阜生煤业1106综放工作面地表下沉量观测与结果分析

2021-03-22徐青松

煤 2021年3期

徐青松

(潞安集团左权阜生煤业有限公司，山西左权 032600)

综放开采一次采出煤厚较大，这将导致极为严重的地表沉降和大规模的地表裂缝，在地表产生大量台阶，使得采煤塌陷区范围内的道路受损，并对地表环境产生极其恶劣的影响[1-3]。因此，非常有必要对综放工作面地表移动及下沉进行观测，并制定严密的地表修复措施，对裂缝及时进行回填和修复[4]。

1 工程概况

阜生煤业1106综放工作面开采15号煤层，煤层为黑色，半亮型～半暗型煤。煤层内生裂隙不发育，见平行层状节理，含黄铁矿结核及散晶。15号煤层结构较为简单，含0～3层夹矸，煤层厚度约5.8 m，倾角5～16°，平均9°。工作面切眼长度为132.5 m，走向长度为675 m，如图1所示。采高3.0 m，放煤高度2.8 m，采放比1∶0.966，工作面循环进度为0.8 m。工作面标高为+1 031～1 163 m，对应地表标高+1 222～+1 310 m，工作面埋深为+59 ～+252 m。

1106综放工作面总体呈东北向高、西南向低态势，为一北西倾向单斜构造，煤层局部地方底板有起伏变化，形成小型褶曲，褶曲转折端煤层及顶板裂隙极为发育，煤层较为破碎。1106工作面巷道掘进期间共揭露3个构造，分别如下：F10断层，距运巷开口约97 m，落差2 m、走向32°、倾角48°，不在回采范围内，不会对回采产生影响；X15陷落柱，影响工作面推进约46 m，沿切眼方向约31 m；X21陷落柱，影响工作面推进27 m，沿切眼方向约11 m。

2 地表移动观测站布设

为获得阜生煤业1106综放工作面较为准确的地表移动情况，根据工作面上赋岩层结构特点、地表地形及地物分布情况，按照前期预测得到的工作面开采地表沉陷结果，分别在工作面上方对应地表布设了2条观测线，并设置岩移观测站。沿1106综放工作面走向布设1条走向观测线A，共布置测站66个，测线方向与工作面走向一致，沿1106综放工作面倾向方向布设倾向观测线B，共布置测站34个，且倾向线与走向观测线A垂直; 走向观测线长度为800 m，倾向观测线总长度为200 m，如图2所示。

3 地表移动观测结果分析

3.1 地表沉陷盆地特征分析

从1106综放工作面开始回采到1106综放工作面回采结束后6个月，现场共计进行全面地表移动观测30次，依据观测数据绘制了工作面对应地表走向移动观测线A和倾向观测线B的下沉曲线，如图3所示。图3横轴为测点编号，在工作面走向测线A从开切眼到停采线测点编号从小到大依次增加。倾向线B测点编号由北至南从小到大依次增加。

图3 不同时期的地表下沉曲线

由图3(a)可知，走向下沉曲线A在工作面走向方向具有明显的起伏变化，这是由于1106工作面走向方向上煤层厚度不断变化造成的，但开采造成的地表移动盆地在走向方向具有明显的盆底特征，走向方向地表剖面形状呈明显盘形，这表明地表已经达到充分采动状态，因而具有盆地特征。由图3(b)可知，工作面倾向下沉曲线B则无明显盆底特征，属于非充分采动状态，这是由于工作面长度较短，使得上覆岩层不能充分垮落，且采空区处垮落岩层未能得到充分压实作用，因而，地表移动和变形具有显著的连续渐变特点。

3.2 主要岩移预计参数的求取

充分采动状态下，当在煤层倾角α小于50°时，地表下沉系数为[6]：

q=Wcm/(m×cosα)

(1)

式中：Wcm为地表最大下沉值，m为煤层厚度，α为煤层倾角。倾向线B煤层厚度为6.3 m，最大下沉点Q19处的地表下沉值为5.1 m，倾角9°。计算得，地表下沉系数q≈0.82。地表水平移动系数为最大水平移动值与地表最大下沉量的比值，实测数据中，地表最大水平移动值为1.6 m ，地表最大下沉值为5.1 m，计算得到水平移动系数为b= 0.31。

3.3 地表最大下沉速度分析

煤层开采后，覆岩应力将发生重新分布，在采动应力作用下采空区岩层将发生破坏、垮落，并逐步影响至地表，导致地表沉降。在此过程中，地表下沉速度从零开始逐渐增大，并在达到最大值后逐渐减小，最后趋于零。地表下沉速度的变化主要与煤层采高、顶板管理方式、覆岩破断形成的结构等因素密切相关[5]。图4为不同时期最大下沉点地表下沉速度及下沉量曲线，横坐标t为时间(单位：月)，纵坐标W表示垂直下沉量(单位：mm)，纵坐标V表示下沉速度(单位：mm/d)，纵坐标L为水平移动量(单位：mm)。由图4可知，本次地表移动观测中，在工作面回采期间观测区域范围内的地表最大下沉速度较大，为142 mm/d，这说明1106综放开采地表沉降非常明显，地表变形极为剧烈。