A礦區(qū)采礦活動(dòng)造成地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)

摘 要：本文以12、13、14三個(gè)主采煤層的埋深、煤層厚度及煤層傾角三個(gè)關(guān)鍵因素為切入點(diǎn)，通過(guò)類比當(dāng)?shù)氐V區(qū)其他地質(zhì)條件相似礦的參數(shù)，采用概率積分法、極值法和疊加原理，對(duì)A礦區(qū)開采可能引起的地面塌陷的危險(xiǎn)性進(jìn)行了初步估算。研究結(jié)果表明：該礦開采引起的地表變形嚴(yán)重程度為中度-重度破壞，采空區(qū)地面塌陷發(fā)生的可能性大，規(guī)模中等。研究成果對(duì)A礦區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)提供了參考。

關(guān)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(qū)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(qū)，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(chǎn)階段，做好地面塌陷的預(yù)測(cè)工作，對(duì)保證礦山安全生產(chǎn)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(tǒng)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(duì)較淺，總體上屬結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的較穩(wěn)定煤層。

2 地面塌陷預(yù)測(cè)

2.1 影響因素的分析

因煤礦主采12～14煤層，隨著開采規(guī)模的擴(kuò)大和全面垮落法的頂板管理方式，當(dāng)煤層大面積采空放頂后，采空區(qū)凈空加大，頂板彎沉，引起冒落帶、裂隙帶及整體移動(dòng)帶，當(dāng)覆巖移動(dòng)波及地表時(shí)，地表將出現(xiàn)有規(guī)律的移動(dòng)變形，即為地表移動(dòng)盆地。地表移動(dòng)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(guān)。

本次預(yù)測(cè)以煤層埋深、煤層厚度及煤層傾角三個(gè)關(guān)鍵因素，估算整個(gè)井田范圍內(nèi)煤層開采時(shí)可能造成的地表移動(dòng)與最大變形量。

2.2 地表移動(dòng)變形預(yù)測(cè)

2.2.1 預(yù)測(cè)方法

根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》（以下簡(jiǎn)稱“三下開采規(guī)程”），結(jié)合該礦的地質(zhì)特征、煤層賦存條件、開采方法，按半無(wú)限開采緩斜傾煤層地表下沉主斷面地表移動(dòng)和變形值計(jì)算公式，采用概率積分法對(duì)地表變形進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)于重復(fù)采動(dòng)時(shí)地表移動(dòng)預(yù)計(jì)的方法遵循“疊加原理”，即多層煤開采引起的地表移動(dòng)與變形，是每層煤開采引起的地表移動(dòng)和變形在時(shí)間和空間上的疊加。預(yù)測(cè)公式為：

2.2.2 參數(shù)的選取

參照《三下開采規(guī)程》中推薦的“按覆巖性質(zhì)區(qū)分的地表移動(dòng)一般參數(shù)綜合表”計(jì)算得出的相關(guān)參數(shù)值見(jiàn)表1。

2.2.3 地表最大下沉、移動(dòng)與變形值預(yù)測(cè)結(jié)果

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

地表移動(dòng)變形值計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

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

根據(jù)地面塌陷對(duì)地表變形嚴(yán)重程度評(píng)價(jià)影響等級(jí)表（表3），該礦開采引起的地表變形嚴(yán)重程度為中度-重度破壞，采空區(qū)地面塌陷發(fā)生的可能性大，規(guī)模中等。

3 結(jié)果討論

需要注意的是煤礦沒(méi)有觀測(cè)資料，所以概率積分法中所需的基本參數(shù)，是通過(guò)類比當(dāng)?shù)氐V區(qū)其他地質(zhì)條件相似礦的參數(shù)和《三下開采規(guī)程》中的地表移動(dòng)變形基本參數(shù)，結(jié)合本井田的實(shí)際開采情況和地質(zhì)條件來(lái)確定的，故本次計(jì)算結(jié)果為初步估算。

綜上，建議礦山在開采過(guò)程中，嚴(yán)格按照礦山設(shè)計(jì)方案和開采方案，嚴(yán)格按照相關(guān)采礦標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求進(jìn)行開采，盡量減少對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響，重點(diǎn)關(guān)注采空區(qū)地面沉陷造成的破壞。同時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際煤層采厚、采深和開采順序?qū)Φ乇沓料輩^(qū)等主要地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)開展監(jiān)測(cè)預(yù)防，出現(xiàn)隱患及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，更好的指導(dǎo)礦山企業(yè)的生產(chǎn)。

作者簡(jiǎn)介：馬少東（1989-），男，寧夏中寧人，本科，學(xué)士，助理工程師，研究方向：地質(zhì)工程。