重复开采地表变形规律的分析与研究

摘 要 根据协庄煤矿井田东翼、七采区六层、十一层、十三层的开采情况，通过对该地表观测资料和巡查记录的整理与分析，求取出了不同区域开采地表移动变形参数，对重复开采后断层、褶曲影响规律进行了对比分析，完善了井田变形规律，不仅丰富了本矿岩移成果，又为今后工作面开采提供了宝贵的经验。

关键词 地表变形规律分析研究

中图分类号：TD325 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）17-0138-01

1 概况

协庄煤矿是多层煤赋存的地区，上组煤有2、4、6层，下组煤11、13、15层。开采方式采用的是多层开采，通常采用先采上部层煤，再采下层煤，采完一个工作面，再采下一个工作面，就是在前一个基础上再次开采，统称重复采动。重复采动是岩层和地表受到地下采矿的影响而产生的移动变形后，在原有的采空区或相邻的层位再次开采，是岩层和地表再一次变形移动的现象。协庄矿已有50的开采历史，随着开采深度、强度的增加，新开采的工作面受到老采区的影响，可以说重复采动在以后的开采过程中将成为主要的采动方式。但重复采动对地表下沉等地质环境、地面建筑都会造成很大的危害，甚至会威胁到人民群众的生命安全，如何研究重复采动条件下的地表下沉，是值得深入研究和讨论的问题。协庄煤矿井田东部七采区上组煤及十一层煤已基本全部开采结束，地表已达充分采动状态。现在主要开采十三层煤，在工作面开采前在东翼建立了地表移动变形观测站。采取了剖面法观测，同时将观测线路延长，将每个测点展绘在航测图上进行对比，得出了地表最大下沉值及边界影响最小值，求出了部分地表变形参数。在地表斑裂线沉陷区附近设置了多组观测点，观测其发展变化规律，收集到了大量数据，研究出了重复开采地表变形变化规律。

2 地表移动变形规律

2.1 变形参数分析

2.2 七采区变形分析

根据开采沉陷预计，建筑物附近最大下沉值为850 mm，最大水平变形为1.0 mm/m，最大倾斜变形为2.0 mm/m，地表下沉系数为0.6，对建筑物的变形虽小于Ⅰ级变形，但已接近临界值，一般建筑物的抗变形能力较差，往往建筑物的变形等级大于地表实际变形等级，部分建筑物的变形等级会超过Ⅰ级。

根据井田东翼向斜构造对地表的影响规律分析，当七采区工作面开采后，由于重复开采会在地表形成明显的斑裂线，斑裂线附近有宽裂缝和台阶，对建筑物的影响较严重。

2.3 71310工作面地表变形分析

地表超前影响不明显，在工作面快开采结束时，地表开始有下沉现象，工作面走向、倾向均为非充分采动。

3 断层对地表移动变形的影响

根据实测数据分析得出上组煤开采后断层对地表变形影响有以下规律和特点：

1）断层露头位置与平面位置误差最大不超过25米，地面台阶位置基本吻合。

2）形成上下盘下沉值的大小，主要是由开采哪个盘位形成离层位置决定的。

3）台阶的大小用经验公式计算和实测对比基本吻合。

4）台阶的大小与断层落差关系密切，近似呈正比关系。

5）根据开采深度达500米时，地表仍会产生大于0.6米的台阶实测资料分析，地面台阶大小与开采深度近似成正比关系，比例系数为0.003。

十三层煤开采后断层变化规律：

1）根据理论分析和计算结果分析，地表出现台阶的位置并不在断层露头的正上方，这和断层倾角、台阶位置与下沉盆地相对关系有关。

2）地表水平移动在断层露头处有一个水平移动系数。一般情况下，这一突变形式表现为水平移动曲线的“似落差”，与下沉落差相反。这样，在断层附近有一强变形带形成，其变形值为正常值的12倍左右，出现拉裂破坏。

3）在相同条件下，采区位于断层上盘对地表产生的影响比采区位于下盘要大。

4）断层引起台阶的大小与开采厚度、开采煤层截面积、上覆岩层的力学性质、开采所在的断层上下盘位置、采深、断层性质、断层倾角、断层落差、断层带的胶结程度等因素有关。

4 褶曲对地表移动变形的影响

在七采区十三层开采过程中，在地下开采区上方地层表面出现了三条斑裂线，斑裂线周围的地表出现长长的裂缝，裂缝最大宽度在0.2-0.25米之间，斑裂线呈东西走向，斑裂线总的延伸长度略小于采空区长度，地势呈北高南低趋势。

七采区斑裂线位置分别在向斜、背斜轴的轴部附近方向沿轴向方向。随着采煤工作面的不断向前推进，裂缝沿轴向方向不断向前延伸，其影响范围小于采空区对地表的影响。其范围斑裂线经过的地方出现裂缝和台阶与断层对地表的影响规律相反。倾角不大的背斜在地表也形成明显的斑裂线，房屋出现裂隙但裂缝和台阶较向斜引起的斑裂线弱，破坏程度与正常情况相比较严重，破坏现象与断层对房屋的影响特点基本相同。

上组煤开采后斑裂线最大裂隙带宽在0.2米，十三层煤开采后裂缝增加不明显，台阶增大0.4米，斑裂线的长度没有增加。后组煤开采后，斜向构造引起的斑裂线位置没有发生变化，台阶增大。背斜构造影响的斑裂线变化不明显，只在落差最大处台阶增加约0.15米。其余区域几乎无变化。这说明向斜构造比背斜构造对地表的影响严重，出现的裂缝和台阶都比背斜大。

5 意义

分析总结出的重复开采地表沉陷规律研究成果，不但为协庄煤矿在以后“三下”采煤开采设计中提供了客观的科学依据，而且更为其他兄弟矿井地表移动变形规律的研究及对“三下”压煤开采起到借鉴和指导作用，该项成果具有良好的推广应用前景和较高的推广应用价值。

参与文献

[1]翟镇煤矿井田西部重复开采后地表移动变形规律分析[J].山东煤炭科技，2012（6）.

[2]王明刚.煤矿工业广场地表移动变形监测分析与预测[J].煤矿安全生产.

[3]李金波.岩层与地表移动观测地表移动与变形规律[J].山东煤炭科技.