煤矿采空区地面塌陷预测方法探讨_毛歆燕
煤矿地质中土地沉陷预测的探讨
煤矿地质中土地沉陷预测的探讨作者简介：翟文森（１９７３－），男，山西平遥人，本科，工程师，研究方向：水文与工程地质㊂翟文森（平朔工业集团有限责任公司，山西朔州０３６０００）摘㊀要：在煤矿的开采过程中，不可避免地会对地表产生裂缝，从而出现土地沉陷现象，使得地表发生倾斜，极有可能导致山体滑坡的发生，降低了煤矿开采的安全性㊂基于此，我们应加强对煤矿地质中土地沉陷的预测研究，从而提高煤矿生产工作的安全性㊂关键词：煤矿地质；土地沉陷；预测中图分类号：ＴＤ３２５文献标识码：Ａ文章编号：２０９６－２３３９（２０１８）０１－００６８－０２㊀㊀在煤矿开采过程中，煤矿地质工作必不可少㊂矿区的地质情况通常较为复杂，在复杂的地质条件下进行煤矿开采，很容易出现安全问题，导致土地沉陷，出现山体滑坡㊁泥石流等自然灾害，严重威胁着煤矿工作人员的生命财产安全㊂因此，在煤矿开采前，应做好煤矿地质的勘测工作，对土地沉陷进行预测，并制定具体的应对策略㊂１㊀煤矿地质中土地沉陷的发生规律煤矿开采工作中势必会造成所在区域的土地沉陷，对煤矿采集地区的地质平衡造成无法修复的损坏㊂煤矿地质中土地沉陷主要是由于地质中的上层压迫发生了力学变化，其平衡状态的破坏便会形成位移㊂从煤矿开采的实际情况来看，其地质的土地沉陷发生规律通常可分为三个阶段㊂１．１㊀变形煤矿开采工作中，当采空区的长度小于开采深度的１／３时，由于受到两侧煤柱的支撑，煤矿开采区煤层上方便会产生微小的变形，比如产生微小裂缝等㊂１．２㊀弯曲煤矿开采工作中，其采空区的长度达到开采深度的１／３ １／２时，煤层开采区域的上岩层便会由于重力的影响，在剪切力与拉伸力的共同作用下产生变形，其上岩层便会发生裂隙等现象，造成土地的沉陷㊂１．３㊀垮落随着煤矿开采工作的逐步深入，采空区域长度逐步拉长，其开采深度也随之加深，位于上岩层所产生的细小裂隙也会逐渐转变为断裂，煤层上方继而破碎出现垮落㊂垮落发生后，破碎岩层便会在采空区快速堆积，瞬间填满采空区，而煤层产生的裂缝也将进一步延伸与扩展㊂待土地沉陷区域的地表出现位移变形后，结合采空区上岩层的移动规律特性及分布特点，将土地沉陷区域分为两个部分：采动区㊁弯曲变形区㊂在煤矿地质中的土地沉陷中，其地表移动状况如图１所示㊂图１㊀土地沉陷中上岩层变形与地表移动２㊀煤矿地质土地沉陷预测煤矿开采工作的开展会引发土地沉陷，地面土层各个位置的受力状况产生改变，其原本平衡也被打破㊂在地面各位置点的不均匀沉降与位移作用下，沉陷盆地的局部位置会出现裂缝㊂地表沉陷的初期并不会直接产生裂缝，而是在工作面的面积扩大到一定数值后，地面某一点的主应变增加至裂缝临界值才会逐渐形成㊂当地面中某一位置点达到裂缝临界状态时，此时所开采的面积便可称之为裂缝临界开采面积，该面积的大小与煤矿开采深度㊁厚度㊁上岩层力学特性及地层结构等因素有关㊂需要注意的是，开采工作面各个位置一旦出现裂缝便是永久性的，只有邻近工作面开采，或是人工进行填充，或是在很长一段时间的自然作用之下才能够予以闭合㊂回采工作面上部分的裂缝区域会在工作面向前推行的过程中向前移动，而一旦已开采面积超过裂缝临界值后，采空区域四周的上部分便会产生裂缝㊂如采空区域面积不断加大，各位置点的裂缝会越发增大，其地表裂缝也会向前位移㊂之前的裂缝区域便会逐步渗入压缩变形区域，裂缝也会慢慢闭合，其外侧便会出现全新裂缝㊂工作面的持续推行，边界上层裂缝区域的面积不再增大，而是呈现有规律的向前位移，待完全停止开采之后，只有采空区域周边上方的裂缝存在㊂８６对于煤矿开采山区来讲，因为山区采动位移的方向与地面的下坡方向保持一致，同时位移数值与地面倾角角度有着一定的正比函数关系，所以山顶与丘陵地貌部分在土地沉陷中还会受到额外的拉伸作用力而导致变形，而山谷与盆地地貌则会受到额外的压缩作用力导致变形㊂可见山区采动裂缝大部分集中于山顶㊁脊梁等地貌凸形部位与边坡部位，其裂缝的分布方向通常会与等高线方向保持平行，而在凹形地貌部位则较少出现土地裂缝㊂结合大量的煤矿地质土地沉陷实情发现，如地表中不含有黄土层或没有松散堆积物覆盖，在开采深厚比Ｈ／Ｍ大于８０，而开采宽深比小于０．