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采煤塌陷区塌陷面积的预测方法与分析


第1期 1999 年 2 月

采煤塌陷区塌陷面积的预测方法与分析
马 超 何万龙 康建荣 ( 太原理工大学)

摘要 本文在煤矿开采沉陷理论的基础上, 导出了塌陷面积和万吨塌陷亩数的通用计算公式, 同时, 关键词 塌陷区 塌陷面积 预测与分析

对影响塌陷面积的主要因素进行了深入分析, 从而为煤矿塌陷区面积的

预测和计算提供了理论依据。

1 万吨塌陷面积的计算公式 111 按长圆形计算

如图 1 所示, 设地面平坦, 采空区为长壁大冒顶

矩形采区, 采区倾向长为 L 0 , 走向长为 S 0; L 0 和 S 0

在平面图上的投影长度分别为 a 和 b。 开采边界为 由地表塌陷角 Β Χ和 ?圈定的地 、 ABCD , 其面积为 F。 表塌陷范围 a 1 a 2 b 1 b 2 c1 c2 d 1 d 2 可近似视为由直线和圆 米, 面积 F 的单位为亩, 则煤层开采面积 F 为: a ?b ( 1)    F = L 0 ?S0 = ?10- 6    (km 2 ) co sΑ 长圆形的地表塌陷面积 F ′ 可满足工程需要的近似计 算公式为:   F = [ (a+ 2d ? (    +
( 2) 2bd ? Π 或 F ′ [ (F + 2 (d Β+ d Χ) + = + [ (d ?+ d Β) 2 + co sΑ 8 ( 3)     (d ?+ d Χ) 2 ] ?0. 0015 ( 亩)

弧组成的长圆形, 设其面积为 F ′取 a, b 的单位为 ,

层中应用条带法开采是基本可行的。 在无须支付或 少量支付维修费用的情况下, 解放了该块压煤, 增加 该矿下一步的开采设计以及该地区类似条件下进行 采煤提供了宝贵的实践经验。

产值 800 多万元, 基本上达到了预期的目的。同时为

b  鉴于在条带开采实践中遇到的走向条带煤

柱易片帮、 塌落等不利因素, 在进行条带开采设计 中, 将走向条带开采改为倾斜条带开采, 进一步优化 开采参数, 提高煤柱稳定性及回采率。

c  在确定条带开采尺寸时, 应结合煤层软而

厚, 易片帮、 易塌落的特点, 将煤层由于片帮塌落对 条带煤柱尺寸的影响考虑进去。现场观测表明: 该区

( 收稿日期: 1998 年 3 月 4 日)     域的煤层塌落角为 60° 65° ~ 。 ? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net

Π ( [ d ?+ d Β) 2 - (d ?+ d Χ) 2 ] ?10- 6 (km 2 ) 8

b + d Β+ d Χ) - 2d ? (d Β+ d Χ) + co sΑ

   矿 山 测 量             N o. 1                      I E SU RV EY I G            Feb 11999      M N N
图 1 采煤塌陷面积计算示意图   参 考 文 献 〔〕 1 何国清等编 1 矿山开采沉陷学 1 江苏: 中国矿业大学出 〔〕 2 原煤炭工业部制定 《建筑物、 水体、 铁路及主要井巷煤柱 〔〕 3 沈光寒等编著 1 矿井特殊开采的理论与实践 1 北京: 煤   作者简介 郭文兵, 男, 1969 年生, 讲师, 硕士, 现在焦 余篇。 作工学院从事 “三下” 采煤的科研、 教学工作, 曾发表论文 10 炭工业出版社, 199215 版社, 199416

式中 Α为煤层倾角, d Β d Χ d ? 分别为走向、 、、 倾向下山 和倾向上山主断面开采边界至塌陷边界的水平距 离, 可按下式计算:    d ?= H ctg ?  d Β= H x ctg Β  d Χ= H sctg Χ ; ; 般平地按移动角, 山区按裂缝角取值。
= ? d ?= d Β= d Χ= H ctg ?= d, 则有 ; ( 4)

式中 ? Β Χ分别为走向、 、、 下山、 上山地表塌陷角, 一    F 0 = a ?b
( 5)

