＊郭向阳

（晋能控股集团寺河煤矿 山西 048000）

为了掌握寺河煤矿3#煤开采引起的地表移动变形和破坏规律，在西三盘区W3302工作面上方建立地表岩移观测站。通过长期进行地表移动变形观测，获取各观测点的变形数据，求取概率积分法预计参数和地表移动参数，包含裂缝角、移动角、边界角、下沉系数、水平移动系数、拐点偏移距、主要影响半径及角正切，运用于保护煤柱设计及煤矿环境影响评价，减少环境影响。

1.观测站布设及观测

(1)观测站设置

根据工作面基岩移动角、安全系数、表土层移动角、最大下沉角等设计参数，在W3302工作面地表上方共设置A、B两条观测线。其中A线大致沿煤层走向主断面方向布设，为走向观测线；B线大致沿煤层倾斜方向布置，为倾向观测线。实地布设各观测线的长度和点数如表1，相关位置见图1。

表1 W3302观测站实地布设观测线长度及点数一览表

图1 观测线与工作面的相关位置

观测点标石采用预制标桩和现场混凝土浇注标桩，顶部中央有半球形标志，刻有“十”字，埋没深度应大于当地冻土深度，确保密实固结于土层，这样测点随着地表移动而同时移动。

(2)观测站观测

工作面开采造成地表移动变形，在移动范围波及观测站区域之前，应先进行观测站连测，以确定开采工作面与观测站间的空间相对位置关系，使寺河矿区控制网与观测站联系起来，以确定其对应关系。

为了确定观测站工作测点不受采动影响的空间位置，在地表开始移动之前、连测之后，需对观测站进行两次独立的全面观测，取均值看作测点的初始观测数据，按实际位置绘制到观测站设计图中。在开采过程中，每15d左右观测一次。当地表移动稳定后，进行最后一次全面观测。

W3302工作面地表移动观测站的首次观测为2019年6月27日，末次观测为2021年3月22日。观测时间见表2。

表2 W3302观测站观测情况一览表

2.观测数据处理及分析

对观测数据进行检查和坐标变换，计算观测点的下沉（W）、倾斜（i）、曲率（k）、水平移动（u）、水平变形（ε）。

(1)观测站概率积分法预计参数分析

表3 W3302观测站移动变形模拟求参计算输入参数表

概率积分法是开采沉陷预计的一种方法，结合模拟求参方法，类比已有的分析成果，确定初始参数，按本次观测站A线、B线相同的地质采矿条件和点位坐标进行移动变形计算，对比计算结果与实测值，分析差异情况，调整预计参数值，进而继续模拟计算，按此思路反复计算，直到获得最佳模拟效果，其预计参数即为最优模拟参数。

表4 移动变形模拟求参计算结果一览表

将各次模拟计算结果与实测移动变形值相比较，最终选取A线第四次（A4）和B线第四次（B4）作为最佳模拟结果。实测与预计对比曲线见图2（以A线为例）。

图2 下沉预计与实测曲线对比图

根据W3302工作面实测资料，利用概率积分法模拟求参取得的最佳预计参数值如表5。

表5 地表移动变形预计最佳参数

(2)地表移动范围角量参数分析

边界角、移动角和裂缝角是三个地表移动范围角量参数，其中边界角按下沉10mm确定；地表裂缝角按最外侧的裂缝位置确定，移动角则按临界变形值（倾斜取3mm/m；曲率取0.2×10-3/m；水平变形取2mm/m）确定。确定移动角时还应考虑表土层移动角。表6为求取结果。

表6 地表移动范围角量参数

3.地表移动参数在保护煤柱设计中的应用

我国各大煤炭企业面临建筑物下采煤问题，根据保护等级确定维护带宽度，结合矿区的地质条件及煤层埋藏条件，以及移动角等参数留设建筑物保护煤柱。寺河矿区煤层平均倾角为3°，小于5°，为水平煤层，故在一定开采范围内可以认为移动角及边界角在走向及倾向上、下山方向近似相等。利用移动角参数，结合松散层、煤层等地质采矿条件，留设保护煤柱，确保地面河流、铁路、建筑物等地物安全运行，减小开采的有害影响。

4.地表沉陷在环境影响评价中的应用

寺河煤矿位于山区，煤炭开采造成原有植被、土壤遭到破坏，使矿区自然生态发生变化，引起水土流失、地表沉陷、山体滑坡等环境问题。

根据此次W3302岩移观测站获取的沉陷系数、村庄破坏程度、地表塌陷情况等实际数据，依据“三下”采煤规范进行分析，确定对工作面上方建筑物的影响程度，上部公路下沉程度及对正常影响的使用，对土地破坏程度的水平变形倾斜变形影响，及时采取有效的治理措施，对公路采取填垫路基措施，对土地进行综合治理，减少对环境的影响和破坏。同时可根据W3302工作面获取的地表岩移规律，提前对临近及相同地质采矿条件下的工作面环境破坏进行预计分析，核实地表沉陷范围，调查重点构筑物预防采煤沉陷破坏的有效措施、沉陷范围内土地复垦及生态修复的有效性，以提前采取有效措施，最大程度减小对环境的破坏，达到《环境影响评价法》中对水、大气、声、固体废弃物、地表沉陷及生态、土地复垦及水土保持工程、清洁生产、公众参与、环境管理和环境监测等要求。

5.结论

在寺河煤矿W3302工作面上方布设岩移观测站，经过长期观测，获取大量实测资料，通过分析，获得该地质采矿条件下概率积分法预计参数和地表移动参数。为减少煤矿开采对环境的影响和破坏，在类似采矿、地质、地形情况下，将其应用于地表移动预测和地表沉陷及生态环境影响评价，以采取有效的环境治理措施。根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》，考虑地质情况的变化，运用地表移动参数留设保安煤柱，以指导煤矿安全生产。