条带开采地表移动变形预计计算方法的分析

表2　确定的3_煤层岩层移动计算参数

表3　31402工作面条带开采后地表的移动变最大预计值

表4　条带采留宽度的数值及煤柱安全系数

表5　福利院下采煤工作面条带开采后地表的移动变形最大预计值

　　（1）

式中　maxM_x、maxM_y ——层面最大弯距值；
　　　β、β₁——系数；
　　　q——层面所受载荷；
　　　b——条带开采宽度。
3.2.2　层面最大拉应力的计算

　　（2）

式中　h——关键层厚度。
3.2.2　关键层长期稳定性的判定
　　上石盒子组的粗砂岩的单轴抗拉强度为1.95MPa，当采留比b/a＞1时，因maxσ_x＜ησ_mt成立（η—节理影响系数，取为0.2），从而可判定在采留比为100∶60时该岩层可形成托板（梁），从而控制上覆岩层的下沉。由此可知岱庄矿条采后其地表下沉变形量小的原因是由于上覆岩层中形成了关键层而有效地控制了地表的移动和变形。
3.3　地表最大下沉量合理预计方法的探讨
　　文献［1］介绍了条带开采情况下的三种预计方法：理论计算法、经验公式法和简化公式法。
3.3.1　理论计算法
　　条带开采后其顶板将垮落、断裂，但传播至关键层时，关键层将处于悬空稳定状态，其自身及其上方直到地表的岩层的重量将向四周转移，由其下覆与它保持接触的岩体（条带煤柱正上方的岩体）和边界煤岩体来承担。下覆煤岩体由于侧向应力解除和垂直应力增加使其产生压缩变形，并且托板（关键层）弯曲，从而导致覆岩下沉。而地表的最大下沉量W_max是由煤柱压入地板量w₁、煤柱压缩量w₂、岩柱压缩量w₃、承重岩层压缩量w₄和托板挠度所组成。在岱庄条带开采中，由于煤层底板岩石强度大于煤体强度，故w₁＝0，而

　　（3）

式中
　　m——采厚；
　　h₁——岩柱厚度；
　　h₂——承重岩层厚度；
　　E_m——岩体的弹性模量；
　　σ_zo——煤柱核区中心应力；
　　σ_v——岩体中部的垂直应力。
故
　　W_max=w₁+w₂+w₃+w₄+w₅=0.0897 m。
　　计算出的地表最大下沉量与实测的地表下沉量（47mm）基本相符。
3.3.2　经验公式法
　　作者利用曲线拟合求参的方法求出了31402工作面采留比为100∶60时的概率积分法的各项预计参数，但用于福利院下采留比为50∶40的条采预计时则又出现较大的偏差。由此可看出经验公式法即使在同一采矿地质条件下，由于采留比的不同也会出现很大的偏差。

4　结　论
　　a　条带开采时由于煤层上覆岩层的性质不同，其岩层及地表移动机理有很大的不同。一般来讲当上覆岩层为软岩或不存在关键层时，用概率积分法来预计其地表移动变形是可行的，最好应有本矿的实测参数。
　　b　在条带开采中，当上覆岩层中存在关键层时，则其上覆岩层的移动变形规律不同于一般情况。此时地表移动变形很小，因此只预计其地表最大下沉值即可，预计时采用文献［2］所介绍的方法更为有效。
　　c　关键层的存在，为实现宽条带采煤提供了有利的条件。如在岱庄煤矿其采留比可达100∶60，此时地表移动变形值远小于建筑物的Ⅰ级破坏标准，并且地表无波浪状出现。

* 煤炭留学基金资助项目

作者简介：于胜文，留俄博士，主要从事工程测量、变形监测与分析教学、科研工作。

作者单位：于胜文　郑文华　姜　岩　（山东矿业学院）
　　　　　王方缓　（山东　岱庄生建煤矿）
　　　　　孙德刚　（山东　肥城矿业集团公司）

参考文献

1　何国清，杨伦等.矿山开采沉陷学.中国矿业大学出版社，1991
2　吴立新，王金庄等.建（构）筑物下压煤条带开采理论与实践.中国矿业大学出版社，1994年