留设与压煤开采规程》 北京: 煤炭工业出版社, 1986111 1

当开采煤层为水平时, Α 0; H x = H s = H Z; Β Χ = =

16

              矿 山 测 量             1999 年 2 月
( 6) abc Χ M ) ?10- 4   ( 万 t ) ( 8)    Q = ( co sΑ 因而采出万吨原煤的地表塌陷亩数 ( 简称万吨塌陷

  F ′ [a ?b+ 2 ( a+ b ) d+ Π 2 ] ?10- 6 (km 2 ) d 0=

2

( 7)   F 0 = [F + 2 ( a+ b ) d+ Π ] ?0. 0015 ( 亩) d 设 煤炭采出量为 Q ( 万 t ) , 采高为 M (m ) , 煤的容重

为 Χ( t m 3 ) , 回采率 为 c, 则
15{

率或万吨塌陷亩数) P 应为

     P = 或

15{

      P = 或

F + 2bd ? + a (d Β+ d Χ) + 0. 125Π 2d ? (d ?+ d Β+ d Χ) + d 2 + d 2 ]} [ Β Χ co sΑ ( 11)       P =    ( 亩 万吨) abc Χ co sΑ M 当开采水平煤层时, 万吨塌陷亩数 P 0 可表示为 地表塌陷面积 F ′ 亦可近似地按椭圆面积计算, 15{ 15[ab+ 2 (a+ b ) d+ Π 2 ] ( d   亩 万吨) ( 12) abc Χ M 2 15[F + 2 (a+ b ) d+ Π ] ( d 或 P 0 =   亩 万吨) ( 13) abc Χ M 112 按椭圆面积计算

  P 0 =

Π ( b ( 15) [ F + 2d ? ( + d Β+ d Χ) + a (d Β+ d Χ) ] ?0. 0015    (km 2 ) 4 co sΑ 则万吨塌陷亩数 P ′ 可表示为: b 15Π (a+ 2d ?) ( [ + d Β+ d Χ) ] co sΑ ( 16)       P ′ =      ( 亩 万吨) 4abc Χ co sΑ M b 15Π + 2d ? ( [F + d Β+ d Χ) + a (d Β+ d Χ) ] co sΑ ( 17) 或     P ′ =     ( 亩 万吨) 4abc Χ co sΑ M 当开采煤层为水平时, 则有 为平地, 覆岩为中硬, 用长壁大冒顶方法开采, 取单 Π ( 位开采厚度M = 1m , 煤的容重 Χ 1. 4, 采区回采率 c =    F ″ [ a+ 2d ) (b+ 2d ) ] ?10- 6   (km 2 ) 0= 4 = 70% , 然后以不同的开采长度 ( a ) 、 宽度 ( b ) 构成的 ( 18) 开采面积 ( F = a ?b ) , 不同的采深 (H ) 及其相应的地 Π 或  F ″ [F + 2 ( a+ b ) d+ 4d 2 ] ?0. 0015  ( 亩) 0= 表塌陷角 ?, 按上述长圆形算式 [ 式 ( 6 ) 、 ( 7 ) 、 式 式 4 或     F ′ =
( 19)

因而此时的万吨塌陷亩数 P 0 可表示为:

F ″ 15Π (a+ 2d) (b+ 2d) ] [ ( 亩 万吨)    P ′ = 0= Q 4abc Χ M


15Π + 2 (a+ b) d+ 4d 2 ] [F ( 亩 万吨) ( 21) 或  P 0 = 4abc Χ M 2 算例分析与对比 211 算例

为了分析以上导出的计算公式中各参量对计算

结果的影响并验证计算结果的正确性, 采用以下算

例进行分析对比: 假定开采煤层为水平 ( Α 0 ) , 地面 =

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ab+ 2bd ? + a (d Β+ d Χ) + 0. 125Π (d ?+ d Β) 2 + (d ?+ d Χ) 2 ]} [ co sΑ    ( 亩 万 t ) abc Χ co sΑ M


( 9)

