浅议煤矿开采引起地表沉陷预测

  摘要：煤矿开采过程中及开采后会导致地面沉陷，我们可以采用概率积分法和极值情况预
测两种方法进行煤层开采沉陷计算，得出地表移动变形最大值。通过对计算结果分析得出开
采后沉陷在保护煤柱外侧较小，内侧呈逐渐增大趋势。通过沉陷预测可以有效减少地质灾害
的发生，为土地复垦及地表沉陷防治措施提供依据，对以后煤层开采具有参考价值。

 

　　关键词：煤矿开采地表沉陷预测

 

　　当今随着我国经济的快速发展，能源和电力的需求也迅猛增长。煤矿开采后会破坏岩体
内部原有的力学平衡，导致上覆岩层和地表发生移动和变形，随着开采的推进将扩散到地
表，导致地面发生沉陷，破坏现有土地资源并给周边建（构）筑物带来直接或间接危害。因
此，合理预测沉降范围和最大沉降量对减少次生地质灾害和保护建（构）筑物等具有重要
意义。

 

　　

1 煤矿开采实例 

　　某井田主要含煤地层为

1 组、2 组，1 组可采煤层 4 层，编号为 2、3、4、5 号煤层，煤层

总厚度为

1.20m

―5.40m，平均值 3.20m，1 组地层平均厚度为 58.35m，含煤系数 5.2％；2

组可采煤层

5 层，编号 6、7、8、9、10 号煤层，煤层总厚度 4.50m

―8.00m，平均值 6.23m，2

组地层平均厚度

90.23m，含煤系数为 6.3％。煤层老顶为组砂岩，以石英、长岩为主，厚度

为

10.34m；直接顶为砂质泥岩，厚度为 2.6m；伪顶为泥岩，厚度 0.15m；直接底为砂质泥

岩。

 

　　矿井采用两斜井一立井开拓方式，由井田中部大巷逐层下行开采。设计采用走向长壁一
次全高采煤方法，采用全部跨落法管理顶板。文章通过概率积分法和极值法对地表沉陷值进
行了比较。

 

　　

2 基于概率积分法的沉陷预测 

　　

2.1 概率积分法 

　　把岩层看作大量松散的颗粒体介质组成，由随机介质理论将岩层移动看作服从统计规
律的随机过程。根据统计理论可知整个开采对岩层及地表的影响等于各单元开采对地表影响
之和。整个开采引起的下沉剖面方程可表示为概率密度函数的积分方程。

 

　　

2.2 地表沉陷的预测方法及模式 

　　根据概率积分法预测井田范围内地表移动、变形的过程和范围，据体计算公式如下：

 

　　

2.3 参数选取 

　　按覆岩性质并结合附近煤矿现生产矿的实测经验，综合考虑各因素后得出相关参数值。

 

　　

2.4 预测结果 

　　根据矿山开采沉陷理论并借用计算机计算程序，绘制得出了煤层开采后的地表移动变
形等值线图（图

1）。根据图形可得出煤层开采后的具体影响半径，此例中为 60m，最大沉

陷位置是井田内距井田边约

125m，最大沉陷值为 4.05m。由计算机模拟得出的图形可得出，

开采后沉陷在保护煤柱外侧较小，从内侧向中心逐渐增大，在距边界

125m 处趋于稳定，

呈盆状展布。

 

　　图

1 煤层开采沉陷预测等值线图 

　　

3 按极值情况预测 

　　

3.1 预测模式 

　　开采煤矿地表移动及变形最大值和位置预测模式：

 

　　最大下沉值：

Wcm=M

•q•cosα（mm） M 为煤层开采厚度（mm）α 为煤层倾角（°） q

为下沉系数

 

　　最大倾斜值：

icm= Wcm／r ²(mm

•m－1) r 为主要影响半径（m）