采空區地面塌陷危險性預測

王聯軍

（新疆有色地質勘查局地球物理探礦隊 烏魯木齊 830011）

新疆礦產資源極為豐富，近十幾年的礦業開發帶動了經濟的發展，但是經營者追求經濟效益，環境保護意識淡薄，大量的礦山無序過度開采，礦山局部地區誘發崩塌、滑坡、泥石流、采空區地面塌陷等地質災害，尤其是地面塌陷災害。隨著新疆資源大開發的加速，地面塌陷災害的預防與治理已迫在眉睫。本文以哈密紅石礦業有限公司銅鋅礦實地考察和礦區開采數據為依托，對礦山開采可能引發的地面塌陷的范圍進行預測，為礦山的開采和治理提供科學依據。

1 礦山概況

新疆哈密紅石礦業有限公司2000t/d銅鋅礦工程建設項目位于新疆哈密市西南部五堡鄉，建設項目中心地理坐標為：東經 91°55′53″，北緯 42°37′56″。西側緊鄰吐魯番地區鄯善縣，北距312國道約100km。

評估區屬低山丘陵區，地勢平坦。最低侵蝕基準面573m標高，最高山丘605.55m標高，最大相對高差32.55m。低山丘陵為準平原狀的丘陵地貌。寬谷中為平緩戈壁地貌，相間的低山丘陵為準平原狀的丘陵地貌。評估區地形地貌較條件簡單。

評估區場地揭露地層為全風化～中等風化凝灰巖，局部有英安玢巖。礦區部分近地表0－5.0m深度內普遍分布有第四系殘坡積物，局部地段可達10m左右，第四系殘坡積物結構松軟，為碎土狀。

根據地下水賦存條件、水理性質、水力性質將評估區地下水劃分為基巖裂隙水，評估區無地表水分布。評估區地下水類型為碎屑巖類孔隙裂隙水，由中生界和第三系含水層組成。中新生界出露地段海拔不高，由于區內降雨稀少，蒸發強烈，地下水補給條件差，而巖層中又富含石膏、可溶鹽類，因此富水性較差，單井涌水量一般小于10 m3/d。水化學類型為Cl·SO4-Na·Ca型水。

該區域地下水主要接受大氣降水的垂直補給及區域地下水徑流補給，通過地面蒸發等排泄。地表水和地下水對工程建設的影響極小，評估區水文地質條件簡單。

2 地面塌陷的預測

地面塌陷是指地表巖土體及賦存其中的水、氣所組成的綜合體系，在自然或人為因素作用下，產生各種破壞其穩定平衡狀態的力學效應，導致巖土體覆蓋層向下陷落，并在地面形成塌陷坑（洞）的一種地質現象。

評估區為非巖溶區，紅海礦區、紅山礦區、紅石礦區均采用地下開采，礦體及其圍巖巖石性質致密、堅硬、完整，巖石質量好-極好，穩固性好。紅石礦區現有3個地下采場，分別是40114采場：采空區面積71.33㎡，頂板埋深472.5m，采空區深度33.5m；40117采場：采空區面積50㎡，頂板埋深465m，采空區深度26m和1203采場：采空區面積124㎡，頂板埋深393m，采空區深度21m。

紅石礦區采空區導水裂隙帶（冒落帶）最大高度計算。

依據礦山水文地質工程地質勘探規范（DB12719-91）中關于冒落帶導水裂隙帶最大高度的經驗公式進行計算。

40114采場、40117采場和1203采場巖體的傾角大約為61°-85°，頂板巖石抗壓強度為38.00-39.40 MPa，計算導水裂隙帶最大高度，選取公式Hc=0.5M計算冒落帶最大高度，經計算，40114采場冒落帶最大高度為2m，導水裂隙帶最大高度31.7m；40117采場冒落帶最大高度2.02m，導水裂隙帶最大高度28m；1203采場冒落帶最大高度1.6m，導水裂隙帶最大高度23m。

礦山開采形成的采空區頂板埋深最小埋深33m，大于導水裂隙帶最大高度，不易引發地面塌陷，現場調查也未發現地面塌陷跡象，危害程度小，危險性小。

表1 冒落帶導水裂隙帶最大高度經驗公式表

表2 冒落帶、導水裂隙帶最大高度計算一覽表

3 總結

本文根據礦山的數據資料，運用數學方法計算出的采空區地面塌陷的位置和面積與根據實際情況和經驗評估得出的地面塌陷為位置和面積基本一致，對地面塌陷地質災害危險性評估工作應該說可以滿足其精度要求。

礦層地下開采形成的采空區以及開采過程中頂板穩定性受自然和不確定人為因素的綜合作用，其評價是一個復雜的系統工程，并且其隨著地質環境條件變化。即使預測采礦活動不會引起地面塌陷，但隨著時間和條件的改變，也可能對建設工程造成破壞。所以，預測評估并不代表現狀評估，有一定的局限性。