F + 2bd ? + a (d Β+ d Χ) + 0. 125Π (d ?+ d Β) 2 + (d ?+ d Χ) 2 } [ co sΑ    ( 亩 万吨) abc Χ co sΑ M ( 20)

( 10)

此时 F ′ 可表示为: Π ( b    F ′ = [ a+ 2d ?) ( + d Β+ d Χ) ] ?10- 6 4 co sΑ (km 2 )      ( 14) 塌陷面积 ( 见表 3) 。
212 算例分析与对比

( 12 ) ] 和椭圆形算式 [ 式 ( 18 ) 、 ( 19 ) 、 ( 21 ) ] 分别 式 式

计算其塌陷面积 F ′ ( 陷开) 采面积比 (F ′ ) 和万吨 塌 F 塌陷亩数 ( 见表 1 和表 2) 。再以采深 H = 200m , 开采 面积 F = 20km 2 , 按长圆形公式算出的单位开采厚度 万吨塌陷面积 ( P 0 = 16. 211 ) 为例, 计算不同开采厚

度 (M ) , 不同煤层容重 ( Χ) 和不同回采率 ( c ) 的万吨 由表 1 表 3 计算结果分析对比可以看出: ~ 别是当开采面积 ( F ) 等于或大于 1km 2 时, 塌陷和开

( a ) 按椭圆形公式计算的塌陷面积 ( F ′偏小, 特 )

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第 1 期          马超等: 采煤塌陷区面积的预测方法与分析          17 表 1 中硬覆岩水平煤层采厚 1m 地表塌陷面积预测参考值     ( 按长圆形公式计算)
开采面积
F km
2

开采长度 开采宽度 开采深度 塌陷角 开采厚度 塌陷面积 塌采面
a m 500 400 500 400 1000 2500 1000 1000 2500 1000 1000 2000 1000 2000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 b m 200 250 200 250 500 200 500 500 200 1000 1000 500 1000 500 2000 2000 2000 2000 4000 4000 4000 4000 H m 100 200 300 400 100 100 200 300 400 100 200 200 300 400 100 200 300 400 100 200 300 400

塌陷 亩数 亩
233 297 333 311 920 1051 1062 1113 1345 1725 1909 2007 1975 2052 15771 16384 16598 16505 30988 31774 32046 31928

原煤 产量 万吨 918 918 918 918
49 49 49 49 49 98 98 98 98 98 980 980 980 980 1960 1960 1960 1960

万吨塌陷 面积 P 0 亩 万t 231742 301267 341025 311732 181766 211450 211680 221713 171444 171598 191488 201482 201155 201943 161092 161719 161936 161841 151811 161211 161350 161290 亩 万t
181784 241208 271300 251436 141774 161874 171115 171953 211657 131835 151349 161130 151887 161500 121640 131135 131307 131232 121418 121735 121844 121796

附 注

开采面积
F km 2

附 注

? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.

1010 2010 1010 2010 011 015 110

表 2 中硬覆岩水平煤层采厚 1m 地表塌陷面积预测参考值     ( 按椭圆形公式计算)
开采长度 开采宽度 开采深度 塌陷角 开采厚度 塌陷面积 塌采面
a m 500 400 500 400 1000 2500 1000 1000 2500 1000 1000 2000 1000 2000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 b m 200 250 200 250 500 200 500 500 200 1000 1000 500 1000 500 2000 2000 2000 2000 4000 4000 4000 4000 H m 100 200 300 400 100 100 200 300 400 100 200 200 300 400 100 200 300 400 100 200 300 400

011 015 110

70 72 76 80 70 70 72 76 80 70 72 72 76 80 70 72 76 80 70 72 76 80

煤的容重 Χ 1. 4t m 3 , 采区回采率 c= 70% =
70 72 76 80 70 70 72 76 80 70 72 72 76 80 70 72 76 80 70 72 76 80

? ?