５时，通常不会产生裂缝；而如果地表含有较厚的黄土层（厚度超过５０ｍ），在上述的深厚比与宽深比状态下仍然会产生地表裂缝，且裂缝宽度会超过２００ｍｍ，深度超过０．５ｍ㊂由此可见，开采产生的裂缝与开采条件和土层性质及其厚度有着直接联系㊂工作面上方地表裂缝从最初产生到闭合所持续的时间，可用以下公式计算：Ｔ＝２Ｌ／Ｖ（１）式中Ｔ为裂缝持续时间；Ｌ为工作面上方裂缝区域宽度最大值；Ｖ为工作面推进深度㊂地表裂缝临界水平变形值的计算公式：εｊ＝２（１－μ２）Ｃ㊃ｔａｎ（４５ʎ＋０．５Φ）／Ｅ（２）式中εｊ为地表裂缝临界变形值；μ为泊松比；Ｃ为内聚力；Φ为内摩擦角；Ｅ为弹性模量㊂裂缝发育最大深度的计算公式为：ｈ＝（１／γ）Ｅεｊ（１＋μ）（３）式中ｈ为裂缝发育最大深度；γ为容重㊂３㊀裂缝对土地的影响煤矿开采所产生的地表裂缝有的极为细小，有的深度可达２０ｍ以上，上口宽度可达０．２ ０．３ｍ㊂在黄土高原地区其裂缝深度甚至高达数十米，其上口宽度可达１ ２ｍ㊂裂缝在外界力量的作用下，土壤被加速侵蚀，导致土壤㊁母质及水分快速流失，土壤的肥力急剧下降，严重影响农作物产量与品质㊂结合煤矿开采实情，所产生裂缝对土地的影响可分为细沟侵蚀㊁沟蚀以及重力侵蚀三种㊂３．１㊀细沟侵蚀煤矿开采所产生的细小裂缝，其深度与宽度通常都比较小，一般位于耕作层或稍深于耕作层，同时与采空区域的边界呈平行排列㊂这一类细小裂缝容易导致农地跑肥㊁跑水与跑土，还会导致新播种子与农作物的根系暴露在外，导致缺苗㊁减产㊂不过，由于其裂缝深度与宽度较小，通常在下一轮耕作时便能平复㊂如图２所示，从对比实验中能够清晰看出细小裂缝导致的农地跑水㊁跑肥现象㊂裂缝的产生会将地表施加的水分迅速渗入到耕作层以下，造成损失㊂(b) >A4-;(a) >4-;图２㊀跑水㊁跑肥扩展范围对比实验结果３．２㊀沟蚀当煤矿开采产生的裂缝较大或过大时，在暴雨或洪水等影响下，会导致地表侵蚀呈线状分布，称为沟蚀㊂相较于细沟侵蚀，沟蚀的区别就在于其无法通过一般的耕作方法予以平复，同时沟蚀的发展将不断切割地表，最终导致完整的土地破碎㊂３．３㊀重力侵蚀在山地㊁丘陵地带开展的煤矿开采工作，其产生的裂缝通常会在其他应力作用下，以重力为直接原因而引起表土体的位移，这一现象称之为重力侵蚀㊂煤矿开采区由于裂缝所导致的重力侵蚀主要形式有滑坡，究其原因在于暴雨天气下裂缝会导致土体的浸水范围加大，斜坡土体的容量增加，抗滑力降低㊂４㊀结语综上所述，文章通过对煤矿地质中土地沉陷的分析，对其发生沉陷的原因进行了研究，并提出了针对性的预测方法，为我国煤矿开采区的环境保护提供一定的依据㊂对煤矿地质中土地沉陷进行预测，能够有效提高煤矿开采的安全性，对所在矿区的地质结构进行有效的保护，进而在提高煤矿企业经济效益的同时，也有效保护了生态效益，从而促进我国煤矿业的可持续发展㊂参考文献：［１］㊀胡金龙．煤矿地质中土地沉陷预测研究［Ｊ］．黑龙江科技信息，２０１４（１）：１４９．［２］㊀侯良彬．刍议煤矿地质中土地沉陷预测［Ｊ］．中国石油和化工标准与质量，２０１１（２）：２１２．９６。
矿山采空区塌陷预测方法研究
矿山采空区塌陷预测方法研究作者：朱胜利来源：《价值工程》2010年第25期摘要:采空区塌陷一直以来都是采矿工程领域的重要研究课题,许多学者就如何对采空区塌陷做出正确的预测做了深入的研究,也提出了许多预测方法。
本文首先介绍了采空区塌陷的原因及产生的危害,对采空区塌陷预测具有重要的意义,然后总结了采空区塌陷预测的四种比较好的方法。
