田锦州，徐法奎，王占成

（1.天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京 100013;2.天安矿业有限公司星村煤矿，山东曲阜 273155）

星村煤矿大采深极不充分采动条件下开采沉陷规律研究

田锦州1，徐法奎1，王占成2

（1.天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京 100013;2.天安矿业有限公司星村煤矿，山东曲阜 273155）

星村煤矿约80%煤炭资源被村庄压覆，村庄压煤的合理开采是矿方面临的一项重大课题。为切实掌握本矿的开采沉陷规律，在东翼一采区布置了地表移动观测站，并进行了相应的地表移动与变形监测，取得了较为完整的地表移动变形观测资料。分析了该矿的地质采矿条件，对一采区地表移动变形观测资料进行拟合计算与分析，得出如下结论:该矿千米大采深极不充分采动地表移动具有下沉平缓、下沉速度慢、移动期相对较长、无活跃阶段等特点。

大采深;极不充分采动;开采沉陷;求参

星村煤矿位于山东省兖州市以东、曲阜市西南。井田范围内地面村庄较多，压煤面积占井田面积的80%左右。村庄压煤的合理开采是星村煤矿面临的一项重大课题，为切实掌握其开采沉陷规律，星村矿在东翼一采区E3105，E3202工作面上方布置了地表移动观测站，并在开采期间进行了较为系统地地面沉降监测，取得了较为完整的地表移动变形观测资料。

1 地层概况

东翼采区为全隐蔽式华北型石炭二叠系含煤区，地层由新到老为:第四系、上侏罗统蒙阴组、上二叠统上石盒子组、下二叠统下石盒子组和山西组、上石炭统太原组、中石炭统本溪组及奥陶系中、下统。第四系为河湖相沉积，平均厚110m;上侏罗统蒙阴组全区发育，揭露厚度为480.60～1011.40m，平均716.24 m;上二叠统上石盒子组平均厚度181.65m，主要由杂色泥岩、铝质泥岩、砂岩组成;下二叠统下石盒子组平均厚45.95m，主要由灰绿色、浅灰白色砂岩和灰绿色带紫红色斑块的砂质泥岩、泥岩组成;山西组平均厚71.88m，是本区主要含煤地层，主要由灰至灰黑色的细砂岩、中砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩和煤 （2上、2及3煤）组成;上石炭统太原组平均厚162.41m，由灰色、深灰色、灰黑色的细砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩、黏土岩及灰色石灰岩和煤层组成;中石炭统本溪组平均厚24.15m，主要由深灰色泥岩、浅灰或灰绿色夹紫红色斑块的黏土岩、铝土岩和粉砂岩以及石灰岩组成;奥陶系中、下统厚640～660m，以厚层状石灰岩为主，夹白云质灰岩、泥质灰岩及角砾状灰岩。

2 东翼一采区工作面及地表移动观测

为获得星村煤矿大采深极不充分采动条件下的开采沉陷规律，在东翼一采区E3105与E3202工作面上方布置了走向与倾向观测线 （见图1），区内地势平坦，地面高程50～56m，地形东高西低，主要农作物有小麦、玉米、棉花、花生等，主要工业有煤炭、石材开采、煤化工等。

图1 工作面及地表移动观测站布置

2.1 工作面开采概况

E3105工作面开采3煤，走向长840m，倾斜长94～110m，煤层底板标高－781.9～－892.0m，煤厚为3.5～11.0m，平均7.33m，煤层倾角15～42°，平均25°，煤层沉积稳定，结构简单，普遍含一层夹矸 （0～0.35m），全区可采。煤层走向近南北，倾向北东。该工作面开采时间从2007年6月至2008年5月，历时11个月。离该工作面最近的E3103工作面于2006年8月7日停采。

E3202工作面开采3煤，走向长326m，倾斜长50.7～87.1m，煤层底板标高－860～－930m，煤厚平均7.33m，煤层倾角平均25°，地面位置位于工业广场东北、星村村庄下。该工作面开采时间从2006年1月至2006年8月，历时8个月。

2.2 地表移动观测

E3105工作面走向观测线于2007年5月1日至2009年2月23日期间进行了23次高程测量，于2007年5月1日、2008年6月17日、2009年4月20日进行了3次平面观测。依据上述观测结果绘制了E3105工作面走向实测下沉曲线 （图2）、水平移动曲线（图3）。

E3202工作面走向观测线于2008年3月18日至2009年4月15日期间进行了14次高程测量，于2008年3月18日、2008年10月15日、2009年3月22日进行了3次平面观测。依据上述观测结果绘制了E3202工作面走向实测下沉曲线 （图 4）、水平移动曲线 （图5）。

图2 E3105工作面走向实测下沉曲线

图3 E3105工作面走向实测水平移动曲线

3 观测结果分析

3.1 下沉速度与影响时间

E3105工作面走向观测线的最大下沉点为22号点，最大下沉速度1.00mm/d;E3202工作面走向观测线的最大下沉点为C1号点，最大下沉速度为0.81mm/d。从各测线所得数据可知，工作面开采影响持续时间约2a。