M m 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 M m 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110

F′ km 01155 01198 01222 01207 01613 01701 0. 708 01742 01896 11150 11273 11338 11317 11368 101514 101923 111065 111003 201659 211183 211364 211285 F′ km 2 161227 161640 161783 141720 01123 01158 01178 01166 01483 01551 01599 01587 01707 01904 11003 11054 11038 11078 81258 81582 81694 81645
2

积比
F ′F 11550 11977 21220 21070 11227 11401 11416 11484 11793 11150 11273 11338 11317 11368 11051 11092 11106 11100 11033 11059 11068 11064

°

塌陷 亩数 亩
184 237 268 249 724 827 839 980 1061 1356 1504 1581 1557 1617 12388 12873 13041 12968 24340 24960 25174 25081

原煤 产量 万t
918 9. 8 918 918 49 49 49 49 49 98 98 98 98 98 980 980 980 980

万吨塌陷 面积 P 0

积比

°

F ′F

煤的容重 Χ 1. 4t m , 采区回采率 c= 70% =
3

11227 11582 11784 11662 01966 11102 11118 11173 11415 01904 11003 11054 11038 11078 01826 01858 01869 01865 01811 01832 01839 01836

1960 1960 1960 1960

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18

              矿 山 测 量             1999 年 2 月 表 3 中硬覆岩水平煤层开采万吨塌陷面积 ( P 0 ) 参考值
( 按长圆形公式, 采深 H = 200m , 开采面积 F = 20km 2 )     

容重 回采率 Χ
% 0. 50 0. 60 0. 70 0. 80 0. 90 0. 95 0. 50 0. 60 0. 70 0. 80 0. 90 0. 95 0. 50 0. 60 0. 70 0. 80 0. 90 0. 95 1 23. 538 19. 615 16. 811 14. 710 13. 076 12. 387 22. 695 18. 918 16. 211 14. 185 12. 609 11. 944 21. 917 18. 254 15. 652 13. 695 12. 714 11. 533 2 11. 7 9. 81 8. 41 7. 36 6. 54 6. 20 11. 3 9. 46 8. 1 7. 10 6. 31 5. 97 10. 9 9. 13 7. 83 6. 85 6. 09 5. 77 3 7. 85 6. 54 5. 61 4. 90 4. 36 4. 13 7. 57 6. 31 5. 40 4. 73 4. 20 3. 98 7. 31 6. 08 5. 22 4. 57 4. 06 3. 84 4 5. 89 4. 91 4121 3. 68 3. 27 3. 10 5. 68 4. 73 4. 05 3. 55 3. 15 2. 99 5. 48 4. 56 3. 91 3. 43 3. 04 2. 88 5 4. 71 3. 92 3. 37 2. 94 2. 62 2. 48 4. 54 3. 78 3. 24 2. 84 2. 52 2. 39 4. 38 3. 65 3. 13 2. 74 2. 43 2. 31

开 采 厚 度  (m ) M
6 3. 92 3. 27 2. 80 2. 45 2. 18 2. 07 3. 78 3. 15 2. 70 2. 37 2. 10 1. 99 3. 65 3. 04 2. 61 2. 28 2. 03 1. 92 7 3. 36 2. 80 2. 40 2. 10 1. 87 1. 77 3. 24 2. 70 2. 32 2. 03 1. 80 1. 71 3. 13 2. 61 2. 24 1. 96 1. 74 1. 65 8 2. 94 2. 45 2. 10 1. 84 1. 64 1. 55 2. 84 2. 37 2. 03 1. 77 1. 58 1. 49 2. 74 2. 28 1. 96 1. 71 1. 52 1. 44 9 2. 62 2. 18 1. 87 1. 63 1. 45 1. 38 2. 52 2. 10 1. 80 1. 58 1. 40 1. 33 2. 44 2. 03 1. 74 1. 52 1. 35 1. 28 10 2. 35 1. 96 1. 68 1. 47 1. 31 1. 24 2. 27 1. 89 1. 62 1. 42 1. 26 1. 19 2. 19 1. 82 1. 56 1. 37 1. 22 1. 15 11 2. 14 1. 78 1. 53 1. 34 1. 19 1. 13 2. 06 1. 72 1. 47 1. 29 1. 15 1. 09 1. 99 1. 66 1. 42 1. 25 1. 11 1. 05 12 1. 96 1. 65 1. 40 1. 23 1. 09 1. 03 1. 89 1. 58 1. 35 1. 18 1. 05 1. 00 1. 83 1. 52 1. 30 1. 14 1. 01 0. 96 13 1. 81 1. 51 1. 29 1. 13 1. 01 0. 95 1. 75 1. 46 1. 25 1. 09 0. 97 0. 92 1. 69 1. 40 1. 20 1. 05 0. 94 0. 89

