深井厚煤层地表下沉盆地采动程度评价与分析

■刘春永 乔冲（枣庄矿业集团田陈煤矿山东滕州277523）

深井厚煤层地表下沉盆地采动程度评价与分析

■刘春永 乔冲
（枣庄矿业集团田陈煤矿山东滕州277523）

本文主要介绍了深井厚煤层地表下沉盆地采动程度的类型、判定方法及相关工程实例。

深井厚煤层 下沉盆地 采动程度

1　概述

当部分矿体被采出后，在岩体内部形成一个采空区，其周围岩体应力平衡状态受到破坏，引起应力重新分布，从而使岩体产生移动、变形和破坏，直至达到新的平衡。随着工作面的推进，这一过程不断重复。当地下工作面开采达到一定距离后，开采影响到地表，受采动影响的地表从原有的标高向下沉降，从而在采空区上方形成一个比采空区大得多的沉陷区域，称为地表移动盆地。

2　地表移动盆地的形成

2.1地表移动盆地形成过程

当回采工作面自开切眼开始向前推进的距离相当于采深的1/4～1/2时，开采影响波及到地表，引起地表下沉。然后，随着工作面继续向前推进，采空区面积增大，地表的影响范围不断扩大，下沉值不断增加，下沉盆地也逐渐扩大。如图1所示，当采空区达到一定程度时，最大下沉值将不再增加而形成一个平底的下沉盆地。当工作面停止以后，地表的移动不会马上停止，要延续一段时间，然后才能稳定，形成最终的地表移动盆地，此时的盆地又称静态移动盆地。

图1　地表移动盆地形成过程

2.2充分采动程度类型

根据采动对地表影响的程度，一般将地表移动盆地划分为三种类型：

2.2.1非充分采动下沉盆地

当采空区尺寸小于该地质采矿条件下的临界开采尺寸时，地表任意点的下沉值均未达到该地质采矿条件下应有的最大值，这种采动称为非充分采动，此时地表移动盆地称为非充分采动下沉盆地，形状为漏斗形。

2.2.2充分采动下沉盆地

当地表移动盆地内只有一个点的下沉达到该地质采矿条件下应有的最大下沉值的采动状态，称为充分采动，又称临界开采。此时地表移动盆地称为充分采动下沉盆地，形状为碗形。

2.2.3超充分采动下沉盆地

当达到充分采动后，开采工作面的尺寸再继续扩大时，地表的影响范围相应扩大，但地表最大下沉值不再增加，地表移动盆地将出现平底。地表有多个点的下沉值达到最大下沉值的采动情况，称为超充分采动，此时地表移动盆地称为超充分采动下沉盆地，形状为盆形。

3　结合工程实例判定地表下沉盆地采动程度

某矩形工作面周围均无开采，地质采矿条件为：工作面走向长度l0=580m，工作面倾向宽度L0=280m，煤层开采深度H=400m，煤层倾角α=0°，煤层开采厚度m=4.0m，下沉系数：q=0.75m，水平移动系数b=0.3，开采主要影响角正切值tanβ=2.0，拐点偏移距S0=0. 1H。

①计算拐点偏移距：

S0=0.1H=0.1×400=40m

②计算开采长度和宽度

l=l0～2S0=580～2×40=500m

L=L0～2S0=280～2×40=200m

③计算开采主要影响半径：

r=H/tanβ=400/2.0=200m

④l/r=（l0～2S0）/r=2.5

L/r=（L0～2S0）/r=1.0

已知采动程度系数表如表1：

表1　采动程度系数计算表

所以，该工作面沿走向方向为充分采动，沿倾斜方向为非充分采动。

4　结论

因为该工作面为单向充分采动，所以在计算最大值时，需考虑充分采动程度系数nx和ny，同时需指出，在工作面未达到充分采动时，在下沉盆地中央出现变形叠加，当计算开采宽度为0.8r时，最大叠加负曲率和压缩变形分别为2Kmax和2εmax，这一点在地表移动与变形预计时必须给予高度重视。所以预计的地表最变形值指分布在采空区边界上方附近，而并非在下沉盆地中央位置的变形。

因此工作面是否为充分采动，直接影响地面变形程度的判定，以及最大变形值位置的预计。我们可以选取可靠的参数，通过计算判定工作面采动程度。从而更加准确的推断地表变形情况。

[1]刘宝琛、廖国华，煤矿地表移动的基本规律，中国工业出版社，1965.

[2]李青岳.工程测量学 [M]北京:测绘出版社,1995.

[3]隋旺华.开采沉陷土体变形工程地质研究［M］.中国矿业大学出版社，1999.

[4]刘义新.深部条带开采覆岩及地表移动规律研究［D］.河南理工大学，2007.

This paper mainly introduces deep thick coal seam mining degree of surface subsidence basin types,methods and related engineering examples.

Deep thick coal seam;Subsidence basin；The degree of mining

F407.21[文献码]B

1000～405X（2016）～4～150～1