A礦區采礦活動造成地面塌陷地質災害預測

摘 要：本文以12、13、14三個主采煤層的埋深、煤層厚度及煤層傾角三個關鍵因素為切入點，通過類比當地礦區其他地質條件相似礦的參數，采用概率積分法、極值法和疊加原理，對A礦區開采可能引起的地面塌陷的危險性進行了初步估算。研究結果表明：該礦開采引起的地表變形嚴重程度為中度-重度破壞，采空區地面塌陷發生的可能性大，規模中等。研究成果對A礦區礦山地質環境評價提供了參考。

關鍵詞：概率積分法；地面塌陷；疊加原理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.062

A礦區地處黃土高原鄂爾多斯盆地南部，地形南高北低，為丘陵溝壑區，地貌類型為黃土丘陵和山地，基巖零星露頭，地形起伏平緩，利于排水，坡度一般小于20°。目前，該礦處于生產階段，做好地面塌陷的預測工作，對保證礦山安全生產具有極為重要的意義。

1 煤層開采情況

井田含煤地層為石炭系上統太原組（C3t），煤礦開采煤層為12、13、14煤層，各煤層特征如下：

12煤層：煤層厚度0.95m～1.56m，平均厚度1.22m；

13煤層：煤層厚度1.06m～1.71m，平均厚度1.41m；

14煤礦：煤層厚度1.21m～2.49m，平均厚度1.83m。

煤層傾角均為25°～40°之間，平均傾角取32°，煤層采深一般在60～350m，埋藏相對較淺，總體上屬結構簡單的較穩定煤層。

2 地面塌陷預測

2.1 影響因素的分析

因煤礦主采12～14煤層，隨著開采規模的擴大和全面垮落法的頂板管理方式，當煤層大面積采空放頂后，采空區凈空加大，頂板彎沉，引起冒落帶、裂隙帶及整體移動帶，當覆巖移動波及地表時，地表將出現有規律的移動變形，即為地表移動盆地。地表移動盆地的形成和大小與煤層厚度、傾角以及開采的范圍、開采方式等因素相關。

本次預測以煤層埋深、煤層厚度及煤層傾角三個關鍵因素，估算整個井田范圍內煤層開采時可能造成的地表移動與最大變形量。

2.2 地表移動變形預測

2.2.1 預測方法

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》（以下簡稱“三下開采規程”），結合該礦的地質特征、煤層賦存條件、開采方法，按半無限開采緩斜傾煤層地表下沉主斷面地表移動和變形值計算公式，采用概率積分法對地表變形進行預測，對于重復采動時地表移動預計的方法遵循“疊加原理”，即多層煤開采引起的地表移動與變形，是每層煤開采引起的地表移動和變形在時間和空間上的疊加。預測公式為：

2.2.2 參數的選取

參照《三下開采規程》中推薦的“按覆巖性質區分的地表移動一般參數綜合表”計算得出的相關參數值見表1。

2.2.3 地表最大下沉、移動與變形值預測結果

地表移動和變形受煤層厚度、上覆巖層的厚度和巖性、邊界角和移動角等因素的影響。根據確定的參數值，用極值法確定地表的下沉、移動和變形值。

地表移動變形值計算結果見表2。

從表2可以看出，待所有煤層采完后，其采空區塌陷疊加的最大值為2.91m，平均為2.55m。煤炭開采對地表移動的影響范圍是采空區本身在平面上向外擴展115-147m。

根據地面塌陷對地表變形嚴重程度評價影響等級表（表3），該礦開采引起的地表變形嚴重程度為中度-重度破壞，采空區地面塌陷發生的可能性大，規模中等。

3 結果討論

需要注意的是煤礦沒有觀測資料，所以概率積分法中所需的基本參數，是通過類比當地礦區其他地質條件相似礦的參數和《三下開采規程》中的地表移動變形基本參數，結合本井田的實際開采情況和地質條件來確定的，故本次計算結果為初步估算。

綜上，建議礦山在開采過程中，嚴格按照礦山設計方案和開采方案，嚴格按照相關采礦標準和技術要求進行開采，盡量減少對地質環境的影響，重點關注采空區地面沉陷造成的破壞。同時，應結合實際煤層采厚、采深和開采順序對地表沉陷區等主要地質災害隱患點開展監測預防，出現隱患及時采取應對措施，更好的指導礦山企業的生產。

作者簡介：馬少東（1989-），男，寧夏中寧人，本科，學士，助理工程師，研究方向：地質工程。