慶泰煤礦地質環境問題現狀分析及預測探討

劉丹

摘 要：煤礦地下開采主要是通過開挖井巷將埋藏在地下不同深度的煤炭開采并運送出地面，如果沒有特殊要求，在井下采場回采后一般對采空區不做充填處理，隨著工作面向前推進，在回撤支柱放頂后采空區頂板垮落，充滿采空區，因此，煤層的地下開采肯定會對其丄覆巖層造成較大影響。該文選取一個地方案例，分析該煤礦地質環境問題現狀，并通過計算，預測出閉礦后的地表塌陷范圍和地表最大下沉值，以供探討。

關鍵詞：煤礦 采空區 地質環境問題現狀分析 最大下沉變形值

中圖分類號：TD167 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）10（a）-0047-02

1 礦區概況

1.1 地理位置

平頂山市慶泰煤業有限公司煤田位于平頂山市寶豐縣大營鎮宋坪村西約1 km處。礦區東南距寶豐縣城約20 km，距平煤集團韓莊車站約3 km，距韓莊-寶豐公路約1.5 km。G207國道從礦區穿過，工業場地有簡易公路通往207國道，交通極為方便。

1.2 氣象

該區屬大陸性半干旱氣候，四季分明。年平均降水量為772.7 mm，最大降水量為1 235.5 mm，最小降水量為550 mm，降水多集中在6～8月。冬季多西北風，夏季多東南風。年平均氣溫+14.5 ℃，最高氣溫+43.4 ℃，最低氣溫-9.1 ℃。霜凍期一般為當年10月上旬至次年3月上旬，最大凍土深度22 cm。

1.3 地形地貌

井田位于平頂山煤田西部韓梁礦區，屬丘陵地貌，井田內地勢總體東北低，西南高，坡形較陡，植被較差，地面標高在+265～470 m，相對標高差約205 m。區內無河流，無重要建筑物，季節性沖溝發育，泄洪條件較好。

1.4 地層

礦區屬半掩蓋型地層。根據鉆孔、井巷揭露和區域地層資料，以沉積時序和接觸關系，礦區范圍內賦存的地層由老至新有：上寒武統崮山組、中石炭統本溪組、上石炭統太原組、下二疊統山西組和下石盒子組、上二疊統上石盒子組、第四系。其中主要含煤地層為上石炭統太原組、下二疊統山西組、下石盒子組、上二疊統上石盒子組。

1.5 地質構造

韓梁礦區位于華北板塊南緣，華熊坳陷，澠池-確山陷褶斷束中段，三門峽-魯山斷裂帶的北東側。區域斷裂、褶皺構造發育，主要的斷裂構造是青草嶺逆斷層，李坪段嶺、謝河、大莊、雙頭山正斷層，東部的大莊向斜則是主要的區域褶皺構造。斷裂和褶皺總體呈NW與NNW向展布，大莊向斜與青草嶺逆斷層控制了煤層的分布和賦存狀態。

慶泰礦井田位于韓莊～梁洼向斜的西翼，井田主體為一單斜構造，地層總體走向330°左右，傾向56°，傾角6°～27°，只是在井田東部受區域構造及斷層活動影響地層產狀有所變化。煤層產狀與巖層產狀一致，沿走向和傾向變化不大。

據礦井開采揭露，井田內小斷層較為發育，其斷距一般小于3～5 m。

綜上所述，井田地質構造條件復雜。

1.6 地震

根據國家質量技術監督局發布的中華人民共和國國家標準GB 18306—2001《中國地震動參數區劃圖》（河南省部分），該區地震動峰值加速度為0.05 g，相應的基本烈度為Ⅵ度，其地震設防為Ⅵ級。