Abstract: The collapse of goaf areas had always been an important research topic in field of mining engineering, and many scholars made in-depth research on how to make the right prediction of the goaf areas collapse, and also raised a number of prediction methods. This paper first describes the reasons for goaf areas collapse and the harm, which have great importance for predicting the collapse of goaf areas, and then sums up four better methods of predicting the collapse of goaf areas.关键词:采空区塌陷;预测;危害;神经网络法;距离判别法;突变级数法;费歇判别分析法Key words: collapse of goaf areas;prediction;harm;neural network;distance discriminant method;mutations progression method;Fisher discriminant analysis method中图分类号:TD1文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)25-0124-020引言随着科学技术的进步和生产的逐步发展,大部分矿山采用无矿柱空场采矿法,很少有品位高于5g/t的矿柱留下,而且由于近年来我国黄金的地质储量日趋减少,大约有85%中小矿山使用空场法回采金矿脉,由此形成的采空区每年都有数百万立方米。
采空区地面塌陷地质环境影响预测与综合评价
活动 结 束之后 ， 地 表变 形和 移动 也会慢 慢趋 于稳 定 ， 这 样就 会在 采空 区的上 方 的地 表 形成 一个 塌陷 区域 ， 即为 最终移 动 盆地 。
矿 区开采 地表沉 陷变形 的特 点 主要表 现在 以下 几个 方面 ：
环境保护的制度建设， 加强对职工矿山地质环境保护知识的宣传、 教育， 努力提
性质随之发生变化 ， 在重力和应力作用下重新调整 ， 随之发生弯曲变形、 断裂、
位移 ， 导 致 地 面塌 陷下沉 ， 并形 成地表 低 洼的 沉陷地 。
２ ． ２ 采 空 区的形 成及 地表塌 陷规 律
矿 山开 采形成 的采空 区打破 了地 壳 内岩 土体原有 的应力 平衡 ， 为了达到 新 的应 力 平衡 ， 于是 在 采空 区周 围的岩土 体 中会产 生应力 重新 分布 ， 在 这个过 程 中采 空区 周边的岩 土体在 某些 区域会形 成应力集 中 ， 而在另一 些 区域 会形成 应 力松 弛 。 根 据 采空 区周 边岩 土 体性 质不 同 ， 会产 生 不 同的地压 ， 随 着矿 山的 开 采， 采 空 区将发生 多 次应力 重分 配 ， 一旦应 力集 中超 过 了岩 土体 的极 限应力 强 度， 就 会发生 变形 破坏【 ｌ 】 ， 甚至发 生岩爆 现 象 ， 使得地 表发 生一 系列 的变形 和破 坏， 最后 在地表 形成 下沉盆地 ， 使得 矿区 的地质环 境受到 了严重 的影 响和破坏 ， 甚 至引 发地质 灾 害
采煤塌陷区塌陷面积的预测方法与分析
(15)
则万吨塌陷亩数 P′可表示为:
P ′=
15Π[ (a+ 2d∆) (cobsΑ+ dΒ+ 4abcM Χ co sΑ
dΧ)
] (亩
万吨)
(16)
