色连煤矿浅埋开采地表移动与变形规律研究

许 宏

（内蒙古同煤鄂尔多斯矿业投资有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 017000）

煤矿采煤工作面开采后形成采空区，会引起上覆岩层的移动，从而引起地表的沉陷变形。为了提高煤炭资源采出率，并保护地表建筑物、地表环境等不受到损害，必须对煤层开采后的地表变形规律[1-2]进行观测分析。本文以色连煤矿8101 工作面为地质背景，通过在地面建立沉陷变形观测点，进行沉陷变形参数观测，分析地表变形规律，为矿井后续开采设计、保护煤柱留设等提供科学参数。

1 工程概况及测点布置

1.1 工程背景

色连煤矿8101 工作面为矿井首采工作面，开采4-1 号煤层，煤层平均厚度为3.84m，煤层倾角为1～3°，埋深平均为166m。8101 工作面推进长度为1752m，面长为280m，采用综合机械化采煤法，全部垮落法管理顶板。

1.2 测点布置

结合8101 工作面地质条件及开采设计参数，该工作面在走向和倾向均满足充分采动的条件，为准确观测工作面开采后地表变形规律，在工作面走向和倾向各布置一条测线，分别为A 和B 线（如图1 所示）。根据地表变形观测规定，测线布置需充分覆盖，根据工作面相关参数，并结合邻近矿井地表变形情况，综合确定A 线长2135m，B 线长617m，观测点间距15m，控制点间距为50m，控制点距两端100m。具体参数如表1 所示。

图1 8101 工作面测点实际布置图

2 地表移动变形规律研究

2.1 实测地表沉陷特征分析

通 过2013 年11 月14 至2016 年6 月14 日 之间的连续变形观测，收集到色连矿8101 工作面回采过程中地表变形数据，并对数据进行筛选。结合工作面覆岩特征、回采参数、地表地形地貌等多项影响因素，综合分析得到布置的两条测线上的各观测点的变形与工作面回采参数之间的变化关系，并由此绘制工作面走向和倾向的地表下沉曲线图，如图2、图3 所示。

由图2、图3 可以看出，工作面回采后，地表变形开始增加，达到一定距离后测线地表变形变化增大，地表变形均是随工作面推进距离的增加而增大。随着工作面向前推进，上覆岩层不断垮落，引起地表变形，形成移动盆地，地表下沉值也逐步增大。地表下沉速度会随着工作面开采程度的增加，进入地表移动活跃期，下沉量急剧增大。通过观测可知，在整个地表变形观测期间，地表走向和倾向测线测点的最大下沉值分别为3677mm 和3265mm；开始进入地表移动衰退期，增速放缓。

图2 走向A 线主断面下沉变化曲线图

图3 倾向B 线主断面下沉变化曲线图

由图2 的工作面走向地表变形曲线可以看出，整体来看，地表最大下沉点的位置随着工作面推进而不断变化。受地表地形的变化和观测精度的影响，局部位置的地表下沉变化曲线会有一定的波动，但就整体规律而言，满足工作面开采地表变形的一般开采沉陷规律[3-4]。

2.2 地表下沉速度及延续时间

（1）走向测线

通过对工作面走向测线上各测点的连续观测，可知A065 号测点为走向测线的最大下沉点，对该点的下沉量进行分析得到下沉曲线图，如图4 所示。通过分析该点的变形规律和下沉曲线图可知，2014 年10 月9 日 至2014 年11 月1 日为该测点的初始变形期，共计23d；2014 年11 月1 日开始进入变形活跃期，并于2014 年12 月5 日，工作面推进870m，通过该点78m 时，该测点的下沉速度达到最大值，为75.8mm/d；2015 年1 月13 日开始进入变形衰退期，变形活跃期共计73d；至2015 年2月5 日测点变形结束，变形衰退期共计23d。该测点的地表变形总延续期为119d。

图4 走向A 线A065 号测点下沉速度变化曲线图

（2）倾向测线

通过对工作面倾向测线上各测点的连续观测，可知B23 号测点为倾向测线的最大下沉点，对该点的下沉量进行分析得到下沉曲线图，如图5 所示。通过分析该点的变形规律和下沉曲线图可知，2014年11 月1 日至2014 年12 月5 日为该测点的初始变形期，共计34d；2014 年12 月5 日开始进入变形活跃期，并于2015 年1 月13 日前后，工作面推进1270m，通过该点373m 时，该测点的下沉速度达到最大值，为80.2mm/d；2015 年2 月5 日开始进入变形衰退期，变形活跃期共计62d；至2015 年5 月29 日变形结束，变形衰退期共计113d。该测点的地表变形总延续期为209d。

图5 倾向B 线B23 号测点下沉速度变化曲线图

2.3 移动变形动态规律分析

通过分析工作面倾向上的实测变形数据，得到其概率积分预计参数，并对工作面实测变形数据与理论预计变形数据进行分析，可以得到理论模型和实测参数曲线之间的拟合关系[5]，如图6 所示。受多种因素影响，个别实测数据与理论参数有一定的偏差，但是从整体的变化趋势、下沉量来看，实测数据与预计理论参数两者之间拟合程度高。

图6 实测地表下沉曲线与理论预计曲线拟合图

3 结论

（1）通过对色连煤矿8101 首采工作面采空区所造成的地表移动变形观测和沉陷特征的分析，得出该矿在浅埋深厚煤层岩条件下开采沉陷的变形规律；其开采活跃期较短，但下沉速度大，地表移动剧烈。

（2）通过对工作面走向地表变形分析发现，A065 号测点是监测的关键测点。根据该点移动监测数据可以推定，在矿井当前的开采模式下，地表变形的周期为119d。

（3）对比分析理论计算参数和实测数据，可知两者之间的拟合程度高。分析位移的变形规律特点，对比与实测结果规律相接近，指导矿井的安全开采及环境保护，为矿区的绿色持续发展提供基础数据。