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煤矿地表塌陷规律及预测方法探讨[摘要]煤矿地表塌陷形态多样、破坏程度可大可小与开采深度、开采活动、矿体倾角、工作面开采区域、工作面数等因素有关。我国常用的煤矿地面沉陷预测方法包括经验法、负指数法、概率积分法等。概率积分法理论、方法基本成熟国内正积极构建基于GIS技术构建的沉陷数据管理系统已取得一定进展但进行推广应用尚有一段时日。[关键词]煤矿地表塌陷规律预测[中图分类号]TD82[文献码]B[文章编号]1000-405X（2015）-9-138-1我国是一个煤炭资源利用大国煤炭开采量居世界第一位煤炭产生能源约占我国总能源消耗75%～80%煤炭还是煤炭化工重要原料为国民经济发展做出了巨大的贡献[1]。但与此同时煤炭开采与利用也带来一系列社会、环境问题。我国煤炭多埋藏于地下煤矿开采主要依赖于地下开采约占90%。地下开采可能致地表土地大面积塌陷、损毁破坏耕地、林地以及地面建筑存在安全隐患。近年来煤矿地表塌陷事故屡见不鲜累计塌陷面积已达100km2塌陷所造成的损失大、影响深远、恢复困难引发的社会的广泛讨论。深入研究煤矿地表塌陷并进行预测是降低煤矿塌陷危害的可行方法本次研究就此进行探讨。1煤矿地表塌陷规律1.1煤矿地表塌陷主要表现煤矿引起的地表塌陷具体表现不尽相同按照形态、破坏程度大体可分为两类：（1）浅部开采急倾煤层或厚煤层形成的漏斗状陷坑、台阶状断裂此类塌陷往往发生较突然破坏性较大但多仅限于局部范围小；（2）深部开采急倾煤层和开采深度大、倾角较小的煤层发生大范围平缓下沉发生较缓但也可造成较大的损失损毁地面构筑物。按照塌陷体积与深度占开采面比重高低可分为充分开采塌陷与非充分开采塌陷前者占比在70%以上只有当采煤区长、宽尺寸达到过超过开采深度1.4倍才可能发生后者占比在70%以下可发生于任何类型开采区[2]。通常来说除开采区外地下还留存各种未开采或无开采价值的煤柱这些煤柱对地面具有一定的支撑作用使地面塌陷空间并不完全与矿道相同形成凹凸不平的复杂形状。1.2煤矿地表塌陷基本规律1.2.1地下开采范围大小地下开采范围大小对地表下沉起到了较为明显的控制作用：（1）采动程度与下沉系数呈正相关采深增加则地表移动达到充分采动所需的开采范围增加开采区域面积与地表塌陷的范围、最大下沉值呈正相关；（2）地表塌陷率、地表水平移动随着采动程度增大而增大且逐渐趋于稳定。1.2.2地表影响范围与开采深度有关一般来说浅部开采地表受影响范围相对较小下沉移动边界收敛较大随着深度的增加地表不连续移动、变形减少开采深度可控制地表破坏程度。1.2.3下沉速度随着开采深度增加而趋缓浅部开采可能存在突然塌陷而深部开采地面下沉速度较缓不存在急剧下沉情况启动下沉至最大下沉速度所需时间也较长。开采深度影响下沉活跃度开采较深的矿面下沉速度加速时间短、活跃期时间短甚至无活跃期。1.2.4与煤层倾斜度有关地表塌陷值随着煤层倾角度增大而减少地表最大下沉点随着开采深度的增加可能发生位移并不与采空区重合可能偏向上山方向地表下沉面积发生较大改变。开采下山方向上的影响范围一般大于上山方向。煤层倾角增大下山方向上的水平移动减少上山方向反之。煤层倾角还影响移动边界角值。1.2.5多个煤层重复开采地表塌陷还与重复开采有关最大下沉值较单一煤层增长更多地表移动范围更大。2煤矿地表塌陷预测2.1常用方法我国常用的煤矿地面沉陷预测方法包括：①经验法以塌陷实际测量数据为准提出地表水平变形、倾斜变形等不同变形经验公式进行准确预测但因需实测数据预测具有滞后性；②负指数法即将采空区上岩体为研究对象通过测量其拉伸、扭曲、水平变形情况计算矿区变形情况进而预测塌陷；③概率积分法以点的移动变形为规律建立函数预测矿区开采对土地影响。本文以第三种方法作为主要探讨内容。2.2概率积分法预测煤矿地表塌陷2.2.1概率积分法基本原理概率积分法预测煤矿地表塌陷理论与方法已基本成熟其余基于随机介质理论发展而来任意形状工作面地表变型移动参数计算公式为：W（xy）=其中W0为最大下沉值b为水平移动系数r为最大影响半径H为开采深度q为下沉系数m为开采活动α为矿体倾角D为工作面开采区域n为工作面数。2.2.2主要参数计算方法下沉系数q：对于水平或倾斜矿体下沉系数q表示为地表最大下沉值与矿体法线采厚m在竖直方向投影长度的比值。主要影响半径r与影响角正切tgβ：r主要为倾斜值与下沉量值比值影响角正切tgβ反映地表移动变形范围特征通常为开采深度H与