河下开采时地表变形的研究

摘要　本文结合徐州坨城煤矿在大运河下采煤的实测资料，系统地研究了水体下采煤时地表及河床河堤的移动规律，获得了各类变形参数并取得了显著的经济效益。
关键词　水体下采煤　地表移动

1　采矿地质条件
　　徐州坨城煤矿4204工作面位于该矿北四采区东侧第二阶段第二工作面，属于石盒子组（夏桥系）2煤层。2煤层上覆岩层主要由砂质页岩、泥岩、页岩及砂岩组成，岩石平均硬度Ⅲ级，抗压、抗剪能力不强，覆岩属性偏软。
　　地面有两条相通的南北走向的大运河与顺堤河及运河大堤见附图，其余为农田。地面平均标高为＋33．5m，第四系冲积层厚度为60m。

附图　井上下对照图

　　4204工作面材料道标高－136m，溜子道标高－179m～－240m，走向长380m，倾向长70～178m，煤层倾角37°，煤厚1.2m，局部因受断层影响，煤层变薄到0.4m，开采深度－210m。工作面属单向（倾向）非充分采动，根据坨城矿生产计划，4204工作面于1994年9月开始回采，平均推进45m／月。根据坨城矿的地质采矿条件和具体情况，确定4204工作面布置的基本原则是保护运河大堤在开采后的最大下沉量不超过100mm，大堤不能出现可能危及安全的变形和裂缝，确保运河水体和第四系含水层水不能涌入矿井而影响安全，并尽可能多采出煤炭。故采煤方法采用走向长壁炮采，顶板管理采用全部垮落法。
　　4204工作面上方为4202工作面，已于1992年10月回采完毕，属单向（倾向）非充分采动，基本稳定。在其西侧有4203工作面，已于1992年4月回采完毕，与其相隔一主、副上山煤柱120m。

2　观测站的设计和建立
　　观测站设计所用的参数选自《煤矿测量规程》及徐州西部矿区岩层移动角参数成果，具体参数为：冲积层移动角φ＝40°，基岩移动角γ＝δ＝70°，β＝70°－0．8α＝45°，最大下沉角θ＝90°－0．6α＝68°，根据煤层倾角及采深，查得修正值Δβ＝12°，Δγ＝Δδ＝20°，点间距为20m，工作点数为62个，观测线控制点8个，共埋设测量点70个。
　　4204地表移动观测站于1994年7月建立，按设计要求共埋设观测点70个，分别布置在两条倾斜线和一条走向线上。

3　地表移动变形的观测过程
　　4204观测站野外观测历时一年半，共进行全面测量2次，水准测量12次。首次全面控制测量于1994年9月进行，按5^″光电闭合导线要求施测，实际精度指标为：f_β＝17^″；相对闭合精度达1／65000；1996年3月进行末次全面测量，按同精度（5^″）附合至两端控制点，其附合相对精度分别达1／53000、1／26000；观测点点间距离丈量采用50m比长钢尺按“三架法”往返悬空丈量并附合至两端控制点上，各观测点距离经各项改正后投影至相应观测线方向上。首末两次高程控制均组成闭合环，按三等水准要求测量，日常高程测量按四等水准测量要求施测并附合至各控制点，现场及时进行闭合检查，发现问题当场解决。各控制点最终高程是采用多次不同精度的观测数据统一进行平差，求出最或是高程，作为计算每次观测点高程的依据。
　　最终地表移动和变形曲线的分布形态根据实测资料绘出走向、倾向观测线实测最终地表移动和变形分布曲线，地表移动最大值及其出现位置见表1。

表1