或 P ′=
15Π[F +
2d∆(cobsΑ+ dΒ+ dΧ) + 4abcM Χ co sΑ
a (dΒ+
dΧ)
] (亩
万吨)
(17)
当开采煤层为水平时, 则有
为平地, 覆岩为中硬, 用长壁大冒顶方法开采, 取单
F ″0=
Π 4
[
(a+
2d)
(b+
2d)
]·10-
6 (km 2)
(18)
或 F ″0=
Π 4
[
F
+
2 (a+
b) d+
4d2 ]·0.
0015 (亩)
位开采厚度M = 1m , 煤的容重 Χ= 1. 4, 采区回采率 c = 70% , 然后以不同的开采长度 (a)、宽度 (b) 构成的 开采面积 (F = a·b) , 不同的采深 (H ) 及其相应的地 表塌陷角 ∆, 按上述长圆形算式 [ 式 (6)、式 (7)、式
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第 1 期 马超等: 采煤塌陷区面积的预测方法与分析 17
第1期 1999 年 2 月
M 矿IN E 山SU R测V E Y量IN G FeNbo1.19199
煤矿采空区地表沉降预测研究
ˆ kk
ˆ D k ， Dk ˆ D
1 ˆ1
ˆ1 1 1
ˆ k 1 ˆ k 2 1
ˆ ，D k
1 ˆ1
ˆ1 1 1
ˆ1 ˆ2 ˆk
ˆ k 1 ˆ k 2
ˆ k 1 ˆ k 2
S3：根据统计特性进行判断，并选择合适模型。 （1）时间序列的自相关函数 k 在 m 步截尾，即 k m 时， k 0 ， 并且偏自相关函数 kk 被负指数函数控制收敛到零，则可判断时间序 列为 MA(q) ；
X t X t 1 ut
（1）
其中 ut 是白噪声（零均值、恒定方差、非自相关）的随机误差项。由式（1）可得
X t T 1 X t T 1 T ut T T 1ut T 1
ut 1 ut
（2）
根据 值的不同，可分三种情况考虑，若 1 ，则当 T 时， T 0 ，即对序列的 冲击将随时间的推移其影响逐渐减弱， 此时序列稳定； 若 1， 则当 T 时， T ， 即对序列的冲击将随时间的推移其影响逐渐增大，此时序列不稳定；若 1 ，则当
q at q i at i
i 1
q
（8）
其中 at 为白噪声序列， E (at )2 2 ， j (1 j q) 为实数权重，当预测步数 l q 时， X t l
ˆ a a ˆ 0 ；当 l q 时， X 的最小均方差预测 X 的预测值 X t l 1 t 2 t 1 t l t l
†
AR( p) 模型自相关函数拖尾，偏自相关函数截尾； MA(q) 模型自相关函数截尾，偏自相关函数拖尾； ARMA( p, q) 模型自相关函数拖尾，偏自相关函数拖尾。
采煤塌陷区塌陷面积的预测方法与分析
采煤塌陷区塌陷面积的预测方法与分析2005年11月12日摘要：本文在煤矿开采沉陷理论的基础上，导出了塌陷面积和万吨塌陷亩数的通用计算公式，同时，对影响塌陷面积的主要因素进行了深入分析，从而为煤矿塌陷区面积的预测和计算提供了理论依据。
关键词塌陷区塌陷面积预测与分析1 万吨塌陷面积的计算公式1.1 按长圆形计算如图1所示，设地面平坦，采空区为长壁大冒顶矩形采区，采区倾向长为L0，走向长为S0；L0和S0在平面图上的投影长度分别为a和b。
开采边界为ABCD，其面积为F。
由地表塌陷角β、γ和δ圈定的地表塌陷范围a1a2b1b2c1c2d1d2可近似视为由直线和圆弧组成的长圆形，设其面积为F′，取a,b的单位为米，面积F的单位为亩，则煤层开采面积F为：（1）长圆形的地表塌陷面积F′可满足工程需要的近似计算公式为：（2）或（3）图1 采煤塌陷面积计算示意图式中α为煤层倾角，dβ、dγ、dδ分别为走向、倾向下山和倾向上山主断面开采边界至塌陷边界的水平距离，可按下式计算：dδ＝Hctgδ；dβ＝Hxctgβ；dγ＝Hsctgγ（4）式中δ、β、γ分别为走向、下山、上山地表塌陷角，一般平地按移动角，山区按裂缝角取值。
