大采深巨厚砾岩综放开采地表沉陷规律.pdf

第 3 2卷第 6期 2 0 1 3年 1 2月 河南理工大学学报 自然科学版 J OURN AL O F HE NAN P O L YT E CHNI C UNI VE RS I T Y NAT UR AL S CI E NC E Vo 1 ． 3 2 No ． 6 De c ． 2 01 3 大采深巨厚砾岩综放开采地表沉陷规律 李春 意 ， 李彦辉 1 ．河南理工大学 测绘与国土信息工程 学院， 河南 焦作 4 5 4 0 0 0； 2 ． 份有限公司 常村煤矿 ， 河南 义马 4 7 2 3 0 0 ，梁 为 民。 ， 刘振 波 河南理工大学 土木工程学院 ， 河南 焦作 4 5 4 0 0 0 ； 3 ．河南大有能源股 摘 要 以常村 煤矿 工程 地质 资料 和地 表移 动观 测 站 资料 为依 据 ， 详 细分 析 了 2 1 1 3工作 面地表 终 态 下沉 、 动 态下沉和 终 态水平 移动 的特 征 ， 从 机理 上研 究 了大采 深 巨厚砾岩 开 采条件 下地表 形 变异 常的原 因． 通过 走 向方 向最 大下沉 点 下沉速度 的变化规 律和 工程 实测 资料 ， 得 出 了地表 形 变与 井下 冲击地 压 的 关 系， 确 定 了地表 移动 与 变形的 角量参 数． 结果表 明 ， 受 关键 层 的控制 ， 在整 个观 测过 程 中， 地 表始 终 处于缓慢 下沉状 态， 且 在 沉 降过 程 中不存 在 下 沉 突 变点 ； 下沉速 度 的反 弹可 以作 为冲 击地 压危 险的预 报信 息 ， 巨厚砾 岩层 的 运动是 发 生矿震 的主要 力 源之 一． 关键词 深部 开采 ； 砾岩 ； 开采 沉 陷； 下沉规 律 ； 冲击地 压 中图分 类号 T D 1 7 3 ． 4 文献 标识 码 A 文章编 号 1 6 7 3 9 7 8 7 2 0 1 3 0 6 7 0 3 - 0 6 Re s e a r c h o n s u r f a c e s u b s i d e n c e l a w u n d e r c o n d i t i o n o f d e e p mi n i n g wi t h t h i c k o v e r b u r d e n c o n g l o me r a t e b a s e d o n fie l d me a s u r e me n t d a t u m L I Ch u n． y i 。 ， L I Ya n ． hu i 。 ， L I ANG W e i mi n ，LI U Z he n． b o 1 ． S c h o o l o f S u r v e y i n g a n d L a n d i n g I n f o r m a t io n E n g i n e e r i n g，H e n a n P o l y t e c h n i c U n iv e r s i t y ，J i a o z u o 4 5 4 0 0 0 ，H e n a n ，C h i n a ； 2 ．S c h o o l of C i v i l En g i n e e r i n g，He n a n P o l y t e c h n i c Un i v e r s i t y，J i a o z u o 45 4 0 0 0， He n a n，C h i n a； 3 ． C h a n gc u nM i n e，He n a nDa y o u En e r g y Co ．，LT D．，Y i ma 4 7 2 3 0 0， H e n a n ，C h i n a Abs t r a c t Ac c o r d i n g t o e n g i n e e r i n g g e o l o g i c a l a nd me a s ur e me n t d a t a o f Cha n g c un c o l l i e r y，t h e s u r f a c e fin a l s ub s i de n c e． t h e d y n a mi c s u b s i d e n c e a n d f i n a l h o r i z o n t a 1 mo v e me n t c h a r a c t e r i s t i c s o f 2 1 1 3 p a n e l we r e a n a l y z e d i n de t a i l ．