采面积之比小于 1。 这在一般情况下显然是不合理 的。 产生这种情况的原因主要是椭圆形主断面两侧 收敛过快, 开采面积较大时, 由塌陷角圈定的面积增 量与开采面积相比所占的份额很小, 因此, 椭圆形公 式一般只适用于 015km 2 以下和狭长形采区 ( a b > 10) 的塌陷面积计算, 对于面积大于 1km 2 的采区应 采用长圆形公式计算。
) (b ) 地表塌陷面积 ( F ′是开采面积 ( F ) 与周围由

~ F ′ ) 随开采面积的增大而减小, 当采深为 100 F

塌陷边界圈定的塌陷面积增量 ( ? F ) 之和。 因而, 塌 陷面积的主体部分是开采面积, 其次为采区周围的 塌陷增量面积。 开采面积的大小显然主要与矿区的 的厚度和层数有某种反比函数关系。 而塌陷面积的 开采时间和原煤产量有某种函数关系; 与开采煤层 增量则在一定范围内随采深 (H ) 的增大而减小。 即 塌陷面积增量 ( ? F ) 正比于 d= H ctg ? 。由沉陷观测资 料分析可知, 当采深小于安全开采深度时, 移动角或 裂缝角随采深的增大略有减小, 如表 1 所示, 因而在 一定采深范围内, 塌陷面积增量随采深的增大而增 之增大, 因而 d 值反而可能略有减小, 故塌陷增量面 积不可能总是随采深呈线性增长 ( 见图 2) 。
( c) 地表塌陷面积与开采面积之比 ( 简称塌采比

大, 但采深当增大到一定范围时, 由于塌陷角 ?也随

1135 1140 1145

) 图 2 塌陷面积 ( F ′与采深 (H ) 及

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400m , 开 采 面 积 在 011~ 30km 2 时, 其 值 变 化 在 11062 2. 220 之间, 但对于同一开采面积来说, 采塌 ~

比的变化较小, 因而采塌比可以作为衡量塌陷状况
)。 比大致估算地表塌陷面积 ( F ′

的一个重要参数, 即已知开采面积 ( F ) 时, 可用采塌
( d ) 影响地表塌陷面积和塌采比的主要因素除

开采面积 ( F ) 、 采深 (H ) 和塌陷角 ( ?) 之外, 还有采区 的形状。由表 1 和表 2 可知, 狭长采区的塌陷面积和 塌采比比方形采区略大一些, 且开采面积愈小, 其增 大 比 例 愈 大, 在 上 述 计 算 范 围 内, 其 增 大 幅 度 为
110%~ 14% ( 见图 3) 。 此外还应指出的是: 在开采面

积相同的情况下, 如开采厚度增加, 地表塌陷面积和 角) 随着采厚的增加略有减小。

塌采比也将略有增加, 因为塌陷角 ( 移动角或裂缝

移动角 ( ?) 相关曲线

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第 1 期          马超等: 采煤塌陷区面积的预测方法与分析          19

图 3 塌采比 ( F ′F ) 与开采宽长比 (b a ) 、 面积
( F ′及采深 (H ) 相关曲线 )

井, 一般矿井回采率在 55%~ 70% 之间; 采区回采率 大致在 70%~ 80% 之间; 工作面回采率大致在 80% ~ 95% 之间。其中薄煤层和中厚煤层回采率较高, 厚 煤层回采率较低, 而放顶煤一次采全高的回采率可 能更低一些。 由表 3 可知, 当煤层容重相同, 回采率 由 50% 增加到 95% 时, 相同采厚的万吨塌陷面积约 降低 90% , 即万吨塌陷面积的降幅比回采率的增幅 约大一倍。一般情况下, 如果以矿为单位计算万吨塌 陷面积, 国有煤矿的矿井回采率大致在 55%~ 70% 之间, 即其幅度大约为 15% , 因而相应的万吨塌陷面 积变化幅度大约在 30% 左右 ( 见图 6) 。

