地表岩移实施方案

浅埋深大采高地表岩移规律研究

实施方案

承担单位：鄂尔多斯市转龙湾煤炭有限公司

协作单位：山东科技大学

项目负责人：张学相

起止时间：2017.4-2018.3

2017 年6 月12 日

目录

一、项目的必要性

（一）研发的必要性、目的及意义

1. 现状分析

2. 目的及意义

（二）国内外同类技术发展状况及发展趋势

1. 目前国内外同类技术发展状况

2. 发展趋势

二、研究开发内容

三、目标及主要经济技术指标

四、关键技术及创新点

五、项目技术路线

六、现有基础及技术条件

七、对安全、环境、健康的影响性分析

八、经济、社会效益分析

九、项目实施进度计划

十、经费概算

十一、项目负责人、项目组成员及分工

一、项目的必要性

（一）研发的必要性、目的及意义

1. 现状分析

转龙湾煤矿井田范围43.46Km²，主采煤层为II-3煤层，其平均厚度为4.3m，煤层厚度稳定，倾角较小（1~2°）,煤层埋深为200m左右。

根据钻孔资料显示，井田范围内，顶板岩性差异较大。目前23103、23102、23303工作面已回采完毕，23101、23302工作面正在进行回采。23103工作面由东华建设有限公司进行了首采面地表岩移观测，观测数据及相关参数已在报告中给出，通过该参数计算23102工作面地表各类数据与实测数据基本一致。但23303工作面通过实测发现，差异较大，通过分析认为，231采区各工作面顶板砂岩岩性相似，数据基本一致，但233采区与231采区顶板砂岩岩性差异较大，造成233采区预测与实测值差异性较大。

另外，通过转龙湾煤矿监测资料发现，矿井薄基岩浅埋深大采高开采覆岩形变、破断，地表移动规律以及显现特征与其它浅部开采矿井相比有明显的差异性，若仍以浅部开采沉陷预计理论指导转龙湾矿井各类建（构）筑物及井巷保护煤柱留设、开采损害评价等方面会出现较大误差，给安全生产带来不利影响。

因此，本课题正是针对龙湾矿井开采过程中地表沉陷变形存在的问题，在前期研究的基础上，对不同条件下（主要考虑松散层影响因素）开采覆岩应力、应变场演化规律、地表沉陷特征的特殊性进行研究，掌握采动覆岩体的运动规律，建立符合转龙湾开采的岩层及地表沉陷预测模型及参数求取方法，能准确预测地面沉降，并结合覆岩运移特征，提出适合转龙湾矿井工作面布置的设计方法，有效减少煤炭资源的滞留，降低地面沉降灾害的影响，为转龙湾矿井“三下”安全开采提供新的理论基础。

2. 目的及意义

本项目研究的目的在于：（1）通过对采动地表沉陷影响因素的分析，确定松散层、岩石力学性质对地表沉陷的影响规律；（2）通过地表移动变形观测的研究，确定相关的沉陷参数；（3）确定下沉数据与岩性的关系及动态下沉参数；（4）建立地表沉陷模型，进行地表沉陷预计；（5）研究地表移动变形规律，为沉陷治理提供依据。

课题研究研究成果不但对地表沉陷治理，防治沉陷事故具有指导意义，而且可以准确计算各类保护煤柱，节省资源，提高煤矿的经济效益，保证矿井的可持续发展。总之，该课题的研究，不论对企业发展还是对环境保护都具有十分重要的现实意义。

（二）国内外同类技术发展状况及发展趋势

1. 目前国内外同类技术发展状况

矿山开采沉陷学(也称岩层与地表移动)是研究开采沉陷及其引起的有关工程问题的一门学科。其主要研究内容包括:开采沉陷机理、岩层和地表移动规律、观测方法、预计方法、模拟方法研究等。作为工程应用，“三下一上”(建筑物下、铁路下、水体下、承压含水层上)采煤、井筒煤柱开采技术和保护措施等也是其研究的重要课题。

早在十九世纪中叶以来，由于采矿业的发展，采矿引起地表塌陷给地面建(构)筑物和农业带来严重损害，引起了人们的关注。最早的地表移动观测站建立于二十世纪初，从此开始对地表移动进行系统观测。

开采沉陷发展至今已有近170多年的历史了，可将其发展过程概括为三个阶段]，自1838年对比利时列口城下开采所引起的地表塌陷的认识开始到二战前夕属于开采沉陷的初步认识和研究阶段；二战以后至二十世纪60年代末期，属于

开采沉陷理论形成时期；二十世纪70年代至今为开采沉陷现代理论研究阶段。开采沉陷理论归纳起来主要有早期理论、几何理论、连续介质理论、非连续介质理论，以及开采沉陷预计方法等]。1949德国学者Niemczyk 出版了开采沉陷的第一本有代表性的著作《Bergschadenkunde 》，该书根据实测资料系统地分析了地表移动规律并用移动变形曲线表示。

(1)早期理论

1858年，以观测资料为基础，比利时人哥诺(Gonot)提出了“法线理论”，认为采空区上下边界开采影响范围可用相应点的层面法线确定。1876年，德国人依琴斯凯(Jicinsky)提出了“二等分线理论”。1882年，耳西哈教授提出“自然斜面理论”，与现在的移动角概念颇为相似，这是关于开采沉陷与岩性关系的最早研究成果。二十世纪二十年代，大规模地开展了水平移动观测，在此基础上，开采沉陷理论得到了发展，1923～1932年斯奇米茨(Sohmitz)、凯因霍斯特(Keinhost)和巴斯(R.Bal S)研究了开采影响的作用面积及分带，并提出了连续影响分布的概念。

(2)几何理论

1950年，波兰学者克诺特(Knothe)提出了几何理论，并选用高斯曲线作为影响曲线

⎥⎦

⎤⎢⎣⎡-=22γπχγωexp )x (f max 式中: γ—表示主要影响半径; max ω一表示最大下沉值。

布德雷克(Budryk)解决了克诺特提出的下沉盆地中的水平移动及水平变形问题，这一理论现在称为布德雷克一克诺特理论。

(3)非连续介质理论