鹤壁煤矿开采地表沉陷规律的分析

与研究

   【摘 要】鹤壁矿区经过长期开采，鹤煤集团可开发利用资源正急剧减少且

“三下”压煤量较

大。据统计，目前鹤煤（集团）公司各生产矿井建筑物和铁路下压煤约占生产矿井剩余可采
储量的

52%，给矿井正常生产带来很大的压力。鹤煤集团急需合理开采

“三下”压煤的具体

方案来指导矿区的以后生产，采用

“先治理，后开采”的原则，保护好矿区的生态环境和保

证社会的稳定，尽量减少国家财产和人民财产的损失，因此需要对煤层开采上覆岩层运移
及地表沉陷规律展开研究。本文利用数值模拟，对不同开采深度及不同开采方案研究分析鹤
壁矿区的地表沉陷规律，为以后生产提供有效的理论依据。

 

　　【关键词】数值模拟

 沉陷 埋深 条带开采 开采方案 

　　煤矿地下开采导致的地表移动变形量的大小受许多地质采矿因素的控制，比如采深、采
厚、采煤方法、覆岩的力学性质、松散层厚度、煤层倾角、采空区尺寸、和采空区管理方法等等。

 

　　下面通过对鹤壁矿区不同开采深度和不同开采方法建立数值模型，并对其引起的地表
地表移动变形进行分析研究，获得鹤壁矿区在不同开采深度条件及不同开采方案条件下的
地表移动变形规律。

 

　　一、模型的建立

 

　　鹤壁矿区深部开采数值模拟参考鹤煤三矿地层建模，岩层物理力学参数参考室内试验
结果选取，详见表

1 所示。 

　　数值模拟中模拟煤层厚度

6.75m，埋深 500m，模拟工作面沿煤层走向推进，上覆岩层

厚

375m，第三四系表土厚 125 米，煤层底板以下岩层厚 100m，模型按鹤煤三矿地质柱状

建立，共分

31 层，布设岩层移动观测线 26 条，每条观测线设 91 个测点，水平间距 20m 等

距分布，

26 条观测线共计 2366 个测点，见图 1 所示。 

　　二、采深对地表沉陷的影响

 

　　分别模拟煤层

300m、400m、500m 和 600m 埋深条件下开采后地表移动变形情况。 

　　考虑到模型运算时间与其尺寸大小成正比，为节省运算时间，不同埋深条件下模型尺
寸有所差异：

300m 埋深条件下模型尺寸为 1100m×400m，采空区长 500m，模型两边未采

长度各

300 米；400m 埋深条件下模型尺寸为 1400m×500m，采空区长 600m，模型两边未

采长度各

400 米；500m 埋深条件下模型尺寸为 1800m×600m，采空区长 800m，模型两边

未采长度各

500 米；600m 埋深条件下模型尺寸为：2000m×700m，采空区长 800m，模型两

边未采长度各

600 米，以上模型尺寸可保证各埋深条件下开采地表可达到充分采动状态。 

　　（一）煤层

300m 埋深条件下开采 500m 后地表最大下沉值 5.433m，最大水平移动值

1.337m，以地表沉降 10mm 为沉陷边界，沉陷范围为-510m～+510m。煤层采厚 6.75m，则
在此采矿地质条件地表下沉系数约为

0.80，水平移动系数约为 0.25。 

　　（二）煤层

400m 埋深条件下开采 600m 后地表最大下沉值 4.978m，最大水平移动值

1.202m，以地表沉降 10mm 为沉陷边界，沉陷范围为-660m～+660m。煤层采厚 6.75m，则
在此采矿地质条件地表下沉系数约为

0.74，水平移动系数约为 0.24。 

　　（三）煤层

500m 埋深条件下开采 800m 后地表最大下沉值 4.995m，最大水平移动值

1.183m，模型左右两侧边界处下沉值约为 23mm，即模型地表均在沉陷盆地范围内。煤层采
厚

6.75m，则在此采矿地质条件地表下沉系数约为 0.74，水平移动系数约为 0.24。 

　　（四）煤层

600m 埋深条件下开采 800m 后地表最大下沉值 4.540m，最大水平移动值

0.940m，模型左右两侧边界处下沉值约为 20mm，即模型地表均在沉陷盆地范围内。煤层采
厚

6.75m，则在此采矿地质条件地表下沉系数约为 0.67，水平移动系数约为 0.21。