王鹏

摘  要：煤矿井下开采过程中，随着工作面的不断推进，地表应力不断发生变化，当采空区达到一定大小后，即会导致地表岩层开裂、垮落和塌陷，破坏地表建筑物、管线、耕地等基础设施，造成重大安全事故和经济损失。文章以陕北侏罗纪煤田榆横矿区某工作面为研究对象，对其采煤过程中引起的地表沉降进行了全面的观测，将观测数据进行统计、整理，并进行分析研究，得出采空区地表沉降的空间时间移动规律，为矿区正常生产与地表恢复治理提供参考依据。

关键词：煤矿;采空区;沉降观测;沉降曲线

中图分类号：TD327 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）36-0063-03

Abstract： In the process of underground mining in coal mine， with the continuous advance of the working face， the surface stress is constantly changing. When the goaf reaches a certain size， it will lead to the cracking， collapse and collapse of the surface strata and destroy the infrastructure such as surface buildings， pipelines and cultivated land， resulting in major safety accidents and economic losses. In this paper， taking a working face in Yuheng Mining Area of Jurassic Coalfield in Northern Shaanxi as the research object， the surface subsidence caused by coal mining is comprehensively observed， and the observed data are counted， sorted out， analyzed and studied. The spatial and temporal movement law of surface subsidence in goaf is obtained， which provides a reference basis for normal production and surface restoration in mining areas.

Keywords： coal mine; goaf; settlement observation; settlement curve

引言

地表沉降是指由于人類工程活动或自然因素变化，引起地表岩层或土体在自身重力作用下发生下沉的地质现象[1]。矿区采空区地表沉降是最典型的因人类工程活动所引发的地表沉降现象之一，由于人为因素不断对地下矿产资源进行开采和挖掘，上方基岩在自身重力作用下逐渐发生开裂和下沉，自上而下形成弯曲带、断裂带、冒落带三个带[2-3]，矿区地表沉降具有渐变性、突发性、破坏大及不可逆等特点[4]，往往会造成重大的安全事故和财产损失。因此必须加强对矿区采空区地表沉降观测研究，具有十分重要的意义[5]。

1 研究区概况

1.1 地理概况

研究区位于陕西省榆林市西北方位，距市区约20km，处于国家规划的“陕北侏罗纪煤田榆横矿区”（北区）的东北部。地理位置处于毛乌素沙漠与陕北黄土高原接壤地带，属温带大陆性半干旱季风气候，地表皆为沙漠滩地，沙漠覆盖率在80%以上。区域地形较平坦，地势总体是西高东低，最大相对高差不足150m。

1.2 地质条件

研究区内地层主要为三叠系和侏罗系砂岩层，地表大部分第四系风成沙及黄土所覆盖。岩性主要为：粗中细粒长石砂岩、粉砂岩、泥岩互层。主要含煤地层为延安组，共含煤多达23层。其中2、4-2、5、7号煤层为中厚可采煤层，层位较为稳定，产状与其所赋存的地层产状一致，向西北缓倾，倾角小于1°[6]。文章主要研究以某工作面开采过程中引起的地表沉降变化[7]。工作面长约1600m，宽为230m。开采煤层为延安组2号煤层，煤层平均厚度约2.69m，倾角0.5°左右，属稳定型中厚煤层，平均埋深355m。采用走向长壁工作面布置，综合机械化采煤工艺一次采全高，全部垮落法管理顶板。

2 观测方案

2.1 观测设计

本区域地势较为平坦，地面标高相差不到15m，且开采煤层为近水平缓倾斜煤层，因此观测站布设成沿主剖面的线状观测站，即在工作面上方布设走向观测线和倾向观测线各一条，观测线均设在地表移动的主断面上[8]。根据《煤矿测量规程》（2010版）规定：确定观测线长度所用的移动角应尽可能采用本井田已求得的参数值。参照本矿的地质采矿条件选取参数如表1[9]：

煤层倾角小于2°，根据《煤矿测量规程》，各移动角修正值分别为：

2.2 变形观测

地表沉降观测工作的基本内容是：连接测量、全面观测、日常观测，以确定观测线上的测点在不同时期内空间位置的变化[10]。主要观测数据包括：各测点的高程值、平面坐标，以及对地表移动变形情况的现场调查结果记录和素描。采用GPS-RTK技术进行现场观测，该测量技术具有效率高、测点内符合精度较高的优点[11]，观测时间间隔一般每月至少一次，中间根据地表移动情况可适当加密，总共观测了34次。由于在观测过程中存在许多客观原因，如部分测点在观测后期遭到损坏，无法获得相应的观测数据，同时观测中可能个别观测点存在粗差，在数据处理之前，需对其进行剔除。

3 数据分析

3.1 分析原理

采空区沉降主要表现为垂直沉降和水平移动两个方向，沉降和移动的计算主要包括：各测点的下沉和水平移动。各变形量计算方法如下：

4 结束语

（1）由倾向观测线移动变形实测曲线图可以看出，倾

向观测线各测点随着工作面的推进，其下沉值逐渐增大，下沉速度于第11次达到了最大值59mm/d，此后下沉速度变缓，下沉值增大速度变慢，进入衰退期。

（2）倾斜方向的水平移动变化特征与倾斜变形基本一致，随着工作面推进各测点的水平移动量不断增大，移动速度于第27次观测时达到最大移动值637mm，此后，随着工作面的推进，水平移动值都略有减小。

（3）走向观测线各测点随着工作面的推进，下沉值逐渐增大，最大下沉点位置也随着回采工作面的推进而前进。下沉值的增大主要集中在开采沉陷活跃期，其下沉量可以达到总下沉量的90%左右。

（4）走向观测线上各测点的水平移动随着工作面推进而逐渐增大，而且靠近开切眼方向的水平移动值要大于开采过程中工作面方向的水平移动值，前者约为后者的2倍，这说明动态过程中的测点的水平移动值要小于地表稳定后的各測点的水平移动值。

参考文献：

[1]朱建军，贺跃光，曾卓乔.变形测量的理论与方法[M].长沙：中南大学出版社，2003：89-166.

[2]刘应龙.沿采煤工作面推进方向的地表沉降规律研究[J].技术应用与研究，2018（10）：107-108.

[3]黄乐亭，王金庄.地表动态沉陷变形三个阶段与变形速度的研究[J].煤炭学报，2006，31（4）：420-424.

[4]胡志远，宁彬.基于BDS的地表沉降监测系统设计[J].计算机时代，2018（8）：40-42.

[5]尹培昌，朱秀英.煤矿矿井沉降观测及数据分析[J].牡丹江师范学院学报，2013，83（2）：5-6.

[6]李邦邦，刘智，余学义.陕北侏罗纪煤田采动损害现状及评价方法[J].西安科技大学学报，2018（6）：5-6.

[7]顾伟.厚松散层下开采覆岩及地表移动规律研究[D].中国矿业大学，2013，3.

[8]中华人民共和国能源部制定.煤矿测量规程[M].北京：煤炭工业出版社，2010，6.

[9]许岩.西马煤矿地表移动变形分布规律及岩移参数反演研究[D].辽宁工程技术大学，2014，3.

[10]范天安.山区井工开采煤矿地表变形规律研究[J].矿山测量，2018，46（6）：23-26.

[11]索俊锋，鱼书宾.小区域GPS-RTK高程拟合及精度分析[J].矿山测量，2012（6）：48-50.