某煤礦采空區塌陷影響范圍的研究

趙 旺 陶干強

（南華大學核資源工程學院，湖南 衡陽 421001）

某煤礦采空區塌陷影響范圍的研究

趙 旺 陶干強

（南華大學核資源工程學院，湖南 衡陽 421001）

湖南某煤礦進行井下開采后，在采空區上部及鄰近區域內發現部分居民房屋開裂，部分池塘、水井干涸，局部地表塌陷和漏水等嚴重影響當地生態環境和人民生命財產安全的現象，在充分了解該煤礦采空區的分布情況和現狀的基礎上，用解析法確定了采空區塌陷影響范圍，具有一定的工程實踐意義。

煤礦采空區；影響范圍；地面塌陷

0 引言

煤炭作為一種現代社會不可缺少的能源，得到了大規模的開采和利用。市場需求據預測2015，2020，2030年煤炭需求量分別為37～39，39～44，45～51 億 t[1]。 據統計，我國開采萬噸原煤地表塌陷面積為867.1m2[2]，以38億t計算，每年造成的新增塌陷面積為3.29億hm2。在煤炭開采帶來巨大的經濟效益的同時，也帶來了不可忽視的地質災害和環境問題。湖南某煤礦進行地下開采后，在采空區上部及鄰近區域內發現部分居民房屋開裂，部分池塘、水井干涸，局部地表塌陷和漏水等現象，嚴重影響當地生態環境和人民生命財產安全。因此在充分了解該煤礦采空區的分布情況和現狀的基礎上進行采空區塌陷影響范圍研究具有一定的工程實踐意義[3]。

1 礦山概況

該礦山開采范圍為：北起62線北55m，南至56線南40m，南北長3.2 km、東西寬1.5 km，井田面積約4.8 km2，礦脈呈北東向帶狀分布。礦區內地形起伏不大，屬丘陵山區，地勢總體為南高北低，丘陵間發育沖溝，地形坡度一般為10～25°，相對高度10～50m。地貌上屬構造剝蝕紅色中丘地貌及侵蝕沖溝地貌，井田內出露的地層主要有二疊系、三疊系、白堊系和第四系，各地層巖性一般多由粉砂巖、砂質泥巖、細砂巖、砂質泥巖、石英砂巖、泥巖、炭質泥巖及煤組成。井田內斷裂構造發育，構造較復雜（見圖1）。褶皺斷裂發育，以壓（扭）性斷裂為主，主要為逆掩斷層，其次為逆沖斷層，大部分是NW向，如圖中的F22、F24、F28、F34。研究內無常年水流，僅有一小溪，水量一般較小，隨季節變化明顯，具間歇性。區內地表水體主要分布于池塘內，水量較小，自然狀態下，與地下水無水力聯系，水文地質條件屬簡單類型。工程地質條件中等，需邊采邊支護。煤層厚度變化極大，出現大片不可采區，屬不穩定-極不穩定之中薄煤層。

圖1 研究區剖面地質簡圖（據礦區1：5000勘探資料修編）

礦山采用斜井開拓，走向壁式采礦法采煤，邊界式通風，分級排水，全部陷落法管理頂板。 采區共見煤層（B1、B2、B3、B4、B5、B6）6 層，主采B2、B3、B5煤層，這三個可采煤層發育程度不盡相同：B3煤層發育最好，B2煤層次之，B5煤層相對較差（見表1）。研究區內巖體主要由神皇山組、大冶組、大隆組、龍潭組等地層組成，巖石的抗壓強度范圍是35.3～120.4MPa，屬較堅硬～堅硬類巖石，巖體質量等級為Ⅱ～Ⅲ級。各煤層屬薄～中厚煤層，煤層穩定性較差，力學強度低，屬軟巖。

礦井建于1969年，至1988年底-100m水平以上煤層基本采完，僅剩難以利用的儲量和保安煤柱，1998年主斜井落底于-200m投入生產，至1998年底，礦山開采范圍內-150m標高以上煤層基本采完，部分地段采至-200m。至2002年底，-200m以上煤層已基本采完，殘留部分為煤層厚度小于可采厚度的不可采區，開拓工程已達-270m。2002年以后礦山主要開采-200～-300m水平，開采方案為-300m水平開拓方案，即暗主斜井延深開拓。2003年～2014年，暗主斜井從-200m延深開拓至-300m。

表1 可采煤層特征表

2 解析法確定塌陷影響范圍

目前國內劃定地表塌陷范圍可根據礦區地表移動角參數中的邊界角、移動角或裂縫角圈定，對于低潛水位地區，以移動角或裂縫角劃定地表塌陷范圍較為合適[4]。此礦山位于丘陵山區，故本次計算通過井上井下參考對照圖上按移動角劃定采空區地表塌陷影響范圍。地表的移動和變形主要集中在開采邊界上方區域為2R的范圍內，主要影響范圍邊界與開采邊界的直線與水平所成的夾角θ有關，塌陷區影響半徑[5]計算：R=H×tanθ。 （見圖 2），式中；R 是主要影響半徑，H 為采深，θ為巖層移動角。地表上山移動角取γ=70°，下山移動角為β=70°-0.6а（а為煤層傾角），走向移動角δ=β～70°。工作步驟為：通過礦區平面圖，確定各采空區在剖面圖具體分布位置，采用移動角直接確定采空區的影響范圍，最后投影到地面轉換成平面影響范圍。

圖2 塌陷區影響半徑計算示意圖

3 結論

考慮到根據礦井采深情況和采動影響需要一段時間后才能穩定的現實情況，圈定了形成礦山采空區塌陷影響范圍(見圖3)。

圖3 采空區塌陷影響范圍

［1］謝和平,王金華,申寶宏,等.煤炭開采新理念:科學開采與科學產能[J].煤炭學報,2012,37(7):1069-1079.

［2］李枝榮.采煤沉陷區土地復墾與生態恢復[M].北京:中國科技術出版社,2007.

［3］王新剛,張龍菊,馮曉臘,等.煤礦采空區塌陷地質災害評估研究:以烏魯木齊八道灣地區某煤礦采空區為例[J].安全與環境工程,2011,18(2):18-22.

［4］張正興,趙愛軍,李威基,等.基于空間分析的概率積分法在預測多煤層采空區塌陷中的應用:以青海塔妥煤礦為例[J].中國地質災害與防治學報,2012,23(12):94-98.

［5］段偉強.鐵礦采空區影響范圍分析[J].中國礦業,2013,22(8):94-97.

趙旺（1988—），男，碩士研究生。

湯靜］