Mo r e o v e r ，t h e r e a s o n o f s u r f a c e d e f o r ma t i o n a bn o r ma l i t y u n d e r t h e c o n d i t i o n o f d e e p mi n i n g wi t h t h i c k o v e r b u r d e n c o n g l o me r a t e wa s r e s e a r c h e d b y me c h a ni c s ．Th e n f r o m s u b s i d e n c e s p e e d v a r i a t i o n l a w o f t he ma x i mu m s u bs i d e n c e po i n t a l o n e s t r i k e a nd e n g i n e e r i n g g e o l o g i c a l i n f o r ma t i o n，t h e r e l a t i o n b e t we e n s u rfa c e de f o r ma t i o n a nd u n d e r g r o un d r o c k b ur s t wa s d e d u c e d，a n d t h e a n g l e p a r a me t e r s a t t r i b u t i n g s u rfa c e mo v e me n t a n d d e f o r ma t i o n wa s d e t e r mi n e d ． Th e r e s u l t s s h o w t h a t t h r o u g h a wh o l e s u r v e y i n g pe r i o d t he s u rfa c e i s i n t h e s t a t e o f g r a d u a l s u bs i d e n c e d u e t o k e y s t r a t u m ．F u r t he r mo r e，a s u b s i d e nc e mu t a t i o n a l po i n t i s n o e x i s t i n g d u r - i n g s u rfa c e s u b s i d e nc e ．Th e r e f o r e，t he i n c r e a s e o f s urfa c e s u b s i d e n c e s p e e d c o u l d b e d a n g e r o u s p r e d i c t i o n i n- f o r ma t i o n f o r r o c k b u r s t ；t h e mo v e me n t o f o v e r b ur d e n t h i c k c o n g l o me r a t e i s o n e o f ma i n po we r s whi c h ma y c a us e c o l l i e r y e a r t h q ua k e ． Ke y wo r d s d e e p mi n i n g；c o n g l o me r a t e；mi n i n g s ub s i d e n c e；s u b s i d e n c e l a w；r o c k b u r s t 收稿 日期 2 0 1 3 - 0 8 1 5 基金项 目 国家 自然科学基金资助项 目 4 1 1 0 1 5 2 0 ， 5 1 0 7 4 0 6 4 ； 河南 理工大学博 士基 金资助项 目 B 2 0 1 1 -02 5 ； 河 南省博士后 科研 项 目 2 0 1 1 0 3 7 ； 高校博 士点基金资助项 目 2 0 1 1 4 1 1 6 1 2 0 0 0 5 ． 