当开采煤层为水平时，α＝0；Hx＝Hs＝Hz；β＝γ＝δ；dδ＝dβ＝dγ＝Hctgδ=d，则有F0＝a.b（5）F′0＝［a.b+2(a+b)d+πd2］.10－6（km2）（6）F′0＝［F＋2（a+b)d+πd2］.0．0015（亩）（7）设煤炭采出量为Q（万t），采高为M（m），煤的容重为γ（t／m3），回采率为c，则（8）因而采出万吨原煤的地表塌陷亩数（简称万吨塌陷率或万吨塌陷亩数）P应为当开采水平煤层时，万吨塌陷亩数P0可表示为1.2 按椭圆面积计算地表塌陷面积F′亦可近似地按椭圆面积计算，此时F′可表示为：或（km2）（15）则万吨塌陷亩数P′可表示为：当开采煤层为水平时，则有或因而此时的万吨塌陷亩数P′0可表示为：度和层数有某种反比函数关系。
煤矿采空区地表塌陷的预测分析
煤矿采空区地表塌陷的预测分析
海如拉·热合曼
（新疆煤田灭火工程局，新疆 乌鲁木齐 830063）
摘要：煤矿采空区地表塌陷危险预测具有综合性的特点，相关部门需根据煤层深度、覆盖变化、工程地
质条件等，搜集完备的数据，进行先期预测判断，多角度分析煤层开采对环境的影响程度，并提出相应的解
针对煤矿开采，施工部门必须准确分析采空区地表塌陷 的原因，设计合理的解决方案，同时根据采空区结构与煤 层分布，进行全面控制与精确预测，确保开采工作的有序 进行，促进煤矿产业的平稳发展。实际调查发现，现在大 多数的煤矿开发企业都没有重视施工预案的安排，没有考 虑开采中可能出现的突发情况，如地表塌陷、煤层陷落等 问题。从施工角度分析，造成采空区地表塌陷的因素有很 多，施工人员操作不当、施工步骤环节分布错误、监督检 测缺失、环境考察不到位等等。所以，不管在开采前还是 开采后，都必须派施工队检测地质结构，整合信息数据， 并结合煤矿开采的实际情况做好预报工作，提升整个施工 的安全性。
降速率。同时，监管部门需定时观测搜集地表塌陷的程 度，制作成表格，以便后期分析核对，完善施工计划。其 中，最为关键的是采空塌陷区的矿坑信息调查，技术人员 可以利用无线探测仪来勘测采空区矿坑的分布位置、构造 破碎情况、蚀变带和节理裂隙，导入数据库形成三维动画 图，技术部门便可以参照这些信息数据来预测判断地表塌 陷情况，从而合理制定解决方案。 3.3 正确处理地表塌陷问题，确保煤矿资源有序开采
易出现地面凹陷。根据实地调研和资料分析，山西地带煤矿 开采的深度大，形成“U”型凹陷形态，逐渐发育成冒落带。
2）如果进行多层开采，机械开采工具会造成岩土层松 动，稳定性下降，采空区的空间位置也会越来越小，地面 塌陷的系数也越来越高。根据各类数据来看，矿层一般分 为6层，如果不断开采挖掘，则导致整个采空区内部沉陷， 继而发生安全事故。
井工煤矿地表塌陷预测与治理措施的思考
井工煤矿地表塌陷预测与治理措施的思考摘要：煤炭资源对社会经济发展的拉动作用，使得开采数量与日俱增，对土地资源破坏程度也在加深。
为了改善对地表生态环境的破坏，前期的地表塌陷预测和后续的土地复垦等治理措施成为了当下的研究重点，对实现土地资源可持续发展有着重要的意义。
鉴于此，本文对井工煤矿地表塌陷预测与治理措施进行深入探讨，以供参考。
关键词：井工煤矿；地表塌陷；预测；治理引言因各种原因限制，充填开采在我国尚未普及，全部垮落法管理顶板仍是主流，但随着煤炭资源不断向深部开采，高强度的采掘工作引起的地表沉降问题日益严重，对地表的建构筑物、公路、铁路等构成了威胁，为了最大限度地保护矿区地面村庄、交通设施、建筑、水体等不受地表沉降损害，研究煤矿开采引起的地表沉降移动规律显得尤为必要。
1对井工煤矿土地复垦的研究随着经济社会的不断发展，人口数量和建筑用地的增加使得土地矛盾问题日益显化，我国也提出了土地资源可持续发展的相关政策要求。
