第一章 地表移动和变形规律.ppt
[摘 要]晋华宫煤矿煤层平均埋深500m，平均煤厚26m，采用分层综采放顶煤开采方法，工作面宽度为120m，分层采放高13m。随着后续工作面的开采地表移动变形将明显增大，本文通过对晋华宫煤矿开采地表移动规律进行研究，确定工作面开采对地表建筑物的影响范围和影响程度，同时对地表构筑物提出保护对策。
[关键词]综采；工作面； 地表移动；分析；
中图分类号：F224-39 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）15-0259-01
前言
由于煤炭资源的过量开采，矿区环境支离破碎，矿震、滑坡、泥石流等次生地质灾害随时有可能发生。并且由于开采引起地下水破坏，地表建筑物损毁也日益增多。为了实现可持续发展，建立采煤与环境友好型的开采机制，如何安全、高效、环保的采出煤炭资源，同时实现矿区的绿色恢复成为重大的社会民生问题。因此深入矿区，调查矿区开采情况，积极观测，掌握矿区地表移动规律，科学指导实际开采，保护矿区的环境及人员安全，将为当地经济建设，和社会稳定做出巨大贡献。
1 地表移动变形观测
由于工作面开采，地表房屋来不及搬迁，因此需在地表设置观测站，对晋华宫煤矿地表移动下沉情况进行观测。由于工作面开采周期较长，达到2年。需同一采区地质条件、覆岩岩性基本一致，因此后续工作面开采布置走向观测线时可参考已采工作面的布置，倾向测线布置可按照现有布测方式，东西双向延伸即可。
走向观测线应根据最大下沉角θ确定其位置，距回风顺槽的水平距离Dz可由下式计算：
Dz=D1/2+H0·ctgθ
=59+500×ctg（90°-kα）
=85.2m
由于D3=2438m≥1.4H0+59=759m，走向属于超充分采动。
因此，本次走向观测线设计为半条走向观测线。北端以郭家庄北部为界，停采线外侧测线最小长度L外由下式计算：
L外=（H0-h冲）·ctg（δ-Δδ）+h冲·ctgψ
=（500-0）×ctg（65°-20°）+0×ctg45°
=500（m）
受地形限制，南端起点布置在北汭河北岸，并设控制点2个。所以走向观测线总长度为Lz=1325（m）。
2 观测方法及要求
本次地表移动观测站总共设计2条观测线，其中走向主断面上1条，倾向主断面上1条。观测线横穿川区林地及村庄，观测工作相对困难，部分区域全站仪和一般测量仪器无法观测，需借助GPS测量系统进行观测。因此，观测工作综合采用一般测量仪器、全站仪和GPS测量系统，观测方式可综合采用导线测量、三角高程测量、水准测量和GPS测量。由于受采空区影响，矿区地面控制点破坏严重，测区范围基本无可用高级控制点，对测线控制点的联测必须按照合理的图形进行布网联测，并作平差计算。本次观测主要分为四个部分首次观测、巡视观测和全面观测。
2.1 首次观测
观测站各工作测点埋设10～15天沉稳后，进行首先全面测量（联系测量），首次观测独立进行两次。两次测量同一点的高程差不大于10mm，平面坐标相差不大于4mm时，取其平均值作为各观测点的原始坐标值。本观测站的首次全面测量采用全站仪进行，各观测点的高程测量按四等水准要求施测，平面测量按一级导线要求观测。
2.2 巡视观测
巡视观测是为确定采动地表移动的开始、发展、停止等状况而进行的，一般是为实时了解地表的移动变形情况而进行的观测。它是根据井下开采、地表移动变形情况随时确定的。本站所处地形为川区平地，巡视观测采用水准观测方法。由于工作面投产较晚，观测工作滞后进行。所以布点完成后即可开始观测，对位于采区正上方的部分观测点用水准测量进行巡视观测。观测时间为一星期观测一次。
2.3 开采过程中的全面观测
全面观测需要观测各测点的平面坐标、高程、各测点间距离以及测点偏离中心线的距离等。本站的全面观测采用全站仪和水准仪结合进行。当巡视观测到观测点的最大下沉达到50mm后，可以开始进行全面观测。首次全面观测须独立观测两次，两次观测时间间隔不超过7天。二次观测同一测点的高程差不得大于10mm，支距差不得大于15mm，同一边的长度差不得大于4mm，取平均值作为观测站的初测数据。以后在移动活跃期内每隔1个季度进行一次全面观测，进入移动衰退期后，可不进行全面观测。直到地表移动基本稳定后，再进行一次全面观测作为最终观测结果。
3 观测结果分析
对观测数据处理之后，走向下沉观测线如图3.1所示。图中观测点3-10为地表村庄范围，限高开采8m。穿过村庄之后工作面采高加大逐渐过渡到正常采高13m，但是16号测点附近采高达到15m。从图中可以看出，正常采高13m情况下，地表最大下沉值976mm；观测点3-10范围内，地表下沉較小，地表稳定之后最大下沉为500m。限高开采很好的控制了地表的下沉，暂时能够有效的保护地表建筑物不受损害。根据开采之后对受损房屋进行走访的结果，工作面上方房屋受到采动影响不严重，村庄房屋未见明显裂缝。村庄受损房屋大部分墙体出现细微裂缝，但不影响房屋结构。位于下沉盆地拐点附近，水平变形和倾斜较大，但是由于地表房屋大部分属于单层砖瓦结构，受到采动损害并不严重。少部分房屋出现较大裂缝，门窗有轻微变形，达到二级损害，此类房屋约占受损房屋的20%。
4 结论
（1） 通过走向下沉曲线可以看出，地表移动下沉较小，未达到该地区最大下沉值，属于极不充分采动。限高开采条件下地表房屋暂时较为安全，下沉盆地在工作面采完之后前5个月处于活跃期，地表下沉较大，尤其是前3个月平均下沉在4mm/d以上。
（2）工作面开采之后，地表最大下沉值为976mm，水平移动值为392mm，倾斜值为6.8mm/m，曲率-0.18×10-3/m，水平变形-8.04mm/m。由于采高较大水平变形和倾斜比一般条件下大一些。
（3）工作面开采之后地表下沉移动形态与一般的极不充分采动条件下沉盆地相符，但也有其特性，拐点偏向于煤柱一侧，下沉盆地影响范围与充分采动接近。由于开采宽度小，覆岩内部能够形成支撑结构，因此地表下沉移动值较小。
参考文献
[1] 廉旭刚，戴华阳，胡海峰.煤矿开采动态地表下沉预计算法[J].辽宁工程技术大学学报，2016，10（35）：1-5.
[2] 谢新秀.极不充分采动条件下地表移动规律研究[D].淮南：安徽理工大学 ，2012.
[3] 郭增长.极不充分开采地表移动预计方法及建筑物深部压煤开釆技术的研究[D].徐州：中国矿业大学，2000.
作者简介：
陆锋亮 （1989.01--） 男，河南省洛阳市人，本科，专业：采矿工程。