作者简介 李春意 1 9 7 9 一 ， 男 ， 河南周 口人 ， 博士 ， 讲 师 ， 主要从事矿 山开采沉陷与岩层控制方面的教学 和科研工作． E ma i l l i c h u n y i 2 0 0 5 1 2 6 ． c o rn 河南理工大学学报 自然科 学版 2 0 1 3年第 3 2卷 0 引 言 地表 沉 陷是 煤层 开采 后覆岩 移动 传播 到地表 的综 合表 现形式 ， 大体 上可 分为 两类 一类是 连续 形变； 另一类是非连续形变． 地表形变量 的大小和 方 向与矿 层开 采条 件 、 覆 岩 性 质 和开 采 间 隔 时 间 密 切相关 。 ． 根据 覆岩 岩性结 构组 合和力 学特 征 与矿层 之 间的 时 空关 系 ， 可 以把 上 覆 岩 层 分 为 4 类 坚硬 ． 坚 硬型 ， 即覆 岩 均 为 坚 硬 岩 层 ， 强 度 高 ， 岩性致 密且 整体性 好 ， 矿 层开 采后覆 岩不 易垮 落 ； 软弱一 软弱 型 ， 即整 个 上 覆 岩 层 皆 为软 弱 岩 层 ， 矿 层开采后覆岩移动在较短的时间内就能传播到地 表 ； 软 弱． 坚硬型 下部 岩 层 为 软 弱岩 层 上 部 岩 层 为坚硬 岩 层 ； 坚 硬一 软 弱 型 下 硬 上 软 ， 以 大 同 煤矿侏 罗 纪煤 层 赋 存 条 件 为代 表 ． 对 于 上述 4 类地质 采矿 条件 下 的 地表 沉 陷 规 律 ， 国 内外 学 者 均有 一定 的研究 ， 但豫西 矿 区覆岩 下软上 硬 的 煤层赋存条件有其特殊性 ， 尤其在地表形变 与井 下冲击地压的关系方面更值得探讨． 本文将 以豫 西矿 区常村 矿实测 资料 为依 据 ， 就软 弱- 坚硬 型覆 岩赋 存条 件 ， 研 究 大采 深 巨厚砾 岩煤 层 开采 地 表 沉 降规律 ． 1 地质采矿条件 常村 煤矿 是河 南大有 能源 股份有 限公 司下属 的重点煤 矿之 一 ， 也 是 义 马煤 田主要 生 产 矿 井 之 一 ，矿井 核定 生 产 能力 为 2 0 0万 t ／ a ． 研 究 对 象 是 2 l 1 3工作 面 ， 位 于 2 1 采 区三条 下 山 东翼 ， 自上 而 下 第 7个 工 作 面 ， 西 侧 为 2 1采 区三 条下 山煤 柱 ， 东侧为 F 1 6断层煤柱， 工作面上部沿上山方 向依 次 为已 回采 的 2 1 1 1工作面 斜长 1 6 0 m ， 2 1 0 9工 作面 斜 长 1 7 0 m ， 2 1 0 7工作 面 斜 长 2 0 0 m ， 2 1 0 5工作 面 斜 长 1 6 0 m ， 下 部为 未掘 的 2 l l 5工 作 面． 本工 作 面地 质构 造较 简单 ， 设 计 为综采 放顶 煤工 作面 ， 开采侏 罗 系 中统 下 段义 马组 2 - 3煤 ， 平 均煤 厚 1 0 ． 2 m， 煤层倾 角平 均 1 1 。 ． 2 1 1 3工作 面走 向方 向长度 为 1 1 5 6 m， 可采 长 度 为9 4 2 i n ， 工作 面 斜 长 1 8 0 m， 平 均 开 采 深 度 达 到 6 2 1 m． 从采 动程 度上看 ， 工 作 面走 向方 向采 动 程度系数为 1 ． 5 7 ， 达 到了充分开采 ； 倾 向方 向的 采 动程 度系 数 仅 为 0 ． 3 ， 属 于 非 充 分 开 采 ． 显 然 ， 整个 工作 面 的采 动程 度受 其短轴 方 向的控制 ， 煤层采完后地表下沉量较小 ， 下文的实测资料也 验 证 了这一 点． 根 据工 作面 1 4 0 3钻孔 和地 质资 料 揭露 ， 6 0 0 m厚 的覆岩中松散黄土层厚度仅为 2 0 m， 其 下为 3 1 2 m 厚 的 巨厚 砾 岩 ， 岩 性 致 密 ， 整 体 性 好 ， 其 下为 砾 岩 、 粉砂 岩 和细 砂 岩互 层 ， 覆 岩岩 性 中硬 ． 钻孔 综 合 柱 状 示 意 图 见 图 1 ． 因此 ， 该 工 作 面属 于典 型的大 采深 巨厚砾 岩下煤 炭资 源高效 开采 ． 