张缓缓，叶永芳

(江西省煤田地质局二二四地质队， 南昌 330002)

煤层采出后，采区围岩原始应力平衡遭到破坏，由于采动影响，工作面支撑应力的降低，使得采空区上覆岩层发生向下的移动及变形，当开采面积达到一定范围后，岩层移动便会拓展到地表，进而引起地表的下沉，产生地表沉陷以及地裂缝等问题。而当开采煤层赋存较浅，其采动势必会引起更为严重的地表下沉变形，若地表下沉变形达到一定程度时，便引起地表的沉陷，给土地、水资源、地表构筑物，农作物及当地环境等造成严重的损害。

采煤引起的地表下沉运移影响因素很多，如煤层赋存条件、煤岩层倾角、覆岩力学性质、采厚、开采方式等等，而对于多煤层赋存的地层条件下，如何正确的选择开采的顺序来减少对对地表沉陷的影响尤为重要。

贵州省六盘水市鸡场乡霖源煤矿煤层埋深较浅，可采煤层多且厚，煤层之间岩层多为砂质泥岩、泥岩类软性岩层，加上该地区煤层倾角相对较大，为25°～40°，平均35°。在这种地质条件下煤层的不同开采顺序对地表影响程度的大小就急需分析，从而提出更为安全的开采顺序，并提前做好地面工作的安全防范措施，以满足绿色发展的理念。

1 研究区地质特征

1.1 地层

矿区及邻近出露的地层由老至新依次为二叠系中统茅口组(P2m)，二叠系上统峨眉山玄武岩组(P3β)、宣威组(P3x)，三叠系下统飞仙关组(T1f)及第四系(Q)。

1)二叠系中统茅口组(P2m)。矿区未出露该层地层，邻近矿区有所出露，岩性主要为浅灰-深灰色泥晶结构的中厚-厚层状石灰岩，产动物化石。

2)二叠系上统峨眉山玄武岩组(P3β)。分布于矿区西南部，岩性主要为灰绿色拉斑玄武岩、暗绿色火山角砾岩及凝灰岩。岩体呈层状分布于含煤地层之下，为含煤岩系的沉积基地，厚度100.0～250.0m，与下伏地层呈假整合接触。

3)二叠系上统龙潭组(P3l)。矿区内主要的含煤地层，为一套陆相沉积，岩性主要为灰色、深灰色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、粉砂岩、泥岩、泥质灰岩及煤层组成，具水平层理、波状层理、交错层理，厚350～430m，平均390m，产腕足类、瓣腮类、介形虫等动物化石，产大羽羊齿、鳞木等植物化石及植物化石碎片、煤核等。

4)三叠系下统飞仙关组(T1f)。分布于矿区北东及附近，岩性主要为灰绿色、灰黄色、紫灰色薄层状粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩夹灰岩或泥质灰岩等，具水平层理、交错层理、波状层理，产腕足类、瓣腮类动物化石。层厚480.0～610.0m，平均厚550.0m，组内连续沉积，与下伏地层呈假整合接触。

5)第四系(Q)。主要为坡积物、冲积物及残积物等，厚度0～20.0m。

1.2 构造

矿区位于杨梅向斜西翼即发耳勘探区北盘江以西块段，构造形态单一，地层走向北西—南东，倾向北东，倾角25°～45°，一般30°～35°。矿区北东即原霖源煤矿及边界附近发现有两条断层：F1、F2。F1位于矿区南西部，走向南西—北东，倾向南东，为缺失正断层，断距60.0～80.0m；F2断层位于矿区北部，走向北东—南西，倾向南西，为重复逆断层，断距20.0～30.0m。矿区地质构造总体属中等构造。

笔者认为，法庭口译员固然应该扮演更为活跃的角色，同时也不否认有经验的译员能够在做出文化调解时保持中立性和准确性，并将对庭审的干预降到最少，但是法庭口译员扮演文化调解者的角色至少有两个风险：

1.3 煤层赋存

矿区主要含煤地层为龙潭组(P3l)，属陆相沉积，假整合于峨嵋山玄武岩组之上，主要由浅灰色、灰色及深灰色，薄层状细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩、炭质泥岩、煤层与少量灰岩、燧石灰岩、泥质灰岩组成。含煤35～80层，一般为60层，全区主采煤层为7层(3#、7#、10#、13#、15-1#、15-2#、17#)，煤层赋存条件相对较好，主采煤层全区发育较稳定。矿区已开采煤层有3#、7#，目前正在开采东南部的10#、13#，计划开采西北部的10#、13#及深部的15-1#、15-2#，而因浅部煤层的开采，已导致矿区周边地表出现不同程度的沉陷以及地裂缝，见图1。

图1 矿区周边地表沉陷Figure 1 Mine area and periphery surface subsidences

江西省煤田地质局二二四地质队于2019年施工完成了ZK1002孔。该孔开孔即为煤系，钻孔深度477.6m，共揭露煤层61层，岩层倾角在30°～40°之间，平均35°。论文利用FLAC3D数值模拟软件，模拟霖源煤矿5-3#、7#、15-1#、15-2#分别按下行开采及上行开采两种不同开采顺序情况下地表下沉运移的情况，模拟层段岩层小柱状如下图2所示。