    ( e ) 万吨塌陷面积 ( P 0 ) 正比于塌陷面积而反比 于原煤产量, 由前面的分析可知, 塌陷面积主要取决 于开采面积 ( F ) 、 采深 (H ) 和塌陷角 ( ?) ; 同时与采厚 和采区形状 ( a b ) 也有一定关系。而原煤产量则与开 采面积 (H ) 、 采厚 (M ) 、 煤层容重 ( ?) 以及回采率 ( c ) 有关。 可见影响二者的主要共同因素是开采面积 ( F ) 和开采厚度 (M ) , 其中, 开采厚度对万吨塌陷面积的 大小起着决定性作用, 即在其它条件相同时, 万吨塌 陷面积 ( P 0 ) 与开采厚度 (M ) 有反比关系; 开采厚度 愈大, 万吨塌陷面积愈小, 反之亦然。 在上述计算范 均为 4105 ( 见图 4) 。
图 4 万吨塌陷面积 (P 0 ) 与采厚 (M ) 相关曲线 ( Χ 1. 4, c= 70% ) =

围内 ( 见表 3 ) , 万吨塌陷亩数 ( P 0 ) 变化的范围应为

0189 23. 538, 但如果采厚相等, 其它变化范围则较 ~ )    (f ) 煤层容重 ( Χ 也是万吨塌陷面积的主要影响

小, 如采厚 M = 4m 时, P 0 值在 2188 5. 89 之间, 平 ~ 因素之一, 万吨塌陷面积与煤层容重呈反比函数关 系; 容重愈大, 万吨塌陷面积愈小。 但一般容重变化 不很大, 对于山西各煤田的主要煤层来说, 其取值范 围内, 当开采厚度相同时, 其对万吨塌陷亩数的影响 应包含夹矸和煤的综合容重。 围大约为 1135 1. 45 之间。 如表 3 所示, 在计算范 ~ 在 70% 以内 ( 见图 5) 。从理论上讲, 开采煤层的容重
( g ) 回采率 (c) 也是影响万吨塌陷面积的重要因

3 结 论

(a ) 地表塌陷面积一般应按长圆形公式计算。椭

素之一, 万吨塌陷面积与回采率有反比函数关系: 回

回采率和煤的容重, 而开采厚度则是影响万吨塌陷 采率愈大, 万吨塌陷面积愈小。对于长壁大冒顶的矿 ? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net

圆形公式一般较适合于开采面积小于 015 平方公里 深度、 开采厚度、 地表塌陷角 ( 反映覆岩、 表土层性状 和开采、 顶板管理方法等因素) 。 次要因素有采区形 状、 地形和微地貌等。 影响万吨塌陷面积的因素很多, 除包含塌陷面积的 影响因素外, 还包含与原煤产量计算的有关因素, 如

的狭长形采区 ( a b> 0) 的塌陷面积的计算。 ( b ) 影响塌陷面积的主要因素为开采面积、 开采

(c) 万吨塌陷面积 ( 亩数) 可用于根据原煤产量

预计塌陷面积, 也是一个有应用价值的类比性指标。

图 5 万吨塌陷面积 P 0 与煤层容重 Χ 相关曲线 ( c= 70% ) 图 6 万吨塌陷面积 P 0 与回采率 c 相关曲线 ( Χ 114) =

第1期  矿 山 测 量              №1               1999 年 2 月 M I E SU RV EY I G             Feb. 1999 N N