图 1 工作面覆 伏 岩结构示意图 F i g ． 1 S k e t c h o f s u r f a c e o v e r b u r d e n a n d u n d e r l y i n g s t r a t u m 2 岩移规律 现场实测 为了研究 深部 巨厚砾 岩煤 层开 采地表 沉 陷的 基 本规 律 ， 尤 其是 通 过 地表 形 变 量来 研 究 地 表 沉 降与井 下 冲击地压 的关 系 ， 目前 ， 比较理 想的方 法 是建立 地表 移动 观 测 站． 根 据 设 站 地 区 的地 形 和 地貌 ， 结合工程实际进展情况 ， 在 2 1 1 3工作面上 方设 置 了 2条观 测 线 ， 一 条倾 斜 观 测 线 贯穿 整 个 工作 面 ， 在 开切巷 一侧设 置 了半条走 向观测线 ， 观 测站与工作面的相对位置如 图 2所示． 观测站按 照要求进行埋设 ， 并进行了连接测量、 全面观测和 日常 观测 ． 观测 站于 2 0 0 9年 l 0月 2 4 日进 行 了第 一 次现场 全面 观测 ， 2 0 1 2年 8月 7日进 行 了最后 一 次 观 测 ， 整个 观 测期 间共 进行 水 准测 量 1 3次 ， 全 面观测 3次 ， 获 得 了 大量 反 映 矿 区地 表 形 变 实 际 的第一 手 资料 ． 2 0 图2 观测站与工作面相对位置 Fi g．2 Re l a t i v e p o s it i o n o f s u r v e ying mo n u me n t s a n d s u r f a c e 第 6期 李 春意 ， 等 大采深巨厚砾岩综放开采地表沉陷规律 7 0 5 3 地表终态与动态沉 陷特征 3 ． 1 地 表终态 下 沉特征 分 析 地表 终态 下沉 指连 续 6个月 地表 下沉 量不 超 过 3 0 m m， 即认 为 地表 下沉 基本稳 定 ． 根据 现场 实 测 ， 走 向方 向最 大 下 沉 点 点 号 为 E 8 ， 最 大 下 沉 值 为 8 0 4 m m； 倾 向方 向最 大下 沉点 为 N 7， 最大 下 沉 量 为 1 2 1 0 mm， 在 下沉 盆地边 界 N 2 3号 点下 沉异 常． 该点距离 2 1 1 3工 作面运输巷外侧 约 3 9 0 m， 下 沉量 为 4 4 5 mm， 而 相 邻 点 N 2 2号 点 下 沉 量 仅 9 5 m m， 沉 陷量 相差 3 5 0 m m， 如 图 3所示 ． 按 照一 般 地质 采矿 条件 ， 下沉 盆 地 边 缘 下 沉 量应 逐 渐 减 小直 至 为 0 ． 经 初步 推断 ， 这 一现 象 产 生 的根 本 原 因是 受 上 山方 向临近 工作 面开采 影 响而 产生 的非 连续沉降． 2 1 l 3工作面上 山方向均为 已经开采 的 工作 面 2 1 1 1 ， 2 1 0 9 ， 2 1 0 7 ， 2 1 0 5工 作 面 ， 这 几 个 工作 面形 成 的采空 区在 井下 连 为一体 ， 与 2 l 1 3工 作 面联合 形成走 向长度 1 0 0 0 m， 倾 向长度 约 昌 吕 删 蟋 距停采线的距离， m a 走 向 距回风巷的距离／ m f b 倾向 图 3 观测 线沿走 向和倾 向方 向的终态下沉 曲线 F i g ． 3 F i n a l s u b s i d e n c e c u r v e s o f s u rv e y i n g l i n e s a l o n e s t r i k e a n d d i p 9 0 0 m 的采 空 区 ， 而 N 2 3号测 点 刚好位 于 2 1 0 9工 作面和 2 1 0 7工作面的交界处． 从走 向方 向下沉 曲线 分 布 形 态 看 ， 位 于 开 切 巷 上方 测点 E 1 8的最 大下沉 量 为 2 0 1 mm， 工作 面 上方的沉降量变化 区问为 8 0 4～2 0 1 m m， 开切巷 外侧 沉 降量变 化 区间为 1 0～ 2 0 1 m m， 即在关键 层 和 上 山方 向采 空 区的 共 同影 响 下 ， 工 作 面 上方 集 中 了 7 5 ％ 的地 表 沉 陷 量 ， 如 图 3 a 所 示 ． 