图2 模拟层段岩层柱状Figure 2 Simulated segment stratigraphic column

2 煤层开采方式对地表沉陷运移的数值模拟

2.1 数值模型建立

以ZK1002孔实际揭露岩性为模拟对象，模型模拟尺寸设为100m×100m×220m，因模型上边界为地表，故其初始垂直应力为0，煤层开挖过程中按模拟岩体总厚对模型上边界施加应力，即：σz=γH，γ取模型底部上覆岩层的加权平均，即5.5MPa，测压系数设为0.33。

模型边界条件为：底部边界采用全约束边界条件，即X、Y和Z方向位移均为零；左右边界、前后边界为约束边界条件，即X方向、Y方向均固定(水平位移为零)，Z方向为自由边界，不予约束，地质模型见下图3所示。

模拟煤层为5-3#、7#、15-1#、15-2#，煤层厚分别为1.5、2.5、3.0及2.0m，设计开挖100m，煤层两端均留有20m的保护煤柱，开挖步距设为20m，重点研究不同开采顺序条件下对地表下沉运移的影响，模拟过程中对可采煤层顶底板岩性厚度进行了合理的槪化。因本次勘探岩石力学测试尚未出结果，其模型参数根据以往勘探地质报告资料及周边矿区相关参考文献获得(表1)，为一般值，后续工作需根据本次岩石力学测试成果做进一步调整。

图3 地质模型Figure 3 Geological model

2.2 下行开采时的模拟分析

根据前文的模拟建立，依次对5-3#、7#、15-1#、15-2#煤进行从上向下的顺序开挖模拟，开挖20、40和80m时对应的地表沉降曲线及水平位移曲线见图4。

表1 模型参数

从图4a可以看出，随着煤层的不断推进，地表下沉量是越来越大的，且变化趋势基本一致。而地表水平位移(图4b)在每一步的开挖过程中均先逐渐增大，后逐渐减小，呈对称形态，且基本均在模型地表中部有明显的下降。地表水平位移的变化程度大致相同，曲线基本重叠，相对于地表沉降，水平位移较小，最大仅为2.858 9mm，对地面的影响较小，而开挖20、40及60m对应的最大下沉量分别为58.590mm、62.246mm和66.451mm，对地面的影响较大，且范围也较广。

图4 下行开采时地表变化曲线Figure 4 Surface variation curves under descending mining

2.3 上行开采时的模拟分析

根据前文的模拟建立，依次对5-3#、7#、15-1#、15-2#煤进行从下向上的顺序，开挖20、40和80m时对应的地表沉降曲线及水平位移曲线见图5。

图5 上行开采时地表变化曲线Figure 5 Surface variation curves under ascending mining

从图5a可以看出，地表沉降曲线变化规律与从下行开采时大体相同，随着煤层的不断推进，地表受采动影响的范围越来越大，下沉量也随之增加，且变化趋势基本一致。而地表水平位移(5b)变化规律与下行开采时略有不同，前期曲线呈近似对称分布，随着煤层的不断推进(60m)，非对称性逐渐出现，且水平位移在地表中部前方位置比推进20、40m小，而在地表中部后方位置，推进60m时的水平位移大于前者。相对于地表沉降，水平位移也较小，最大仅为2.878 2mm，对地面的影响较小，而开挖20、40及60m对应的最大下沉量分别为56.725mm、61.819mm和66.689mm，比从下行开采时略大。

2.4 不同开采方式地表沉陷对比分析

根据模拟，对两种不同开采顺序下的开挖过程地表下沉量进行对比分析，见图6。

从图6可以看出，随着煤层的不断推进，地表沉降是呈近“S”曲线变化的，且两种开采顺序引起的地表沉陷曲线变化有所不同，推进20m时在地表中部前方位置下行开采与上行开采时下沉量的差值是越来越大的，而地表中部后方位置下沉量差值在逐渐减小；推进40m与推进20m时变化基本一致，但差值变化是有所减少的，但下行开采时的沉降量均是大于上行开采时的沉降量；随着煤层开采的进一步推进(推进60m)，上行开采时的沉降量虽大于下行开采时的沉降量，但差值并不大，基本重叠。

3 结束语

根据以上数值模拟的结果，可得出以下结论：

1)地表水平移动基本上是呈对称形态，在煤层的每一步推进过程中，水平位移基本是在地表中部前方位置逐渐增大，在中部后方位置又逐渐减小的趋势。

2)多煤层开采顺序不同导致地表沉陷运移变形也不同，数值模拟结果显示下行开采时地表下沉量总体比上行开采时的下沉量较大。

3)鉴于霖源煤矿各可采煤层顶底板多为软弱岩层，其强度较低，若煤矿进行多煤层开采，为确保煤矿安全开采，减少采煤活动对地表沉陷的影响，建议采用上行开采方式，并留设足够尺寸的保护煤柱。