概率积分法在某煤矿项目开采沉陷预测分析中的应用

边金云

【摘要】以8.0Mt/a 某煤矿项目为例，采用概率积分法对井田近期、中远期的沉陷影响进行了预测，结果表明煤矿开采会导致地表形态变化，地表将产生动态裂缝，地表沉陷影响范围较大，损毁程度较为严重，重度损毁主要发生在林地、草地，上述预测结果能为后续提出合理的矿山地质环境治理与土地复垦措施提供理论依据。

【关键词】煤矿项目  沉陷预测

一、项目概况

某煤矿设计规模8.0Mt/a，服务年限74.4年，开采方式为井工开采。全井田范围内共含可采煤层6层，不可采煤层5层。井田范围内无文物古迹、重大设施及其他需特殊保护的敏感目标，井下保护煤柱类型主要包括井田境界煤柱、工业场地保护煤柱、主要井巷保护煤柱、断层煤柱等。

二、预测模式

本预测采用的是根据概率积分法编制的“地表移动与变形计算”程序，输入相关参数，程序自动计算各种变形数据。

预测模式采用国家煤炭局《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中所推荐的模式。

三、地表移动变形参数的选取

地表移动变形计算的主要参数有下沉系数q、主要影响角正切tgβ，水平移动系数b，拐点偏移距S和开采影响传播系数k等。这些参数的取值主要与煤层开采方法、顶板管理方法、上覆岩层性质、工作面宽度、重复采动次数以及采深采厚比等因素有关。

本矿区为新建矿区，基本尚未开发，矿区无岩移观测资料。因此本预测根据井田勘探报告，参考《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》确定地表沉陷预测参数，见表1。

四、预测与影响分析

（一）地表形态变化预测结果

为了体现远粗近细、边生产边复垦的思想，并为工程量计算提供基础，根据开采工作面接续情况，结合复垦时序要求，将开采时间划分为近期、中远期，各阶段的开采最大变形值见表2。

（二）地裂缝分析

开采前30年内预计工作面最大水平变形为88.95mm/m，结合岩性特征，一般地表水平变形拉伸值大于4mm/m将可能出现裂缝，矿区煤层开采时，地表将会产生动态裂缝。随着工作面的推进，当裂缝区受到压缩变形时，裂缝区会有闭合现象。较小、较浅的裂缝会在拉伸变形的影响下完全闭合;对于较大、较深的地表裂缝，虽有不同程度的减小，但最终不能恢复到原始地表形态，形成永久裂缝，这些永久裂缝将会对地表土层产生一定的影响。另外，在各煤层开采边界上方，由于只受到水平拉伸变形的影响，当水平拉伸变形叠加时，可能出现一些地表永久裂缝，且边界上方的裂缝一般不会自行闭合，这些永久裂缝的深度一般不会超过4m。

（三）地表沉陷影响范围预测结果

沉陷预测程序计算的地表沉陷范围为以地表下沉10mm等值线划定的沉陷区域，经计算，井田近期、中远期塌陷影响范围依次为1384.95hm2、4850.11hm2。

（四）沉陷土地范围确定及损毁程度分级

（1）村庄损毁程度分析。井田范围内有少量零散村莊分布，房屋结构主要为单层砖混结构。通过对沉陷结果分析，有部分零散居民位于10mm下沉等值线内。参照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中的砖混（石）结构的建筑物损毁（保护）等级标准，预测中远期受影响村庄的损毁程度为Ⅱ、Ⅳ级。

（2）对公路的影响。有1条场外联络公路从井田西侧南北向通过，其中有142.29m位于井田内部，均不在开采影响范围内;另设置一条进场道路，长约4km;一条运煤公路，长约2km，全部位于井田内部，进场道路均不在开采影响范围内，运煤公路有962m位于开采影响范围内，采煤引起的地表沉陷及变形可能对局部路面造成破坏，应采取必要的修复措施。

（3）各阶段的损毁范围与程度。在10mm沉陷等值线的基础上，以《土地复垦方案编制规程》（第3部分：井工煤矿）附录B作为判定依据，进行土地损毁程度划分。沉陷范围内的土地利用现状及损毁程度见表3。

五、结论

本文采用的概率积分法可以对煤矿开采活动产生的地表沉陷状况进行较为准确的预测，进而为落实合理的矿山地质环境治理与土地复垦措施提供依据，达到防止地质灾害、降低土地资源破坏以及改善区域生态环境的目的。