另 外 ， 该 曲线下 沉 为 1 0 mm 的点 是 E 4 0 ， 沉 陷 盆地 的展 布 范 围达 到 了 6 0 0 r n ． 从 倾 向方 向观 测 的终 态 沉 降曲线空间分布形态来看 ， 上山方 向下沉 1 0 mm 的点 为 N 2 8 ， 沉 陷 盆 地 的 展 布 范 围达 到 了 5 5 0 m 以下 沉 1 0 mm 的点作 为边界 点 ， 下 山方 向下 沉 1 0 mm 的点介 于 S 1 1和 S 1 2之 间 ， 沉 陷盆 地 的 展 布范围为 2 6 5 m． 上 山方 向移动盆地的展布范 围 明显 大 于 下 山方 向． 从 以 上 分 析 可 以看 出 ， 虽 然 2 1 l 3工作 面的开 采属 于 非充 分 开 采 ， 但 沉 陷 盆 地 的移动 范 围并 未 明显 缩 小 ， 且 主 要 的下 沉 集 中 在 工作 面 的上方 ， 这 有利 于建 筑物下 煤炭 资源 开采 ． 3 ． 2地 表动 态下 沉特征 分 析 矿 山开采 引起 的覆 岩与地 表移 动变 形具 有 明 显 的时 间依 赖 性 ， 具 备 复 杂 的时 间． 空 间 特 性 ． 矿 体采 出空 间达 到一 定程度必然会 波及 到周边岩 层 ， 使围岩的原岩应力状态发生改变． 从宏观上分 析 ， 地 表移 动是 岩层 移动传 播 到地表 的综 合反 映 ， 反映 了岩层 移 动 的移 动 状 况 和传 播 方 式 ； 岩 层 移 动是地 表移 动 的本 质 ， 为地 表 移 动 的描 述 和 预 测 提供科 学决 策 ． 走 向 观测 线 于 2 0 0 9年 1 2月 观 测 时 ， 工作 面推 进 2 8 3 m， 此 时 ， 地 表 最 大下 沉 量 为 2 4 m m， 因此 ， 可 以认 为工 作 面的启 动距 为 2 8 0 m， 约 为工 作 面采 深 的 一 半 ， 比一 般地 质 采 矿 条 件 的 启 动距 1 ／ 3～1 ／ 4 日大 ． 走 向观 测线 共 进行 了 1 3 次 地 面 沉 降 观 测 ， 历 时 9 8 2 d ， 最 大 下 沉 量 仅 为 8 0 4 m m， 受 关键层 的控 制 ， 在 整个 观 测 过程 中 。 地 表始 终处 于缓 慢 下 沉状 态 ， 且 在 沉 降 过 程 中 不存 在下 沉 突变点 ． 从 整个动 态下 沉 曲线 图 4 上看 ， 地表 下沉 主要集 中在采空 区的上方 ． 倾 向方 向实测 最大下 沉 为 1 2 1 0 m m， 最 大下 沉点号 为 N 7 ， 同样 ， 受 关键 层 的控制 ， 在 整 个观 测 过程 中， 地表下沉缓慢． 值得说 明的是， 整个动态 下沉 曲线上 ， 地 表 最 大下 沉 点 的位 置偏 向上 山方 向． 而按照地表移动的一般规律 ， 在倾斜煤层开采 时 ， 地 表 的最 大下 沉点 位置 应偏 向下 山方 向 ， 如 图 5所示 ． 根 据临 近工 作面 的开 采 情 况 ， 井 下 已回采 的工 作 面连 为一体 ， 从采 动程 度上 看达 到 了充分 7 0 6 河南理工大学学报自然科学版 2 0 1 3年第 3 2卷 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0 1 6 0 0 距停采线的距离／ m a 走向 一40 0- 3 0 0- 2 0 0 1 0 0 0 1 0 0 2 0 0 3 00 40 0 5 0 0 6 00 70 0 8 0 0 距回风巷的距离／ m b 倾向 图 4 观测 线沿走 向和倾 向方 向的动态下沉 曲线 F i g ． 4 Dy n a mi c s u b s i d e n c e c u r v e s o f s u r v e y i n g l i n e s a l o n e s vi k e a n d d i p 采动 ， 但 由 于上 覆 岩 层 存 在厚 硬 岩 层 ， 对 于 2 1 1 3 单个 工作 面开采 ， 上覆 巨厚砾 岩关 键 层 可 以抽 象 为一端固支 实体煤一侧 ， 一端简支 采空 区一 侧 的梁 ， 煤层 采 出 后 ， 关 键 层不 破 断 ， 在 其 上 覆 岩层 的载 荷 和 自身 重 力 作 用 下 仅 发 生 弯 曲沉 降 ， 且简支一侧的沉降量大于固支一侧的沉降量． 