小黑河下开采地表移动变形观测及结果

小黑河下开采地表移动变形观测及结果

摘要：通过对地表的岩层移动观测，经计算后确定各种参数，为以后河流水体下安全开采提供依据。

关键词：布设走向倾向观测站岩移参数

山东丰源远航煤业赵坡煤矿采区上方有小黑河穿流经过，针对小黑河下开采的特殊性，在小黑河开采影响区域建立了地表移动变形观测站，通过采用先进的野外观测技术，取得了高精度的地表移动变形资料。主要过程及计算结果如下：

1 地表移动观测站的布设

地表移动观测站地处12312、12313工作面正上方。该区域地表上有小黑河，地面标高在43.5m左右。沿小黑河南北河堤各布设一条观测线，在工作面中间沿煤层倾向方向布设一条观测线。

1.1 走向观测线：此次沿小黑河南北河堤各布设一条观测线，每条走向观测线全长1400m。

1.2 倾向观测线：在工作面中部，基本垂直于小黑河南北河堤的位置上布设一条观测线，倾向观测线全长1100m。

1.3 观测线长度的计算。算走向观测线长度：由开切眼向工作面推进方向，以角值（？啄-？驻？啄）划线与基岩和松散层交接面相交，再从交点以？椎角划线与地表相交于e点。e点便是不受邻区开采影响的点。在工作面停采线处，向工作面外侧用（？啄-？驻？啄）角划线与基岩和松散层的交接面相交于一点，再从此交点用？椎角划线与地表相交于f点。沿ef走向设定垂直于倾斜观测

线的观测线。稍稍超过交点一段距离得点g，进而将fg确定为走向观测线的工作长度（参见图1）。

计算倾斜观测线长度：在移动盆地倾斜主断面上设定倾斜观测线长度。先从采区上、下边界分别以（？酌-？驻？酌）和（？茁-？驻？茁）划线与基岩和松散层交接面相交，再从交点以？椎角划线交于地表a、b点，ab就是倾斜观测线的工作长度（参见图2）。本观测站共设置了135个工作测点，8个控制点。测区首级平面控制网布设e级gps网。在测区内布设8个gps点（不包括两个高级控制点），网中联测控制点两个。

2 观测站的处理

为保证地表移动变形观测站测点能够与地表土层的移动同步，12312、12313工作面地表移动变形观测站测点均采用混凝土预浇灌。

3 观测、计算及处理结果

第一，在回采工作面推进一定距离（相当于0.2～0.5h0）

后，在时间间隔较短的情况下进行水准测量两次，以快速锁定测点沉陷趋势，进而知晓地表移动的时间。第二，开采时，根据地表下沉的速度进行重复测量，采用每隔0.5～3个月观测一次。12312、12313工作面观测站布设完成后于2010年6月8日至11月5日进行了首期观测，期间共进行了25次水准测量和两次全面观测。

采集后的数据经计算可分析研究12312、12313工作面开采后遗

留在地表的移动盆地的情况（如盆地的规模、形状或各类角值参数）；地表移动盆地某断面上的移动和变形分布规律，移动、变形最大值的位置；开采时工作面移动、变形趋势和相应的参数变化情况；地表移动过程中，地表移动速度变化趋势及其与相应开采面之间的关系；地表移动各阶段的持续时间和总的时间跨度；回采开始到地表发生沉陷时的时间等。

首次观测于2010年7月10日观测到地表有沉陷情况。地表沉陷失去随回采面的持续推进而逐渐显现，最终形成下沉盆地。据去年10月20日的沉陷观测得知，地表最大下沉值为0.847m。

2010年7月初南北走向线上的z30点开始出现下沉，根据2010年12月6日及2011年4月3日的观测结果分析，近4个月时间地表点z30的下沉量不足1mm，说明各点均趋于稳定，由此可以断定，该地质条件下，由于地下煤层开采造成的地表移动持续时间（及由地表点开始下沉到停止）约10个月，下沉量为11mm。

综观整个沉降过程，未有突变现象。地表产生塌陷坑，塌陷区内的地面出现积水。整个下沉盆地形似锅形。因回采范围受限，地表没有出现平底现象。这说明煤体开采的采动作用不充分。

为准确获得概率积分模型的各项参数，采用了位移反演理论，通过对实测曲线的拟合，获得了该地质采矿技术条件下适用于概率积分法进行开采引起的地面沉降变形计算的参数为：

开采影响传播系数k=0.6，采动下沉系数q=0.66，水平移动系数b=0.23，下山方向主要影响角正切值tan？茁上=2.1，上山方向主

要影响角正切值tan？茁下=2.1。

结合上述参数数据预测12312、12313采掘面地表观测站每个观测点的移动变形情况，将预测结果比照则实地观测信息进行深入分析。2012年11月的地表观测点沉陷观测数据与其预计结果相同，曲线拟合精度较高，这表明计算的参数与实际情况相一致。

该地质采矿技术条件下充分采动时的走向边界角为58°57′，倾向上山边界角为60°26′，倾向下山边界角为56°39′。走向综合移动角为83°43′，倾向上山综合移动角为86°45′，倾向下山综合移动角为80°39′。对其它如裂缝角、最大下沉角、充分采动角等角值参数，因受未达到充分采动这一条件限制，无法从本次观测资料的整理分析中获得。

①启动距的计算。根据2010年7月初的观测结果可知，z30点呈现11mm的下沉。由此得出起动距为40m左右，为采深的0.15倍。启动距以距离与采深比表示为0.15h。

②超前影响距和超前影响角的计算。通过分析12312采掘面向前推进时地表移动变形观测信息，在2010年8月初z26下沉为3mm，z27点下沉18mm。由此计算超前影响距为130m左右。

根据超前影响距和超前影响角的关系，可得超前影响角ω：

式中l——超前影响距；

h0——平均开采深度。

③最大下沉速度滞后距及最大下沉速度滞后角的计算。由于12312、12313工作面受开采范围的限制，没有达到充分采动或接近

充分采动，故最大下沉速度滞后角无法从观测数据中求取。但是可以用非充分采动时，最大沉陷速度滞后距和最大下沉速度滞后角用具有最大下沉速度的点与回采工作面的距离和角度来替代。分析计算监测数据得知，12312、12313工作面开采后，于2010年12月28日的观测值与上期的观测值计算发现，z27号测点具有最大下沉速度，最大下沉速度为15mm/d，此时，12312、12313作业面的推进位置比观测点的水平距离超前35米，也就是说最大沉陷速度滞后距是35m，这个距离是平均开采深度的0.14倍，最大下沉速度滞后角为81°59′。

4 结论

①获得地下开采引起的地表移动变形静态盆地的岩移参数，适用于该地质采矿技术环境下充分采动时的概率积分法的参数计算情

况是：开采影响传播系数k=0.6，采动下沉系数q=0.66，水平移动系数b=0.23，下山方向主要影响角正切值tan？茁上=2.1，上山方向主要影响角正切值tan？茁下=2.1。

该地质采矿技术环境下充分采动时的走向边界角达到58°57′，倾向上、下山的边界角分别是60°26′、56°39′。走向综合移动角为83°43′，倾向上山综合移动角为86°45′，倾向下山综合移动角为80°39′。

②通过对开采沉陷观测数据的分析与处理，可以获得起动距为

40m左右，为采深的0.15倍。启动距以距离与采深比表示为0.15h。超前影响距为130m左右。回采工作面引起的地表测点的最大下沉