综放开采宽条带工作面地表移动观测研究

陈为磊

（陕西长武亭南煤业有限责任公司，陕西 咸阳713602）

1 矿井概况

亭南煤矿位于陕西彬长矿区向斜轴部位置，地形为典型的黄土残塬沟壑区域，地表黄土覆盖层厚度平均约130m左右。地面村庄民房多而分散，同时有高压线路、公路穿越。一盘区开采4煤为近水平煤层，平均倾角3°～7°，分层厚度9.0～6.8m。地表沟壑纵横，最大高差达100余米，工作面回采应用宽条带开采方法，同时进行地表移动观测，以监测开采影响区地表建筑物的安全。

2 条带开采工作面参数分析

2.1 开采宽度分析

工作面开采宽度计算公式为：

式中，L——条带开采的宽度；q——允许地表下沉率，取0.15；k——岩土层的碎胀系数，取0.65；tanβ——主要影响角正切值，取2.0；H——煤层埋深。

经计算，条带开采工作面开采宽度应控制在91～120m。

2.2 留设条带宽度分析

①最佳条带留设宽度。根据一盘区条带开采区域地质采矿条件，计算出开采影响半径r=225~275m，由下式计算留设条带宽度：

计算得出 a=（157-91）~（192-120）=66~72m

②最大条带开采宽度。在开采宽度一定的条件下，最大条带开采根据下式：

计算得出a=120～138m

2.3 综合分析

按照概率密度函数分布规律，开采大采深极不充分条带工作面的影响范围，应该考虑到煤层埋藏深度的影响，在山区地表条件下，还应考虑山区地表移动规律及其特殊性。条带工作面协调开采即采宽与留宽应协调一致，否则就会引起地表变形的叠加，而出现局部破坏的现象，综合分析亭南煤矿一盘区地质采矿条件，通过相关条带开采工作面地表移动观测数据分析，可知109、111、113条带开采宽度取90～100m，留设煤柱宽度取70～80m是合适的；对于101、103条带开采工作面，由于地表保护建筑物位于塬面，开采深度相应较大，同时具有山体非对称重力加载作用，保留煤柱应适当加宽，101、103条带开采宽度取100～110m，留设煤柱宽度取90～100m是合适的。

3 地表观测数据分析

3.1 条带开采参数

101、103工作面宽度为116m，109工作面宽度为100m，111工作面宽度为85m，113工作面宽为90m，101工作面与109工作面之间煤柱宽为90m，109工作面与111工作面之间煤柱为80m，111工作面与113工作面之间煤柱为90m。

3.2 地表移动变形

地表移动观测结果109、111、113工作面开采区域地表观测点的最大下沉值为551mm，水平移动值为-68～73mm，水平变形值为-1.8～1.7mm/m；101、103工作面开采区域地表观测点的最大下沉值为242mm，一般水平变形值在1.5mm/m以内，个别点受坡体滑移影响达到2.2mm/m。整个开采区域地表移动变形值在Ⅰ级变形范围内。

3.3 地表移动盆地特征

地表移动盆地平缓、下沉值很小。109、111、113开采区地表下沉系数小于0.1，101、103开采区下沉系数小于0.05。地表下沉值较小,下沉盆地十分平缓。

水平移动范围较大。观测数据表明，地表下沉盆地的水平移动范围较下沉范围要大，说明极不充分条带开采地表的移动变形受覆岩中坚硬岩层控制，厚坚硬岩层的挠曲变形使得水平移动范围较下沉范围要大。

地表移动具有明显的分段性。由于采深大，在单一极不充分条带工作面开采时，受关键层控制，地表移动值很小，但是在第二、第三个条带工作面开采后，其地表移动值有明显的增加，说明多个条带工作面开采后，条带开采区域达到了充分采动条件，在大采深覆岩重力的作用下，煤柱发生了较大的压缩变形，地表沉陷值是多个条带开采工作面叠加与煤柱压缩两种影响的结果。

4 结论

4.1 工作面开采为大采深极不充分宽条带开采系统，开采后地表移动盆地平缓、下沉值很小，主要影响范围角正切值较小。109、111、113开采区地表下沉系数小于0.1，101、103开采区下沉系数小于0.05；极不充分宽条带开采主要影响范围角正切值tanβ=1.93，较常规条件下地表移动范围要大，即主要影响范围角小（β=62.6）；地表沉陷范围r0=343m，δ0=58.96°。

4.2 多个极不充分条带工作面开采地表移动值符合叠加原理，并受覆岩中关键层控制，地表移动分段性明显。一个极不充分条带工作面开采后，受开采煤层覆岩中坚硬关键层控制地表移动值很小，但移动范围与充分采动工作面开采相近；两个极不充分条带工作面开采后，地表移动值基本符合叠加原理，地表下沉值相应增大，地表移动盆地很平缓；三个极不充分条带工作面连续开采后，开采范围达到充分采动，地表移动值增加幅度较大，说明坚硬关键层受大范围开采影响，其上覆松散层在重力作用下发生了整体协调下沉。

4.3 大采深极不充分采动条件下的宽条带工作面开采，地表下沉系数很小，地表移动变形一般较小，地表损害一般在Ⅰ级以内，开采后地表建筑物能够安全使用。但是受覆岩中坚硬关键层变形的控制，主要影响角正切值有较大地减小，相应的地表移动范围变大。

4.4 多个大采深极不充分条带工作面开采，地表移动变形受采留条带工作面宽度控制，地表移动变形是多个独立条带工作面开采协调作用的结果，如果条带采留宽不协调，则开采后将导致波浪起伏的地表变形破坏，合适的条带采留宽度是决定地表移动变形的重要因素之一。

4.5 亭南煤矿的地质采矿条件下，极不充分条带开采宽度为采深的20～25%，临界采动宽度为采深的30%左右。极不充分条带工作面开采，地表变形破坏一般在Ⅰ级范围内，当条带工作面开采宽度达到临界采动尺寸时，尽管地表还是非充分采动，但地表的最大下沉值将达到极不充分采动条件下的地表最大下沉值的数倍。

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