因此 ， 实测 最大 下沉 点 N 7偏 向上 山方 向． 图5 非充分采动 时最大下沉点的位 置 F i g ． 5 P o s i t i o n o f ma x i mu m s u b s i d e n c e p o i n t o f s u b c r i t i c a l mi n i n g 3 ． 3 地 表终态 水 平移动特 征分 析 走 向方 向最 大 水 平 移 动 点位 于 开 切 巷 的 外 侧 ， 点号 为 E 2 2 ， 最 大水平 移 动量 为 4 9 5 m m， 负 的 最大水 平移 动点 位于工 作面上 方 ， 点 号为 E l 0 ， 最 大水平 移动量 为 2 1 5 m m． 倾 向方 向正的最 大水平 移动 点位 于 回的 内侧 ， 点 号 为 Nl ， 最 大 水 平 移 动 量 为 3 4 0 m m， 负 的最大 水平移 动点 位于运 输巷 的 外侧 ， 点号 为 N 1 5 ， 最 大水平 移动量 为 6 4 7 m m． 由于 上覆 地 层 中存 在 3 1 2 m 的 巨厚 砾 岩 ， 这 一 岩层 称 为关键 层 ， 它 控 制 着其 上 覆 岩层 的 同步 沉降． 从 回采时间上分析 ， 2 1 1 3工作面从 2 0 0 9年 7月开 始 回采 ， 2 0 1 0年 6月 工作 面 推进 5 2 3 m 通 过倾 向 观 测 线 ， 2 0 1 1年 6月 整 个 工 作 面 回 采 结 束 ， 2 0 1 2年 8月 5 日进 行 了最 后 一 次 观 测． 虽 然 开采 厚度 达到 了 1 0 ． 2 m， 但 走 向和倾 向方 向 的地 表下沉量和水平移动量都很小 图 6 ． 其原因是 ， 覆岩 地层 结构上 硬 下 软 ， 煤 层 开采 后 覆 岩 移动 自 下向上传播， 在下部软弱地层中形成垮落带 、 断裂 带 和弯 曲下沉带 ， 但 当覆 岩 移 动传 播 到 该关 键 层 时 ， 关键 层 下 部产 生 离层 ， 由于 关键 层 硬 度大 、 厚 度 大 ， 仅 产生较 缓慢 的弯 曲沉 降 ， 最终 地表 下沉量 没有 达 到充分 开采 的地表 最大下 沉量 ． 暑 暑 吕 g 1 ． -6 0 0 -4 0 0．．2 0 0 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 距开切巷的距离， m 距【 叫风 巷 的距 离／ m b 倾 向 图 6 观测线沿走向和倾向方向的终态水平移动曲线 Fi g ． 6 F i n a l h o r i z o n t a l d i s p l a c e me n t c u r v e s o f s u r v e y i n g l i n e s a l o n e s t r i k e a n d d i p 3 ． 4下沉速 度变 化规律 图 7为走 向方 向最大 下沉点 E 0 8的实测下 沉 速度 曲线 ． 从 图 7中可 以看 出 ， 随着 工作 面从开 切 巷推 进 ， 该 点下沉 速度 逐步增 加 ， 但 最 大下沉 速度 值仅 为 2 ． 3 mm ／ m， 从 地表 开 始 下沉 算起 ， 初始 阶 O O O O O 0 O O 0 0 O ． 邶 芎 枷踟枷珊瑚踟 抛。枷枷㈣ 枷㈣ ㈣ 枷 瑚 0 第 6期 李春意 ， 等 大采深 巨厚砾岩综放开采地表沉 陷规律 7 0 7 段经 历 的 时 间 为 2 1 6 d ， 占地 表 移 动 总 时 间 的 2 2 ％ ， 该 阶段地 表 下 沉 2 5 0 m m， 占地 表 下沉 总 量 的 3 1 ％ ． 活跃 阶 段经 历 的时 间 为 9 3 d ， 占地 表 移 动总 时间 的 9 ． 5 ％ ， 衰 退 阶 段 时 间 为 6 7 3 d ， 占地 表 移动 总 时间 的 6 8 ． 5 ％ ， 这 有 别 与 一般 地 质 采矿 条 件下 地 表下沉 速度 ． 