而煤炭作为主要的社会发展资源形式，经济效益的推动使得井工煤矿开采的数量增加，根据实际的施工数据显示，每开采一万吨煤炭就会对约两千平方米的土地造成程度不一的结构破坏，其中大规模的土石坍塌以及煤炭采空后造成的土地肥力下降和地表下陷都是重要的问题。
为了解决这一问题并稳定区域内农业的经济发展，提出了包括地表坍塌预测等内容在内的土地复垦治理措施，旨在让地表坍塌的土地恢复土壤活性、提高循环利用次数，进而维护土地生态资源的平衡，缓解用地紧张问题[1]。
2煤矿地表塌陷类型开采沉陷引起的工程地质灾害主要为：地表塌陷坑、地裂缝；山体滑坡、崩塌；地质构造活化；岩爆、冲击地压和煤与瓦斯突出等动力灾害。
2.1地表塌陷坑、地裂缝破坏地表塌陷坑破坏是开采沉陷区破坏最为严重的灾害之一。
工作面开采后上覆岩层存在大量临时的非稳定结构，导致地表不断发生塌陷坑灾害。
当开采深度小、开采煤层多、上覆岩层风化严重和地表有厚松散层覆盖时，在地表会出现纵横交错的裂缝破坏，局部会出现台阶错落裂缝破坏，裂缝一般会直接或间接沟通采空区。
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二级以上的矿山采空区需要进行定量分析， 为矿山 地质环境保护及防治工作提供科学依据。 地面变形是地面塌陷的主要破坏形式。影响地 表变形的因素主要有矿层、 岩性、 松散堆积物、 构造、 [2] 地下水及开采条件等因素 。采煤塌陷区土地破坏 面积和破坏程度一般采用地表移动和变形预计法及
地表移动范围角量参数法进行预测， 但这两种方法 在进行预测时各有优缺点。本文通过调查和收集华 能新庄、 肃北县牛圈子四号煤矿的矿山资料， 采用地 表移动角量参数法、 地表移动和变形预计法分别进 行预测， 确定地面塌陷的影响评估范围， 通过对两种 预测方法结果的分析比较， 为今后类似煤层的采空 区地面塌陷预测提供一些建议和帮助。
文章编号:1674-1803(2015)03-0043-03
doi:10.3969/j.issn.1674-1803.2015.03.10
第 27 卷 3 期 2015 年 3 月
中 国 煤 炭 地 质
COAL GEOLOGY OF CHINA
Vol.27 No.03 Mar. 2015
煤矿采空区地面塌陷预测方法探讨
90（0.5～0.6）
66.5
计算得出煤层 （8 煤） 开采后地面沉降、 倾斜、 移动和 变形的预测值， 见表 2。
来的结果非常接近。
根据表 2 计算结果可以看出， 两种方法预测出
表 2 地面沉降、 倾斜、 移动和变形预测值
沉降值/mm 倾斜值/mm㊃m-1
1.7～53.4 18.9 1.9～58.9 20.9
1.2 倾斜 （15°ɤα<75°） 煤层采空区地面塌陷预 测 以肃北县牛圈子四号煤矿为例进行预测。牛圈 子四号煤矿为 15ʎ ＜α ＜75ʎ 的倾斜煤层， 上覆岩层 类型为软弱， 岩性主要为砂岩， 天然抗压强度约为
10MPa ， 平均开采煤层埋深为 123m， 其中 A 煤层倾 角为 用地表移动 和变形预计法及角量参数法的有关参数， 见表 3。 计算出煤层开采后全矿井地面沉降、 倾斜、 移动和变 形预测值， 见表 4。 根据表 4 结果可以看出， 采用地表移动和变形
1080～7100 4300 60～7530 3050 1140～146530 7350 1140～146530 7350
开采厚度/mm
410～52722 2645
449～2950 1787 19～2402 973 420～53946 2706
