煤矿采空区地面塌陷预测方法探讨_毛歆燕

预计法预测全区叠加的平均沉降值为 2 706 mm、 水
根据表 3 参数及 “三下” 规程[3]中所列计算公式，
2 预测结果分析
①从表 2 可以看出， 在进行缓倾 （＜15ʎ） 煤层采 空区塌陷预测时， 地表移动和变形预计法与地表移 动角量参数法的预测结果非常接近， 说明采用哪一
表 3 主要参数计算值一览表
文章编号:1674-1803(2015)03-0043-03
doi:10.3969/j.issn.1674-1803.2015.03.10
第 27 卷 3 期 2015 年 3 月
中 国 煤 炭 地 质
COAL GEOLOGY OF CHINA
Vol.27 No.03 Mar. 2015
煤矿采空区地面塌陷预测方法探讨
90（0.5～0.6）
66.5
计算得出煤层 （8 煤） 开采后地面沉降、 倾斜、 移动和 变形的预测值， 见表 2。
来的结果非常接近。
根据表 2 计算结果可以看出， 两种方法预测出
表 2 地面沉降、 倾斜、 移动和变形预测值
沉降值/mm 倾斜值/mm㊃m-1
1.7～53.4 18.9 1.9～58.9 20.9
1.2 倾斜 （15°ɤα<75°） 煤层采空区地面塌陷预 测 以肃北县牛圈子四号煤矿为例进行预测。牛圈 子四号煤矿为 15ʎ ＜α ＜75ʎ 的倾斜煤层， 上覆岩层 类型为软弱， 岩性主要为砂岩， 天然抗压强度约为
10MPa ， 平均开采煤层埋深为 123m， 其中 A 煤层倾 角为 58ʎ ， B 煤层倾角为 66ʎ 。查算出采用地表移动 和变形预计法及角量参数法的有关参数， 见表 3。 计算出煤层开采后全矿井地面沉降、 倾斜、 移动和变 形预测值， 见表 4。 根据表 4 结果可以看出， 采用地表移动和变形
dipping and dipping coal seams surface subsidence prediction respectively. Through comprehensive analysis of predicted results, con⁃ face movement and deformation estimating method suitable for dipping coal seam prediction that will provide scientific basis for same kind coalmines mined-out area surface subsidence prediction henceforth. Keywords: coalmine mined-out area; surface subsidence; prediction method; result analysis
2. Gansu Nonferrous Engineering Exploration and Design Research Institute, Lanzhou, Gansu 730000)
hazard control in reason. Taking the Huaneng Xinzhuang, Subei County Niujuanzi No.4 coalmines as study targets, the paper uses sur⁃
1080～7100 4300 60～7530 3050 1140～146530 7350 1140～146530 7350
开采厚度/mm
410～52722 2645
449～2950 1787 19～2402 973 420～53946 2706
Abstract: Although the coalmine mined- out area surface subsidence hazard prediction assessment has limitations, but according to conditions of coal seam buried depth, overburden thickness and engineering geological condition etc. to select empirical data carry out prediction in advance can study environmental impacts from coal mining quantitatively, thus can provide with practical significance in face movement and deformation estimating method, surface movement angle measure parameter method respectively carried out gently
第 27 卷
序号 1 2 3 4 5 6
参数 下沉系数 主要影响角正切 水平移动系数 b 影响传播角（ / ʎ） 拐点偏移距 S/m 影响半径 r/m
经验取值(强度＜30MPa) 参数值 2.41～3.54 0.2～0.3 0～0.07 0.85～1.0 0.85 2.41 0.3 87
394.19
曲率 10-3/mm㊃m-2
6.03～187.86 66.55 7.29～227.04 80.43
745～23209 8222
231.52～7211.20 2554.57
水平移动值/mm
水平变形/mm㊃m-1
0.83～25.38 8.99 0.86～26.85 9.51
223.55～6962.95 2466.63
Table 2 Predicted values of surface subsidence, sloping, movement and deformation 预测方法 地表移动和变形 预计法 地表移动范围角 量参数法 平均开采厚度/mm
880～27410 9710 880～27410 9710 740～23046 8164
1 采空区塌陷预测