结合 现 场地 质资 料 ， 参 考相 似 地质 采矿 条件 的实 测分 析结 果 ， 认 为 2 1 1 3工作 面地表 下 沉 速 度 存 在 的 高 低 交 错 变 化 的 反 弹 现 象 ， 主要 受 主关键 层 砾 岩 在 不 同 时 间段 内 的沉 降量大 小 的控制 ． 砾 岩下 沉 速 度 的反 弹将 导 致 井 下采 煤 工作 面 围岩应力 的大 范 围突然 增 大 ， 期 间 是 冲击 地压 多发 期 ， 地 表 的下 沉 速 度增 加 可 以作 为 冲击 地压 危险 的预 报 信 息． 当 砾 岩下 沉 速 度 增 大 时 ， 对 应 的 回采 工作 面矿 震发 生次 数 明显增 多 ， 上覆 巨厚 砾岩 层 的运动 是发 生矿 震 的主要 力 源之 0 目 ． 2 0 0 奏 枷-4 0 。0 ．8 0 0 下沉速度 2 01 0 ． O 2 0 5 2 01 0 一 O 6 ． O 5 2 0 1 0 ． 1 1 2 0 2 O1 2 ． O 8 ． 0 5 日期 图 7 走 向方 向最大下沉点下沉速度 F i g ． 7 S u b s i d e n c e s p e e d o f ma x i mu m s u b s i d e n c e poi n t a l o ne s t r i ke 是 否合理 ， 直 接影 响 到 走 向 主 断面 位 置 的 准确 程 度 ． 表 1 常村矿移动角量参数 的确定 Ta b． 1 De t e r mi na t i o n o f a n g l e s pa r a me t e r s f o r C h a n g c u n c o l l i e r y 。 方 向 类别 基岩移动角 基 岩边界角 松散层移动角 移动角修正值 边界角 修正值 角值 备注 走 向 6 7 1 0 5 1 1 0 修 正 值 为 考 上 山 6 0 3 4 9 1 0 4 2 虑 松 散 层 后 下山 7 3 l O 5 5 l 0 的角值 根 据 实测资 料 ， 地 表 移 动 观测 站 倾 向方 向最 大下 沉 点 是 N 7号 测 点 ， 该 点 距 离 采 空 区 中心 的 水 平距 离 为 8 5 m， 且 偏 向于 上 山 方 向 ， 平 均 开 采 深 度为 6 2 1 m． 因此 ， 确 定 的 最 大 下 沉 角 0 9 7 。 ， 如 图 8所 示 ． 最大 下沉 角大 于 9 0 。 的原 因 已在 3 ． 2 节 中进行 了说 明． 0 5 0 0 ． 1 0 0 0 ．1 5 0 0 ．2 0 0 0 ．2 5 0 0 ．3 0 0 0 ．6 0 0 5 0 0 4 0 0 - 3 0 0 ． 2 0 0 ． 1 O 0 0 1 O 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 距回风巷的距离／ m 图8 最大下沉角的确定 Fi g ． 8 De t e r mi n a t i o n o f c a v i n g a n g l e 4 地表移动角量参数 的确定 5 结 论 地 表移 动 角 量 参 数 通 常 是 由 实 测 数 据 来 确 定 ， 是描 述井 下 采 出空 间与 地 表 沉 降 盆地 的相 对 位 置 、 大小 、 特征 以及 时 间关 系 的参数 ， 是 确定 地 下开 采 对地 表的 影 响 范 围 、 影 响 大 小 和影 响 时间 的关 键参 数 ， 其 可 靠 性 与 否 直 接决 定 留设 各 类 保 护煤 柱 尺寸 的合理 性 ， 决 定 着矿井 的安全 、 高效 生 产 ． 根据 常村 煤矿 2 1 】 3工作 面观 测站 实测 资料 ， 确定 了该 地质 采 矿条 件 下 的基 岩 移 动 角 、 基 岩 边 界角 和 松 散 层 移 动 角 ， 如 表 1所 示 ． 非 充 分 采 动 时 ， 在地表下沉盆地倾斜主断面上 ， 实测地表最大 下沉 点 在 地 表 的投 影 点 至 采 空 区 中心 的连 线 与水平线在下山一侧 的夹角称为最大下沉角 ， 它 反映了煤层倾角和上覆岩性等 因素的综合影 响． 