Table 3 Data sheet of main parameter computed values 序号 1 2 3 4 5 6 参数 下沉系数 主要影响角正切 影响半径 r/m 水平移动系数 b 影响传播角（ / ʎ） 拐点偏移距/m 软弱覆岩的拐点偏移距为 0.358H 地表移动和变形预计法 计算公式 P=0.6684， 取决于覆岩岩性及厚度 参照 “三下” 规程中附表 5-2[3]取经验值 参数值 0.7842 2.2 55.91 0.4496 0.4703 68.24 73.68 88.07 44.03 0 0.1H 0.25+0.0043 角量参数法 计算公式 0.6+0.12lnn， n 为回 采分层数， 取4 参数值 0.7664 1.16 106.03 117.14 0.4994 0.5338 64.36 75.72 24.6 12.3 0 1.05 备注 / A 煤层， 倾角 58ʎ A 煤层， 倾角 58ʎ A 煤层， 倾角 58ʎ A 煤层， 倾角 58ʎ B 煤层， 倾角 66ʎ / / / B 煤层， 倾角 66ʎ B 煤层， 倾角 66ʎ B 煤层， 倾角 66ʎ
毛歆燕 1， 侯军林 2
（1.甘肃煤田地质研究所， 甘肃 兰州 730000； 2.甘肃有色工程勘察设计研究院， 甘肃 兰州 730000） 摘 要： 采空区地面塌陷危险性预测评估虽然具有局限性， 但根据煤层埋深、 覆岩厚度、 工程地质条件等选取经验数 据进行先期预测， 可以定量地研究煤层开采对环境造成的影响， 对合理进行灾害防治具有实际意义。本文以华能 倾煤层、 倾斜煤层进行采空区地面塌陷的预测， 通过对预测结果的综合分析， 得出宜采用地表移动角量参数法预测 缓倾煤层， 采用地表移动和变形预计法预测倾斜煤层， 为今后类似煤矿采空区地面塌陷预测提供科学依据。 关键词： 煤矿采空区； 地面塌陷； 预测方法； 结果分析 中图分类号： P642.26 文献标识码： A 新庄、 肃北县牛圈子四号煤矿为研究对象， 分别运用地表移动和变形预计法与地表移动范围角量参数法,分别对缓
平移动值为 1 244.48mm， 与采用地表移动角量参数 法预测的非常接近； 但是采用地表移动和变形预计 法预测全区叠加的平均倾斜值为 48.4mm/m、 曲率为 -3 2 水平变形为 33.83mm/m， 而地 1 315.79ˑ10 mm/m 、 表 移 动 角 量 参 数 法 预 测 的 分 别 为 23.7mm/m、 322.87ˑ10-3mm/m2、 18.61mm/m， 差距非常大。
3期
毛歆燕， 等： 煤矿采空区地面塌陷预测方法探讨
45
表 4 地面沉降、 倾斜、 移动和变形预测值
Table 4 Predicted values of surface subsidence, sloping, movement and deformation 预测方法 煤层 A煤 地表移动和变 形预计法 B煤 全区叠加 地表移动范 围角量参数法 全区叠加
2. Gansu Nonferrous Engineering Exploration and Design Research Institute, Lanzhou, Gansu 730000)
hazard control in reason. Taking the Huaneng Xinzhuang, Subei County Niujuanzi No.4 coalmines as study targets, the paper uses sur⁃
