缓斜中厚煤层采空区地表移动变形规律研究.docx

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缓斜中厚煤层采空区地表移动变形规律研究

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王焕明何立菊袁伟强范凯唐忠亮卓军

摘要：以龙滩矿井3115南工作面为工程背景，对缓斜中厚煤层采空区地表移动变形规律进行了研究，通过采用理论分析、现场实测方法，得到了岩移参数，并与现场踏勘进行了对比，得出了在地表下沉盆地内地表建筑物的破坏程度与地下开采区域直接相关的结论；研究得到了地表下沉盆地的主断面范围；可以依据工作面尺寸，判别下沉盆地的采动程度。

关键词：开采沉陷；下沉盆地；移动变形

前言

地下煤层开采后，原岩应力重新分布，直接顶冒落，基本顶发生初次断裂和周期断裂，上覆岩层断裂、弯曲，引起地表沉陷，破坏地下水系。华蓥山龙滩矿井在首采工作面开展过顶板垮落过程后“三带”研究，其中弯曲下沉带是指裂隙带以上至地表的整个范围内岩体，该层岩体发生弯曲下沉的整体变形，引起地表形成移动下沉盆地。华蓥山地区属于喀斯特地貌，地下岩溶发育，水文地质条件复杂，单一煤层开采、大埋深，地表地形以山区为主，但尚无实测岩移参数，龙滩矿井开采条件具有大埋深，一般开采沉陷研究埋深在300m以内，而龙滩矿井的3115工作面埋深约550m，可填补这方面研究空白。311采区东北角有一地表较大水体——彭家大堰塘，水下采煤可行性和煤柱留设方案，需要更为准确且符合自身实际的岩层移动角、裂缝角参数；龙滩煤矿经过多年的地下开采，地表已诱发多处塌陷坑、开采裂缝等地质灾害，需要地表沉陷区范围、沉降量、移动边界、裂缝边界等重要参数，为居民搬迁赔偿提供科学依据。因此，本此以龙滩矿井3115南工作面为工程背景，对缓斜中厚煤层采空区地表移动变形规律进行研究。

1工作面地质概况

3115南工作面煤层标高+418m～+484m，对应地面高程+997m～+1047.2m，平均埋深596m，煤厚1.4m～2.39m，平均1.90m，煤层倾角介于8°～12°之间，平均倾角10°，工作面走向长约820m，倾斜长约240m，面积19.36万平方米，地质储量51.72万吨，采用走向长壁采煤法进行回采，采用MG250/600-AWD采煤机机械落煤，ZY3000/12/30掩护式液压支架支护，全部冒落法管理顶板。

3115南工作面为龙滩煤矿龙王洞背斜东翼首采工作面，工作面对应地表以坡地，溶蚀山、溶蚀洼地等地貌为主，植被以茅草、灌木为主，多数地表基岩直接出露，出露岩层为三叠系飞仙关泥岩、泥灰岩，松散层厚度不计。

3115南工作面位于龙王洞背斜东翼，工作面顶板岩层性质分别为：飞仙关组（T1f）中下部由灰色细晶灰岩、厚层状鲕粒灰岩、灰质泥岩及中厚层状粉晶灰岩。长兴组（P2c）灰色、深灰色中～厚层状泥晶灰岩及粉晶灰岩，局部为生物礁灰岩。龙潭组（P2l）中厚层状粉晶石灰岩，与上覆地层长兴组整合接触。岩性由灰岩、泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩、铝质泥岩及煤层组成。

整个煤系地层可划分为五段。各段岩层岩性及厚度见表1。

2研究思路

选定3115南工作面作为地表岩移观测站，3115南工作面周边均处于未开采阶段，3115南工作面煤层埋深有代表性；由于走向观测线全程两翼控制点不会产生移动变形，故采动前用静态GPS观测，保证观测站控制网精度；展开理论研究，用概率积分法理论预计下沉系数、边界角、移动角、裂缝角参数，再结合临近矿井和国内观测成果资料对比分析，来确定岩移观测站的设计参考值；在采动过程中，实时监测测点变化情况，完成回采后，全面观测测点平面及高程变化，对比分析采动前数据，测定下沉系数、水平移动系数、开采影响的传播系数、最大下沉角、边界角、移动角、裂缝角、拐点移动距等地表移动变形参数。

3观测方案

地表移动观测站布设在3115南工作面地表，设计布置走向、倾向两条观测线，控制网点设置在绿水洞地表观测成果的边界角外，GPS静态控制网点作为控制点，保证控制网精度，GPS静态相对定位，GPS接收机在观测站上45分钟，内业使用GPS接收机的随机软件对外业观测数据进行处理，解算出6个控制点的坐标。依据规范，观测站点间距25m，观测前采集测点坐标和高程数据，全面观测在联测之后、地表开始移动之前，应以6个控制点为准对走向、倾向两条观测线的所有测点按一级导线精度要求进行2次全面观测（首次），2次测得的同一点高程差不大于10mm，同一边的长度差不大于4mm时，取平均值作为观测站的原始观测数据，并记录地表、民房原有的裂缝，拍摄照片。工作面开采后引起地表出现移动至移动活跃期，只进行高程观测，采动过程中，不仅要及时地记录和描述地表出现的裂缝，塌陷的形态和时间，还要记载每次观测时的相应工作面位置、实际采厚、工作面推进速度、顶板陷落情况、煤层产状、地质构造、水文条件等有关情况；移动活跃期间至少进行4次以上全面观测（全面观测均同首次），移动活跃期至衰退期只进行高程观测，在地表移动稳