图5 E3202工作面走向实测水平移动曲线

3.2 移动角量分析

边界角 边界角是充分采动条件下，地表下沉为10mm的点与开采边界的连线和水平线的夹角。由于是非充分采动，边界角只能依据相对位置确定，可作为参数选取的参考。依据E3105工作面与E3202工作面及其地面测站的实测资料，边界角分析见表1所示。

最大下沉角 充分采动条件下，在移动盆地倾向主断面上采空区中点和地表最大下沉点在地表水平线上的投影点的连线与水平线在下山方向的夹角称为最大下沉角。E3105与E3202工作面为非充分开采，需根据观测线与工作面的相对位置确定开采引起的地表最大下沉点，以此求取最大下沉角，该角量参数与真正最大下沉角尚有一定误差，可作为参数选取的参考。

E3105工作面倾向观测线最大下沉点为20号点，与工作面中心距离为15m，以该点位置平均采深860m计算，最大下沉角为θ=89.0°。E3202工作面倾向观测线最大下沉点为6号点，与工作面中心距离为18m，以该点位置平均采深930m计算，最大下沉角为θ=88.9°。

超前影响角 超前影响角为充分采动条件下，开始下沉点与开采工作面位置的连线和水平线的夹角。2007年 10月27日，E3105工作面推进至236m，前方测线距开采边界192m，该处采深平均约860m，因此超前影响角为ω=77.4°。

3.3 地表移动参数分析

地表移动计算参数的计算是运用最小二乘法原理，对地表观测线进行概率积分法的拟合分析。本次拟合求参采用开采设计事业部编制的SMD开采沉陷分析软件。从采掘工程平面图上看，E3105工作面与E3103工作面 （2006.1－2006.08.07）相邻，但从E3015工作面倾向观测线的实测数据看，2007.05.01－2007.08.29期间做的5次观测，测点最大下沉值为6mm，说明E3103工作面对地面测点影响很小。因此，只需对E3105与E3202两个工作面做拟合求参。

表1 边界角分析

E3105，E3202工作面观测线下沉值和水平移动值的拟合结果见表2所示。曲线拟合效果见图6～图9所示。

表2 参数拟合结果

图6 E3105工作面走向下沉拟合曲线

综合分析，拟合得出的地表移动参数如下:

图7 E3105工作面走向水平移动拟合曲线

图8 E3202工作面走向下沉拟合曲线

图9 E3202工作面走向水平移动拟合曲线

下沉系数q:

开采影响传播角:θ=90－0.3α（α为煤层倾角）。

4 结论

文中分析了该矿的地质采矿条件，对东翼一采区地表移动变形观测资料进行了拟合计算与分析，得出以下结论:

（1）该采区为千米大采深极不充分采动，地表移动具有下沉平缓、下沉速度慢、移动期相对较长的特点，无常规开采地表移动的活跃阶段出现。

（2）分析确定了本矿区大采深条带开采条件下的地表移动参数，下沉系数:q=0.12（宽深比为0.08），q=0.17（宽深比为0.11）;水平移动系数:b=0.3;主要影响角正切:tanβ=2.25，开采影响传播角:θ=90－0.3α（α为煤层倾角）。

（3）取得了本矿区非充分采动条件下的各个移动角值。E3105工作面走向线边界角平均约70.5°，最大下沉角约 89.0°，超前影响角约77.4°;E3202工作面走向线边界角平均约77.0°，倾向线边界角约78.0°。可作为角值参考。

［1］煤炭科学研究总院北京开采研究所.煤矿地表移动与覆岩破坏规律及其应用［M］.北京:煤炭工业出版社，1981.

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

［3］田锦州.星村煤矿东翼二采区建 （构）筑物下压煤开采方案设计［R］.北京:天地科技股份有限公司开采设计事业部，2010.

Mining Subsidence Rule of Extremely Insufficient Mining Deep Coal-seam in Xingcun Colliery

TIAN Jin-zhou1，XU Fa-kui1，WANG Zhan-cheng2

（1.Coal Mining＆Designing Department，Tiandi Science＆Technology Co.，Ltd，Beijing 100013，China; 2.Xingcun Colliery，Tian＇an Mining Co.，Ltd，Qufu 273155，China）

80%of coal resource in Xingcun Colliery is under villages，so rationallymining out coal under villages is a key problem for the colliery.In order to researchmining subsidence rule，surfacemovementobservation station was setup over East1stmining area and whole surfacemovement data was obtained by surfacemovement and deformation monitoring.By calculating and analyzing observation data，the resultwas present thatunder deep extremely insufficientmining condition，surface subsidence was gentle，subsidence velocity was slow，movement time was long relatively and there was no active phrase.

mining subsidence;parameter solving;largemining depth;extremely insufficientmining

TD325

A

1006-6225（2012）01-0096-04

2011－10－19

天地科技股份有限公司技术创新基金:开采沉陷智能化预计系统的开发 （KJ－JJ－2011－KCSJ－02）

田锦州 （1983－），男，江苏连云港人，硕士，工程师，主要从事开采沉陷理论研究与工程实践。

［责任编辑:邹正立］

特殊采煤与矿区环境治理