西部浅埋煤层综放开采地表移动变形规律研究

西部浅埋煤层综放开采地表移动变形规律研究

周党文1,2冯宇1,2刘飞2,3

1.陕西榆林能源集团郭家滩矿业有限公司陕西榆林719000；2.中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221008；3.宿州学院资源与土木工程学院安徽宿州234000

摘要：中国西部相当部分煤矿煤层埋藏较浅，地表大部分被第四纪松散层覆盖，综放开采引起的地表移动变形较大，地面下沉明显。开采引起的宽大裂缝，产生严重的安全隐患，不仅破坏环境，产生工农矛盾，而且存在向井下漏风与溃水可能，易产生煤层自燃或突水事故。本文采用现场实测的方法研究了陕西省隆德煤矿煤炭开采后地表移动变形规律，为矿井的生产安全和高产高效做一些技术准备。

关键词：浅埋；综放；移动；变形

1.引言

近年来,随着中国能源战略的西移，西部煤炭资源开采带来了大量采空区。采空区覆岩移动带来的变形控制、漏风、自燃发火等问题，直接影响着西部矿井的安全生产。因此，西部特殊地质条件下地表移动变形规律的研究，已经成为采矿行业的热点和难点。刘飞，马占国等采用相似模拟方法深入研究了薄基岩特厚煤层端头围岩变形及地表沉降变形规律，指出了基本顶主动板块切落失稳是地表出现大裂缝的主要原因。高保彬等采用钻孔窥视装置研究了覆岩裂隙特征及发育高度。杨培举等用理论计算的方法分析了覆岩垮落的形态。朱训国等采用离散元软件UDEC对煤层开采过程中覆岩移动规律和裂隙演化时空变化进行了数值模拟。本文以西部具有代表性的陕西隆德煤矿205工作面为研究对象，采用现场实测的方法研究了煤炭开采后地表移动变形规律，为矿井的生产安全和高产高效做一些技术准备。

隆德煤矿位于陕北黄土高原北部，毛乌素沙漠东南边缘，地貌以沙丘沙地为主，地表基本被第四系风积沙覆盖，基岩仅在煤矿南部黑龙沟沟谷中局部出露，北部高南部低，最高处位于西北部的前大界，标高+1249.5m，最低处位于南部的黑龙沟沟谷，标高+1104.1m，相对最大高差145.4m。

2.工程地质条件

陕西隆德煤矿205工作面为2-2煤层的综采工作面，地表大部分被第四纪松散层覆盖，无建筑、输电线路等对回采有影响的设施。工作面两侧区域均尚未回采，西至井田边界，北为203工作面，东为保护煤柱。

205工作面走向长3640m，倾向长300m，地表标高+1207~+1252m，底板标高+997~+1028m。煤层厚度3.3m~4.8m，平均厚度4.0m，煤层倾角<1°，该煤层结构简单，局部含夹矸1~2层。205工作面回采情况如表1所示，205工作面布置如表1所示。

图1研究区域

3.2.2测桩制做

工作测桩及控制桩均采用钢筋混凝土（C20）预制桩，工作测桩规格80×120×1500mm，控制桩规格100×150×1800mm，如图1所示。

3.2.3观测方法

平面测量采用全站仪进行测量，以控制点和特征点布置成附合导线，其它点采用交会测量，个别通视较差的点采用支点测量。高程测量采用水准仪，将工作测点和控制点布置成导线，进行附合导线或支导线测量。

4.地表移动与变形动态规律

4.1205工作面走向观测线

走向半盆地观测线A于2014年8月14日开始观测，分别于2014年9月5日、2014年9月18日……2015年8月18日进行了13次高程观测；分别于2014年8月14日、2014年9月12日……2015年8月18日进行了6次平面观测。

图2、图3分别给出了走向观测线A的实测动态下沉曲线和水平移动曲线。由观测结果可知，205工作面开采前，走向观测线开始观测，截止至2015年8月18日，测得地表最大下沉值2098mm（A54号测点），最大水平移动值745mm（A26测点）。根据《“三下”采煤规程》规定，地表连续6个月下沉值不超过30mm时，可认为地表移动期结束。表5-3给出了A54号测点的最后4次观测的地表下沉值，由表可以看出，2015年1月3日至2015年8月18日，225天内地表下沉增量仅为16mm，认为地表移动期结束，地表已经稳定。

图3205工作面走向观测线实测动态水平移动（走向方向）曲线

4.2205工作面走向观测线

倾向全盆地观测线B于2014年8月28日开始观测，分别于2014年9月18日、2014年9月27日……2015年8月18日进行了12次高程观测，观测结果见表5-3；分别于2014年8月28日、2014年9月12日……2015年8月18日进行了6次平面观测。

图4205工作面倾向观测线B实测动态下沉曲线

图5205工作面倾向观测线B实测动态水平移动（倾向方向）曲线

由观测结果可知，205工作面推进至距倾向测线B水平距离220m时，该观测线开始观测，截止至2015年8月28日，测得地表最大下沉值2040mm（B37号测点），最大水平移动值618mm（B29测点）。根据《“三下”采煤规程》）规定，地表连续6个月下沉值不超过30mm时，可认为地表移动期结束。

5.小结

通过对隆德煤矿205工作面地质与采矿条件的分析，对地表移动观测站实测数据的计算与分析，得出以下结论：

（1）205工作面走向长3640m，倾向长300m，煤层倾角<1°，平均采深228m。205工作面切眼侧布置了两条地表移动观测线：一条走向半盆地观测线，一条倾向全盆地观测线，观测历时一年，介于2014年8月14日~2015年8月18日，走向观测线、倾向观测线分别进行了13次、12次高程观测，均进行了6次平面观测；

（2）地表移动观测站观测得出：205工作面走向观测线最大下沉值2098mm（A54号测点），最大水平移动值745mm（A26测点）；205工作面倾向观测线测得地表最大下沉值2040mm（B37号测点），最大水平移动值618mm（B29测点）；

参考文献

[1]郝志勇,林柏泉,张家山,等.基于UDEC的保护层开采中覆岩移动规律的数值模拟与分析[J].中国矿业,2007,16(7):81-84.

[2]董红娟,薛泽民,张金山,等.近距离上保护层开采覆岩移动及瓦斯卸压模拟研究[J].煤炭技术,2018,37(2):196-198.