隆德煤矿风井工业广场下采煤沉降观测及分析

隆德煤矿 风井工业广场下采煤沉降观测及分析

郭静

神木县隆德矿业有限责任公司 陕西 神木 719300

摘 要：为满足矿井安全开展建筑物下、水体下、铁路下等三下采煤工作的需要，煤矿企业应提供本矿区地质采矿条件下的准确可靠的地表移动变形参数。需建立地表移动观测站，以掌握由于采动而引起的地表移动变形特征与规律，为实现上述目标及研究重复采动时的地表移动变形规律提供基础资料。

关键词：地表移动变形参数 观测站 移动变形特征与规律

对于矿区建立地表移动观测站，以掌握由于采动而引起的地表移动变形特征与规律，为实现上述目标及研究重复采动时的地表移动变形规律提供基础资料，需要提供本矿区地质采矿条件下的准确可靠的地表移动变形参数。为此，神木县隆德矿业有限责任公司进行了“隆德煤矿风井工业广场内建筑或构筑物沉降观测和216工作面岩移观测研究”专题项目研究。在216工作面在回采过程中，风井工业广场内建筑或构筑物可能受其采动影响，出现下沉、开裂现象，给矿井安全生产带来巨大经济损失。为了确定风井工业广场内建筑或构筑物是否受216工作面回采采动影响，开展了风井工业广场内建筑或构筑物沉降观测工程和216工作面岩移观测工程，两项工程的观测数据，为验证、预判风井工业广场内建筑或构筑物是否受216工作面回采采动影响，给出了科学的，准确的，可靠的地表移动变形参数，为下一步的生产决策服务。

1. 两项工程简介

隆德煤矿风井工业广场内建筑或构筑物沉降观测和216工作面岩移观测两项工程均使用徕卡RTK、徕卡ts06 plus全站仪、集思宝A3S手持机三种测量仪器，多手段、多频次进行观测，相互验证每期观测数据的准确性。根据实地地形两项工程共同使用C1～C22观测点及A1控制点（观测点布置图），共观测数据17期。

二、矿区地质情况

隆德煤矿216工作面位于矿区东部。216工作面位于2-2煤北翼回风大巷以东，工作面切眼布置于钻孔DN8以西，煤层倾角小于1°，沿煤层走向方向布置，采用长壁后退式一次采全高综合机械化采煤方法。井下西高东低，工作面长度为1093m。

三、数据处理及质量评价

在采动过程中，定期地、重复地测定观测线上各测点在不同时期内空间位置的变化。地表移动观测站的观测工作可分为连接测量、全面观测两个部分。隆德煤矿216工作面观测站的连接测量和首次全面观测，观测内容主要包括GPS测量和三等水准测量;采动过程中的全面观测，对于平面测量，按RTK测量的要求进行;高程测量采用四等几何水准方法进行。

四、地表移动观测数据规律分析

通过对隆德煤矿216工作面观测站的首次全面观测、采动过程中17次连接观测，已获得各测点每次的坐标、高程、边长平差值及精度信息，为计算移动变形值提供了准确的现场观测数据。

（一）移动变形量计算。移动变形计算内容主要包括，各测点的下沉和水平移动，相邻两测点间的倾斜和水平变形，相邻两线段〔或相邻三点）的曲率变形，观测点的下沉速度等。

在计算移动变形值之前，首先应根据各观测点间的水平距离，计算各观测点到控制点的水平距离。

（二）采动过程中观测站移动变形初步参数。隆德煤矿216工作面采长为1093m，工作面宽为227.7m。216工作面煤层稳定,倾向北西，倾角<1°，整体呈宽缓的单斜构造，工作面为俯斜开采，最低处位于回撤段，最高处位于切眼段，总体东高西低，高差为26.0m。

在216胶运、辅运顺槽掘进过程中揭露1条断层，该工作面断层发育一般；根据相邻工作面回采阶段断层揭露情况，分析216工作面内有可能存在隐伏断层，在顺槽掘进过程中未发现有其它构造，无陷落柱等其它构造。

开釆充分性评价指标。对于216工作面，基岩平均厚度Hj约为93.4m，走向长1093m，倾向宽227.7m，松散层平均厚度hs为44.9m，平均采深H0为151.7m。仅考虑基岩厚度时，走向方向的基岩开采的充分性指标为kLj （走）=11.7 ，倾向方向的基岩开采的充分性指标为kLj （倾）=2.4，即走向和倾向上基岩均为充分开采;当考虑松散层厚度时，可取（Hj +kshs）=151.7= H0为综合开采深度，走向和倾向方向开采的充分性指标为kL（走）=7.2和kL（倾）=1.5，即走向和倾向上为充分开采。

2.起动距。通常把地表开始移动时工作面的推进距离称为起动距，地表开始下沉是以观测地表点的下沉值达到10mm为标准。

起动距的大小主要与开采深度及岩石的物理力学性质有关。对于隆德煤矿216工作面地表移动观测站而言，启动距约为1/3H0。即0.3﹪H0（H0平均采深，取为151.7m）。

3.超前影响角和超前影响距。将工作面前方地表开始移动〔即下沉化10mm）的点与当时工作面的连线，此连线与水平线在煤柱一侧的夹角称为超前影响角，用w表示;开始移动点到工作面的水平距离称为超前影响距。 超前影响角按下式计算

w=arcctg（l/H0）=29.2°

式中H0为平均采深，为151.7m；I为超前影响距,为85m。

4.水平移动系数。水平移动系数b指在走向方向充分采动或接近充分采动（不管倾斜方向是否为充分开采）的情况下，开采水平煤层时走向主断面上的地表最大水平移动u0与地表最大下沉w0之比，按下式计算：

b=u0/w0=30

五、结论

通过建立隆德煤矿216工作面观测站，对观测数据采集、处理、分析，得出：①216工作面走向观测线上最大沉降值为2.829米（C12#观测点）。②216工作面开采超前影响距为85米，工作面开采达到充分以后，工作面推进位置前方85米处地表开始下沉。③216工作面开采倾向影响距为54米。④C1出现0.021米下沉，从观测数据及旁边沉淀池开挖基坑施工时间来看，初步判断为旁边沉淀池开挖基坑施工影响造成。⑤风井场地建筑物（回风立井进风口、锅楼房、污水处理厂宿舍）等无明显变形、开裂现象。但风井至炸药库道路出现0.104米下沉、局部凸起、开裂、变形。

通过两项工程给出的结论，验证了风井工业广场内建筑或构筑物不受216工作面回采采动影响，保证了风井工业广场内建筑或构筑物正常使用，为矿井安全生产提供了安全保障。

参考文献：

[1]中华人民共和国能源部.《煤矿测量规程》.北京：煤炭工业出版社，1989年.

[2]国家煤炭工业局.《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》北京：煤炭工业出版社，2000年.