小坌煤礦地面塌陷成因分析與災害預測評估

■陳文華 羅昌繁 胡智文

（江西省地礦局贛南地質調查大隊 江西贛州 341000）

小坌煤礦地面塌陷成因分析與災害預測評估

■陳文華 羅昌繁 胡智文

（江西省地礦局贛南地質調查大隊 江西贛州 341000）

本文概述了礦小坌煤礦區開采歷史與地面塌陷現狀,闡述了煤礦地面塌陷變形破壞特征，分析了煤礦地面塌陷的成因機制，最后提出一種地面塌陷災害預測評估方法對小坌煤礦進行預測評估。

小坌煤礦地面塌陷成因機制預測評估

1 自然地理與氣象

小坌煤礦位于贛縣縣城南東50km處，隸屬贛縣韓坊鄉管轄，礦區地理位置：東經115°14′16″～115°15′16″，北緯25°32′35″～25° 33′26″。礦區經3.5公里簡易公路與省道219相連，通贛州、韓坊、信豐縣城等地，交通較便利。礦區地處中亞熱帶，屬季風型大陸性氣候區，四季變化分明，氣候溫暖濕潤。據氣象資料，贛縣多年平均氣溫19.3℃，極端最高氣溫41.2℃。年平均降水量1448.2mm，降水多集中在每年的3至8月份，約占全年降水量的71.4%；空間上，降水量隨地區不同分布不均勻。

2 地形地貌

礦區所處地區為低山高丘地貌，地形為東南北高西部低，海拔標高最高768 m，最低340 m，相對高差428 m。條帶狀山脊呈環型從北側環繞至南側，一條山谷從礦區南東側往北西側從礦區中間穿過，沿此溝谷修建有進入礦區道路。礦區主要建筑也沿路兩側分布。植被較發育，以草本灌木林為主，覆蓋率在40～60%。

3 地層巖性與地質構造

礦區內主要發育上古生界二疊系地層，中生界侏羅系地層及新生界地層第四系。二疊系地層總體近東西向展布。由于經受了多次激烈的地殼運動、火山活動及構造變動，致使部分地層缺失，局部形成復雜的接觸關系。主要出露地層自老至新分述如下：二疊系下統棲霞組（P1q），二疊統下統茅口組（P1m），二疊系上統龍潭組（P2l）,侏羅系下統林山組（J1ln），第四系全新統（Q4）。

礦區淺部褶皺較發育，多組斷裂交匯于本區，構造發育，對地層及煤層的改造甚為明顯，但起主導作用的仍為南北向構造帶控制。致使巖層產狀要素變化大，但深部巖層比較穩定。煤層形態也較正規，呈單斜形態。

4 水文地質條件

（1）風化帶網狀裂隙水：遍布礦區區大部分區域。含水層主要由侏羅系林山組碎屑巖、二疊系龍潭組碎屑巖組成。侏羅系林山組分布于礦區西部和南東部，與下伏二疊系呈微角度不整合接觸。該含水層局部巖段賦存少量的層間裂隙承壓水，總體表現弱富水性。二疊系龍潭組碎屑巖含水層于淺部普遍含風化裂隙水，其它巖性段富水性較差。（2）構造裂隙水：對礦區有影響的斷層裂隙水主要為為F1、F2、F3、F4，四條斷層，，為地下水活動提供了較多的滲透通道，部分地表水通過斷層構造裂隙滲入煤系地層。

5 煤礦地面采空現狀及地面塌陷成因分析

（1）開采狀況：煤礦開采方式為斜井-平硐開拓，壁式采煤法，礦車運輸，設計生產規模為6.0萬噸/年。目前已開采至+50m標高。礦山上組煤層（F1以南東）2005年10月前全部采空，中組煤層（F3以東）110水平以上大部分采空，下組煤層（F3以西）250水平以上大部分采空。礦區范圍內采空區面積分別為西采區：0.211km2。Ⅱ采區：0.125km2。Ⅰ采區：0.22km2。采空區面積約為0.556m2。

（2）地面塌陷成因由于本礦區開采歷史較為悠久，淺表多有不規則民采。采空區的產生，使巖體原有的應力平衡狀態受到破壞，可能引起采空區上部地層產生移動和陷落，即產生地表移動變形或采空塌陷，在東一采區東翼附近出現過1處洞徑1.5m，深0.6m的小規模采空地面塌洞。

6 煤礦地面塌陷分析預測

6.1 采空區地面移動變形預測分析

由于埋藏在地下的煤炭被挖掘采出后，使在相應的空間形成采空區，采空區上部圍巖失去支撐，使地應力平衡條件遭受破壞，誘發采空上部圍巖地壓活動，由高壓區向低壓區發生移動變形，直至陷落，導致地面各類建筑物變形破壞。預測采空區采動變形影響范圍面積1.273km2，較現狀增加0.06km2。

按《礦區水文地質工程地質勘探規范》（GB12719-91）冒落帶最大高度經驗公式：

式中：H1-冒落帶高度，M-累計采厚取值：西采區9.53m、Ⅰ采區、Ⅱ采區4.81m，n-煤層數取值西采區6層、Ⅰ采區、Ⅱ采區4層，K-安全系數取經驗值3。將礦區劃分為采空塌陷危險區，采空塌陷次危險區。西采區礦脈集中，采空塌陷發生的可能性較大，劃分為采空塌陷危險區。

西采區采空塌陷危險區：分布于礦區西部，采礦深度小于冒落帶最大安全高度（124m）的范圍內，面積0.254km2。采動變形災害以非連續的地裂縫，崩塌滑坡、地面塌陷、采動變形災害為主，地面穩定性差。礦山主要采礦工程主井、副井及大部分建筑物在采動影響帶內。

6.2 煤礦地面塌陷危險評估分析

Ⅰ采區屬于采空塌陷次危險區：分布于礦區北東，面積0.125km2。采礦深度大于冒落帶最大含水裂隙帶安全高度(93.3m)。采動變形災害類型以柔性變形，非連續陷落變形災害為主，地面穩定性較差。主要井巷工程位于該區域內，有一定危險性。

Ⅱ采區屬于采空塌陷危險區：分布于礦區南部，面積0.22km2。采礦深度大于冒落帶最大含水裂隙帶安全高度(93.3m)。采動變形災害類型以柔性變形，非連續陷落變形災害為主，地面穩定性較差。

7 結論

（1）小坌煤礦地處交通要道旁，礦區地面塌陷災害會對周邊居民生命財產安全及礦區交通帶來巨大威脅。

（2）小坌煤礦出現地面塌陷的主要原因是地下采空區開采不規范造成的。

（3）地面塌陷評估預測結果表明Ⅰ采空區屬于采空塌陷次危險區，Ⅱ采區屬于采空塌陷危險區。

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TD993[文獻碼]B

1000-405X（2015）-11-315-1

陳文華（1983～），男，畢業于東華理工大學，水工環助理工程師，研究方向為地質災害評估、勘察設計與治理。