，具有特厚煤層的23103工作面充分采動(dòng)角、最大下沉值、最大下沉速度、最大下沉角、下沉系數(shù)、主要影響角正切值、拐點(diǎn)偏移距偏大，而最大下沉速度滯后角偏小。

該礦井23103、18205、18111這3個(gè)工作面開始階段、活躍階段、衰退階段的持續(xù)時(shí)間如下。

（1）23103工作面開始階段約為58 d，占到整個(gè)觀測(cè)天數(shù)的9%，活躍階段的持續(xù)時(shí)間為152 d左右，占到總下沉量的25%，衰退階段的持續(xù)時(shí)間為398 d左右，該階段的下沉量占到總下沉量的66%［6］。

（2）18205工作面開始階段約為61 d，占到整個(gè)觀測(cè)天數(shù)的14%，活躍階段的持續(xù)時(shí)間為205 d左右，占到總下沉量的48%，衰退階段的持續(xù)時(shí)間為132 d左右，該階段的下沉量占到總下沉量的38%。

（3）18111工作面開始階段約為24 d，占到整個(gè)觀測(cè)天數(shù)的6%，活躍階段的持續(xù)時(shí)間為94 d左右，占到總下沉量的31%，衰退階段的持續(xù)時(shí)間為132 d左右，該階段的下沉量占到總下沉量的63%。

從上述各工作面在開始、活躍和衰退階段的持續(xù)時(shí)間可以看出：23103工作面活躍期占整個(gè)觀測(cè)的天數(shù)比較少，即活躍期時(shí)間較短，活動(dòng)劇烈、具有突發(fā)性，而衰退期占整個(gè)觀測(cè)的天數(shù)比較大，即衰退期較長(zhǎng)。

從地表的破壞情況來看，23103工作面地表出現(xiàn)了縱橫交錯(cuò)的多條大裂縫，裂縫的寬度都在20～200 mm，最大寬度達(dá)300 mm，最大深度有10～20 m，20103工作面的采空影響范圍最大，塌陷和裂縫最嚴(yán)重。

3 結(jié)論

通過對(duì)斜溝煤礦23103、18205、18111這3個(gè)工作面開采技術(shù)參數(shù)和開采沉陷基本參數(shù)的對(duì)比分析，得出了山西河?xùn)|煤田特厚煤層采動(dòng)下的地表變形規(guī)律。

（1）山西河?xùn)|煤田特厚煤層工作面具有充分采動(dòng)角、最大下沉值、最大下沉速度、最大下沉角、下沉系數(shù)、主要影響角正切值和拐點(diǎn)偏移距偏大，而最大下沉速度滯后角偏小的特點(diǎn)。

（2）山西河?xùn)|煤田特厚煤層工作面具有地表活躍期時(shí)間短、活動(dòng)劇烈，衰退期較長(zhǎng)，煤層穩(wěn)定時(shí)間較長(zhǎng)，開采影響范圍大的特點(diǎn)。

［1］趙保成.厚煤層分層開采地表移動(dòng)變形規(guī)律研究——以孟巴礦為例［D］.北京：中國礦業(yè)大學(xué)（北京），2017.

［2］王偉.山區(qū)重復(fù)采動(dòng)下地表沉陷移動(dòng)分析［J］.山西焦煤科技，2014（Z1）:160-162.

［3］張全健.山東省重點(diǎn)煤礦資源開發(fā)利用現(xiàn)狀分析及資源保護(hù)技術(shù)研究［D］.青島：山東科技大學(xué)，2004.