最 大 下沉 角是 岩层 移 动 的重 要 参 数之 一 ， 其 取值 1 上 山方 向移 动盆 地 的展 布 范 围 明显 大 于 下 山方 向 ， 工 作 面 上 方 集 中 了 7 5 ％ 的 地 表 沉 陷 量 ， 2 1 1 3工 作 面 虽 属 于 非 充 分 开 采 ， 但 沉 陷 盆 地 的移动 范 围并 未 明显 缩小 ， 这 有 利 于建 筑 物 下 煤 炭 资源 回采 ． 2 工作 面 的启 动距 为 2 8 0 m， 受关 键层 的控 制 ， 在整 个 观测过 程 中 ， 地 表始终 处 于缓慢 下沉 状 态 ， 且在 沉 降过程 中不存 在 下沉 突变点 ． 上覆 巨厚 砾 岩关键 层 可 以抽 象为 一端 固支 ， 一端 简支 的梁 ， 煤层采出后 ， 关键层不破断 ， 在其上覆岩层的载荷 和 自身重力作用下仅发生弯 曲沉降 ， 整个下沉盆 地偏 向上 山方 向 ． 3 下 沉速 度高 低 交错 变 化 的反 弹 将 导致 井 下采煤 工 作面 围岩应 力 的大 范 围突 然增 大 ， 这 种 反 弹的交 替 出现可 以作 为 冲击 地压 危 险的预报 信 2 ● 0 一 ．． p _1， 翳 一 7 0 8 河南理工大学学报 自然科学版 2 0 1 3年第 3 2卷 息 ． 当砾 岩下 沉速度 增大 时 ， 对 应 的回采工 作面 矿 震 发生 次数 明显 增 多 ， 上覆 巨厚 砾 岩层 的运 动 是 发 生矿 震 的主要力 源之 一． 4 走 向 、 下 山 和 上 山方 向 的 工 作 面 基 岩 移 动角 分 别 为 6 7 。 ， 6 0 。 和 7 3 。 ， 基 岩 边 界 角 分 别 为 5 1 。 ， 4 9 。 和 5 5 。 ， 松 散层 移 动角 为 4 2 。 ， 最 大下 沉 角 为 9 7 。 ． 参 考 文献 l 1 ] C U I X I N MI N，WA N G J I A C H E N，L I U Y I S H E N G ． Pr e d i c t i o n o f p r o g r e s s i v e s ur f a c e s u b s i de nc e a b o v e l o n g w a l l c o a l m i n i n g u s i n g a t i m e f u n c t i o n[ J ] ． I n t e r na t i o n a l J o u r n a l o f Ro c k Me c ha n i c s a nd Mi ni n g S c i e n e e ，2 0 0 1 ， 3 8 7 1 0 5 7 1 0 6 3 ． [ 2 ] I MB A B Y S S ．D y n a mi c s u b s i d e n c e p r e d i c t i o n o v e r l o n g w a l l mi n i n g i n A b u T a r t u r m i n e s [ J ] ． 1 n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f Ro c k Me c h a n i c s a n d Mi n i n g S c i e n c e s＆ Ge o me c h a n i c s ，1 9 9 6，3 3 8 1 6 1 1 6 6 ． [ 3 ] 李春意 ． 覆 岩与地表移动 变形演化规律 的预测理论 及实验研究 [ D] ． 北京 中国矿 业大 学地球 科 学与 测绘工程学 院， 2 O l 0 ． [ 4 ] 侯 志鹰 ． “ l一硬” 浅埋深开采覆岩活动及地表塌陷机 上接 第 7 0 2页 地 形迅 速抬 升 的山麓 冲洪积体 系 ． 3 早 古 近 纪 ， 由于 太 平 洋 板 块 向欧 亚 板 块 下俯冲， 沂沭断裂带和兰聊断裂均发生右行走滑， 包 括 蒙阴盆 地在 内 的鲁 西南沉 积 盆地古 近纪期 间 的发 展演化 过程都 受 到其走 滑活动 控制 ． 参考 文献 [ 1 ] 云金表 ， 庞庆山 ， 方德庆． 大地构造学 与中国区域地 质 [ M] ． 哈尔滨 哈尔滨工程大学出版社 ， 2 0 0 2 1 4 8 一 l 65． [ 2 ] 关绍曾 ， 庞其清 ， 萧宗 正． 鲁西南 莱芜 、