1.1 缓倾α＜15°煤层采空区地面塌陷预测 以华能新庄煤矿为例进行预测。华能新庄煤层 平均倾角为 5 ʎ ， 属缓倾煤层， 平均开采煤层埋深 H0
作者简介： 毛歆燕 （1972—） ， 女， 陕西勉县人， 高级工程师， 从事工程 地质工作。 收稿日期： 2014-11-24 责任编辑： 樊小舟
二级以上的矿山采空区需要进行定量分析， 为矿山 地质环境保护及防治工作提供科学依据。 地面变形是地面塌陷的主要破坏形式。影响地 表变形的因素主要有矿层、 岩性、 松散堆积物、 构造、 [2] 地下水及开采条件等因素 。采煤塌陷区土地破坏 面积和破坏程度一般采用地表移动和变形预计法及
地表移动范围角量参数法进行预测， 但这两种方法 在进行预测时各有优缺点。本文通过调查和收集华 能新庄、 肃北县牛圈子四号煤矿的矿山资料， 采用地 表移动角量参数法、 地表移动和变形预计法分别进 行预测， 确定地面塌陷的影响评估范围， 通过对两种 预测方法结果的分析比较， 为今后类似煤层的采空 区地面塌陷预测提供一些建议和帮助。
为 950 m， 上覆岩层类型为中硬-软弱， 主要为砂岩， 天然抗压强度约为 30 MPa， 查算出采用地表移动和 变形预计法及地表移动范围角量参数法的有关参 数， 见表 1。 根据表 1 参数及 “三下” 规程[3]中所列计算公式，
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中 国 煤 炭 地 质
表 1 主要参数计算值一览表
Table 1 Data sheet of main parameter computed values 地表移动和变形预计法 计算公式 参照 “三下” 规程中附表 5-2[3]取经验值 为水平煤层开采时地表的水平移动系数， 一般取 0.3 0.1 P=0.788， 取决于覆岩岩性及厚度 参数值 0.844 431.82 0.3129 86.6 95 2.2 角量参数法
3期
毛歆燕， 等： 煤矿采空区地面塌陷预测方法探讨
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表 4 地面沉降、 倾斜、 移动和变形预测值
Table 4 Predicted values of surface subsidence, sloping, movement and deformation 预测方法 煤层 A煤 地表移动和变 形预计法 B煤 全区叠加 地表移动范 围角量参数法 全区叠加
平移动值为 1 244.48mm， 与采用地表移动角量参数 法预测的非常接近； 但是采用地表移动和变形预计 法预测全区叠加的平均倾斜值为 48.4mm/m、 曲率为 -3 2 水平变形为 33.83mm/m， 而地 1 315.79ˑ10 mm/m 、 表 移 动 角 量 参 数 法 预 测 的 分 别 为 23.7mm/m、 322.87ˑ10-3mm/m2、 18.61mm/m， 差距非常大。
毛歆燕 1， 侯军林 2
（1.甘肃煤田地质研究所， 甘肃 兰州 730000； 2.甘肃有色工程勘察设计研究院， 甘肃 兰州 730000） 摘 要： 采空区地面塌陷危险性预测评估虽然具有局限性， 但根据煤层埋深、 覆岩厚度、 工程地质条件等选取经验数 据进行先期预测， 可以定量地研究煤层开采对环境造成的影响， 对合理进行灾害防治具有实际意义。本文以华能 倾煤层、 倾斜煤层进行采空区地面塌陷的预测， 通过对预测结果的综合分析， 得出宜采用地表移动角量参数法预测 缓倾煤层， 采用地表移动和变形预计法预测倾斜煤层， 为今后类似煤矿采空区地面塌陷预测提供科学依据。 关键词： 煤矿采空区； 地面塌陷； 预测方法； 结果分析 中图分类号： P642.26 文献标识码： A 新庄、 肃北县牛圈子四号煤矿为研究对象， 分别运用地表移动和变形预计法与地表移动范围角量参数法,分别对缓
sidered that the surface movement angle measure parameter method is suitable for gently dipping coal seam prediction; while the sur⁃
Байду номын сангаас
0 引言
地面塌陷是指地表岩、 土体在自然或人为因素 作用下向下陷落， 并在地面形成塌陷坑 （洞） 的一种 地质现象。由于采矿引起的采空区塌陷是一项主要 的矿山环境地质问题， 《矿山环境保护与综合治理方 [1] 案编制规范》 （DZ/T 223-2007） 要求对评估精度在
Table 3 Data sheet of main parameter computed values 序号 1 2 3 4 5 6 参数 下沉系数 主要影响角正切 影响半径 r/m 水平移动系数 b 影响传播角（ / ʎ） 拐点偏移距/m 软弱覆岩的拐点偏移距为 0.358H 地表移动和变形预计法 计算公式 P=0.6684， 取决于覆岩岩性及厚度 参照 “三下” 规程中附表 5-2[3]取经验值 参数值 0.7842 2.2 55.91 0.4496 0.4703 68.24 73.68 88.07 44.03 0 0.1H 0.25+0.0043 角量参数法 计算公式 0.6+0.12lnn， n 为回 采分层数， 取4 参数值 0.7664 1.16 106.03 117.14 0.4994 0.5338 64.36 75.72 24.6 12.3 0 1.05 备注 / A 煤层， 倾角 58ʎ A 煤层， 倾角 58ʎ A 煤层， 倾角 58ʎ A 煤层， 倾角 58ʎ B 煤层， 倾角 66ʎ / / / B 煤层， 倾角 66ʎ B 煤层， 倾角 66ʎ B 煤层， 倾角 66ʎ
Discussion on Coalmine Mined-out Area Surface Subsidence Prediction
(1. Gansu Coal Geological Research Institute, Lanzhou, Gansu 730000;
Mao Xinyan1, Hou Junlin2