摘要
所谓采煤沉陷，是当地下煤炭矿产资源被人为开采后，破坏了采空区域上部覆盖岩层的原始应力平衡，岩层发生弯曲、断裂、冒落等变形破坏，地层变形移动向上传递至地表，在采空区域正上方及周边形成大于采空区的椭圆形或不规则的沉陷盆地。随着地下煤炭资源被持续开采，采空引起的采煤沉陷面积将会不断扩大。采煤沉陷区域对矿区及周边的工农业、居民群众生活及生态环境均会造成较大的影响与破坏；会造成地面道路、建筑物、农田耕地等地面附着物的损坏，同时还会引发其他的自然灾害。煤炭开采的同时要实现社会经济的持续发展，必须要解决沉陷区的问题。对采煤沉陷影响范围确定方法的研究，可以更有效的弄清地表岩层变形规律，对区域整体总图规划设计、土地征购和复垦、矿山可持续发展、安全生产、社会经济效益等有非常重要的现实指导意义。 本文以晋城市高平某煤矿采空为研究对象，搜集到了相邻矿区的地表岩移资料及钻孔实测资料；首先对研究区地质环境资料进行分析、总结，在地面综合物探数据确定采空区范围的基础上，根据地表调查结果总结地下采空上覆岩层的变形移动特征与采煤沉陷引起地表变形的一般规律；通过基于数学方法的概率积分法以及基于力学性质的数值模拟两种方法对采煤沉陷的影响范围进行了对比分析，结果表明： （1）采煤沉陷影响范围受地形起伏影响明显，在高程较大、坡度较陡、松散覆盖层较厚区域，地面沉陷影响扩散角明显变大，采煤沉陷影响范围相对较大；同时，采空跨度越大，采空塌陷向上传递的位移值越大；如果有两个相邻的采空区，采煤沉陷在地表会形成效果叠加，加剧地表沉陷变形。 （2）基于数学理论的概率积分法以及基于力学性质的数值模拟两种方法对确定采煤沉陷范围均有实际的应用意义，两种方法在采煤沉陷发育规律上具有极强的共性，但在计算结果上也有一定的差异性。基于两种确定采煤沉陷范围的方法所计算的采煤沉陷影响等值线均呈近椭圆形，采空区中心位移最大，且以采空区为中心向四周扩散。 （3）基于数学理论的概率积分法确定采煤沉陷范围时，所计算的采煤沉陷变形量在采空区正上方最大，向外扩散时衰减较快，在较短的水平距离就会到达0mm边界；该方法计算的沉陷最大值相对较大，本案例采空区中心地表最大沉降规模可达数米，一定程度上预计到了极端沉陷状况；但是对于房屋变形，该方法计算的采煤地表沉陷值与房屋裂缝的相关关系，与实际相比有一定差距，从本实例来看，计算结果范围要略小于实际地表变形的范围。 （4）基于力学性质的数值模拟方法确定采煤沉陷范围时，所计算的采煤沉陷变形量也是内部较大，但向外扩散时呈近似均匀衰减，衰减较慢，该方法计算的最大值相对较小，本案例采空区中心地表最大沉降规模仅有数十毫米（未考虑到塌陷坑或拉张裂缝等极端情况），该数值与本次工作实际调查的沉陷盆地下沉数据相符；同时，对于地面建筑的影响，计算结果相对概率积分法而言要更接近现实情况。 （5）根据研究区计算结果，在确保计算参数准确可靠的情况下，基于数学理论的概率积分法适用于计算预测采空区内部沉陷变形，能够计算出极端情况下的塌陷变形；基于力学性质的数值模拟方法适用于计算预测采空区外部沉陷变形，特别是沉陷对于建筑物的变形影响。
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