1.7 水文地質條件

根據地下水賦存條件、水力特征及含水層的空隙性等將區內含水層劃分為碳酸鹽類巖溶裂隙含水層（組），碎屑巖類孔隙裂隙含水層（組），松散巖類孔隙含水層。

其中碳酸鹽類巖溶裂隙含水層（組）包括寒武、石炭系，是區內礦井主要充水含水層。

1.8 地下水補給、徑流與排泄條件

慶泰煤礦位于韓梁礦區西北部，井田內地表水體不發育，屬區域地下水的補給-徑流區。

2 礦區地質災害問題現狀分析

該礦屬于地下開采，礦山一4煤層尚未動用，現有的二1煤層采空區面積71 475 m2，現均已趨于穩定，對地面影響小。相鄰的4個礦區也處于停產狀態中，各礦區內采空區對地面的影響已基本趨于穩定。通過此次調查走訪情況，地面未見明顯的地面塌陷及地裂縫，區內房屋也未見明顯開裂、歪斜等現象。

緊鄰主井風井工業廣場東南側有一個煤矸石堆，堆高2～4 m，現狀條件下，未發生崩塌等地質災害，地質災害危險性小，對礦山地質環境影響程度較輕。煤矸石堆占地面積約為1 435 m2，破壞地形地貌景觀，使礦山微地貌發生改變，對地形地貌景觀的破壞較嚴重，因些現狀條件下對該區域地形地貌景觀的影響程度較嚴重。

礦區內共有3個工業場區（主井風井工業廣場、工業廣場、副井工業廣場），在該區域內進行了主井、風井井筒及井架的修建，以及空壓機房、機修廠等配套設施的修建；并在主井保護煤柱區之外，復采區之上，修建了職工宿舍、科室宿舍、家屬區等；這些建筑的修建對地面進行了平整及開挖，破壞了原有的地形地貌形態，對地形地貌景觀影響較大。

3 礦區地質災害問題預測探討

3.1 地面塌陷、地裂縫范圍的預測

該礦設計采用傾向長壁炮采放頂煤采煤法、后退式開采、全部垮落法管理頂板。根據開采的實踐經驗和觀測資料分析結果表明，長壁式全垮落采煤法采空區上方地表的移動變形是一個長期的過程，工作面停采時間越長，其殘余沉降量越小。根據《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》（煤行管字[2000]第81號），走向邊界移動角δ0取72°、上山邊界角γ取72°，下山邊界角β采用67°。

根據煤層底板等高線、采深、塌陷移動用等參數，利用剖面法劃定了地面塌陷范圍，繪制了平面上可能引發地面塌陷范圍為0.51 km2。但因為該礦區四周有相鄰煤礦，且邊界相鄰緊密，故只考慮礦界以內的塌陷，塌陷面積0.364 6 km2。

3.2 煤礦開采引起地表移動變形預測

據國內外采礦經驗認為，當煤層采深采厚比小于30時，煤采出一定面積后，會引起巖層移動并波及到地表，其地表沉陷和變形在空間上和時間上都有明顯的不連續特征，地表變形劇烈，煤礦采空區上方會形成較大的裂縫或塌陷坑。當采深采厚比介于30～100之間，地層中沒有較大地質構造破壞情況下，煤層采出一定面積后，會引起巖層移動并波及到地表，其地表沉陷和變形在空間上和時間上都有明顯的連續性和一定的分布規律，常表現為地表移動盆地。

3.3 礦山開采誘發地表變形延續時間估算

煤層開采后形成地表移動變形的過程，將會持續一定時間，其地表變形移動速度由零逐漸增大，達到一定值后，又逐漸縮小基本趨于零。

根據《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》（煤行管字[2000]第81號），認為累積地表下沉10 mm時為移動期的開始時間；連續6個月下沉值不超過30 mm時，可認為地表移動期結束；從地表移動期開始到結束的整個時間稱為地表移動的延續時間；將地表移動的延續時間分為初始期、活躍期、衰退期。在無實測資料時，地表移動的延續時間（T）可根據下式計算：

T=2.5H（d）

式中：H為工作面平均采深（m）。

礦山開采深度185～240 m，利用上述公式計算得，地表移動變形延續時間T為1.27～1.64年。

4 結語

根據以上分析可得出結論：礦區北側擬采區區域、2008年及2009年采空區區域沉降值達到7 640 mm，最大水平變形值達到 39.68 mm。因此，預測引發地面塌陷及地裂縫的可能性大，采空塌陷區內地面塌陷及地裂縫對地面建筑及土地破壞程度大，其危險性大，影響程度嚴重。

參考文獻

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