采场覆岩两带高度与覆岩硬度的函数关系
黄乐亭 ( 煤炭科学研究总院唐山分院) 摘要 采用单一长壁式全部垮落法开采缓倾斜和倾斜煤层时, 影响两带高度的主要因素有煤层采厚 和覆岩硬度。 煤层采厚与两带高度的关系已有成熟的计算公式。 本文给出了该式中系数与覆岩硬度的 关系曲线和计算公式, 使覆岩硬度的影响更直观, 计算结果更准确。 关键词 采场覆岩 两带高度 覆岩硬度 函数关系   井下采用单一长壁式开采, 全部垮落法管理顶 板, 采空区覆岩要产生垮落、 断裂和弯曲沉降, 通常 划分为垮落带、 断裂带和弯曲或整体沉降带, 即 “三 带” 本文所用两带高度, 就是指垮落带高度和断裂 。 带高度。 两带高度在水体下采煤中具有十分重要的 作用, 在采矿工程的其他方面, 以及地面建设工程评 价中也有一定的作用。本文将 《建筑物、 水体、 铁路及 主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》 中以煤层采厚 为变量的两带高度计算公式, 发展为以煤层采厚和 覆岩硬度的双变量的计算公式。
1 影响两带高度的主要因素 111 煤层采厚和采空区面积

区走向长度的增加而增长了。
112 采煤方法和顶板管理方法 113 覆岩岩性

采煤方法和顶板管理方法是影响两带高度的重

要因素。 本文只讨论缓倾斜和倾斜煤层采用单一长 壁开采, 顶板管理常用方法有全部垮落法、 全部充填 法和煤柱支承三种。全部垮落法使覆岩破坏最严重, 使两带高度发育最充分。充填和煤柱支承管理顶板, 覆岩破坏较轻, 两带高度得不到充分发育。 覆岩的破坏高度与其岩性及力学特性密切相

关, 不同的刚性、 脆性、 塑性和韧性及其搭配与厚薄 组合的岩层, 产生垮落开裂的范围变化较大。岩层硬 度分坚硬、 中硬、 软弱和极软弱四种, 通常还把从直 接顶到断裂带上限范围内的覆岩结构划分为全坚硬 型、 全软弱型和坚硬软弱混合型。 全坚硬型覆岩结构, 在垮落的发生、 发展过程 中, 覆岩的下沉量较小, 垮落发展得充分, 开裂后不 易密合和恢复, 断裂带高度也最大, 一般可达采厚的
18 28 倍; 全软弱型覆岩结构, 在垮落的发生、 ~ 发展

根据现场实测资料, 在开采缓倾斜和倾斜煤层

的单一薄、 中厚及厚煤层的第一分层时, 垮落带、 断 裂带的高度与采厚近似地呈直线关系。 在分层开采 煤层时, 两带高度与累计采厚近似地呈分式函数关 系。 垮落带最大高度出现在工作面后方垮落岩石堆

接顶的地方, 对于中硬顶板此时的工作面走向掘进 长度一般为 5 15m ; 断裂带最大高度则在经过采面 ~ 第一次放顶和老顶周期来压, 以及地表出现最大下 沉速度时出现, 对于中硬顶板此时的工作面走向掘 进长度一般为 20 60m 。此后, 两带高度不再随采空 ~ 面积最主要的因素。

过程中, 覆岩的下沉量较大, 垮落发展不充分, 开裂 后易密合和恢复, 断裂带高度相对较小, 一般为采厚 的 9 12 倍; 坚硬软弱混合型覆岩结构又分两种情 ~ 况 , 其一为下硬上软型, 在直接顶垮落后, 老顶跟随 际统计结果符合较好, 一般偏差不大于 10%~ 20% 。 引起偏差的主要原因是面积量算误差、 原煤产量的 计算误差和统计误差, 包括回采率和煤层容重误差。

( d ) 塌采面积比可用于根据开采面积估算地表

塌陷面积, 因而也是一个有应用价值的类比性参数。 影响塌采比的因素与影响塌陷面积的因素相同。
( e ) 无论是塌采面积比或万吨塌陷面积, 均有与

开采面积呈反比函数的性质, 即开采面积愈大, 采塌 比和万吨塌陷面积都愈小, 反之亦然。而万吨塌陷面 积则又明显地与综合开采厚度有反比函数关系, 即 开采厚度愈大, 万吨塌陷面积愈小, 反之亦然。
(f ) 从实际的统计资料来看, 上述计算结果与实

作者简介

马超, 男, 1967 年生, 1989 年毕业于山西矿业学院地测

系, 硕士, 工程师。

( 收稿日期: 1998 年 11 月 2 日)

? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.

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