dipping and dipping coal seams surface subsidence prediction respectively. Through comprehensive analysis of predicted results, con⁃ face movement and deformation estimating method suitable for dipping coal seam prediction that will provide scientific basis for same kind coalmines mined-out area surface subsidence prediction henceforth. Keywords: coalmine mined-out area; surface subsidence; prediction method; result analysis
1 采空区塌陷预测
1.1 缓倾α＜15°煤层采空区地面塌陷预测 以华能新庄煤矿为例进行预测。华能新庄煤层 平均倾角为 5 ʎ ， 属缓倾煤层， 平均开采煤层埋深 H0
作者简介： 毛歆燕 （1972—） ， 女， 陕西勉县人， 高级工程师， 从事工程 地质工作。 收稿日期： 2014-11-24 责任编辑： 樊小舟
第 27 卷
序号 1 2 3 4 5 6
参数 下沉系数 主要影响角正切 水平移动系数 b 影响传播角（ / ʎ） 拐点偏移距 S/m 影响半径 r/m
经验取值(强度＜30MPa) 参数值 2.41～3.54 0.2～0.3 0～0.07 0.85～1.0 0.85 2.41 0.3 87
394.19
Abstract: Although the coalmine mined- out area surface subsidence hazard prediction assessment has limitations, but according to conditions of coal seam buried depth, overburden thickness and engineering geological condition etc. to select empirical data carry out prediction in advance can study environmental impacts from coal mining quantitatively, thus can provide with practical significance in face movement and deformation estimating method, surface movement angle measure parameter method respectively carried out gently
曲率 10-3/mm㊃m-2
6.03～187.86 66.55 7.29～227.04 80.43
745～23209 8222
231.52～7211.20 2554.57
水平移动值/mm
水平变形/mm㊃m-1
0.83～25.38 8.99 0.86～26.85 9.51
223.55～6962.95 2466.63
为 950 m， 上覆岩层类型为中硬-软弱， 主要为砂岩， 天然抗压强度约为 30 MPa， 查算出采用地表移动和 变形预计法及地表移动范围角量参数法的有关参 数， 见表 1。 根据表 1 参数及 “三下” 规程[3]中所列计算公式，
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中 国 煤 炭 地 质
表 1 主要参数计算值一览表
Table 1 Data sheet of main parameter computed values 地表移动和变形预计法 计算公式 参照 “三下” 规程中附表 5-2[3]取经验值 为水平煤层开采时地表的水平移动系数， 一般取 0.3 0.1 P=0.788， 取决于覆岩岩性及厚度 参数值 0.844 431.82 0.3129 86.6 95 2.2 角量参数法