新疆昭蘇縣昭管處煤礦采空區(qū)地面塌陷災(zāi)害發(fā)育特征及防治措施建議

李斌　張靜　張菊秀

[摘要]新疆昭蘇縣昭管處煤礦地面塌陷及采空區(qū)的存在給周邊牧民造成了威脅，對地形地貌破壞也較大，一定程度上制約了當(dāng)?shù)氐男竽翗I(yè)發(fā)展。本文通過對該礦區(qū)地面塌陷災(zāi)害發(fā)育特征、形成條件進(jìn)行研究，提出災(zāi)害防治措施建議，為后續(xù)防治工程設(shè)計、施工提供依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]地面塌陷 采空區(qū) 發(fā)育特征 影響因素 防治措施

[中圖分類號] X752 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-8-360-1

1基本概況

新疆昭蘇縣昭管處煤礦位于昭蘇縣城北西約13km的農(nóng)四師，行政區(qū)劃屬新疆伊犁哈薩克自治州昭蘇縣管轄。昭管處煤礦地處中山區(qū)[1]，植被覆蓋率高，煤炭資源較豐富，既是昭蘇縣重要的牧區(qū)之一，也是昭蘇縣重要的能源基地。

該煤礦煤系地層為中侏羅統(tǒng)西山窯組（J2x）[2]，煤層走向東西，傾向NE，傾角約8°，共賦存有4層煤，由上至下，煤層編號分別為1號、2號、3號及4號，地表未見煤層露頭，煤層埋深小于120m，煤礦主采2號和4號煤層。2號煤層平均厚度4m，全區(qū)不穩(wěn)定，煤層儲量小，開采時間短，形成了一定范圍的采空區(qū)，面積較小。4號煤層為全區(qū)穩(wěn)定可采煤層，平均厚度7m，是礦區(qū)采空區(qū)形成的主要原因[3]。煤礦閉坑后，地面塌陷坑分布眾多，穩(wěn)定性大部分較差[4]。

2地面塌陷災(zāi)害發(fā)育特征

2.1地面塌陷

礦區(qū)內(nèi)發(fā)育地面塌陷坑138個，坑長3-49m，寬3—35m，坑深一般0.7-9.3m，坑口面積8.2—1078.9m2，規(guī)模均屬于小型[4]。地面塌陷發(fā)育的微地貌主要為山坡，次為階地，總體呈近東西向展布，與煤層的走向基本一致，走向上分布最多，傾向上分布較少。立面形態(tài)上以漏斗狀為主體，坑底多呈鍋底狀，坑口形態(tài)以圓形、橢圓形及不規(guī)則形為主；立面形態(tài)上呈柱體的地面塌陷坑僅有6個，坑口形態(tài)為圓形、橢圓形。漏斗狀的地面塌陷坑大多已部分充填，堆積物稍密，塌陷坑邊沿多無開裂變形，坑口形態(tài)基本已成形，穩(wěn)定性較差。柱體的地面塌陷坑僅受到輕微改造，堆積物疏松，坑底有下沉開裂變形的可能，穩(wěn)定性差。

2.2伴生裂縫

礦區(qū)伴生裂縫的形成主要是因?yàn)槊簩硬煽蘸箜數(shù)装彘_裂變形所致，是地面塌陷的伴生物。伴生裂縫均分布在臨近大洪那Ⅱ級階地的山體坡面上，位于地面塌陷坑的上部，常與地面塌陷坑伴生，多發(fā)育2-4條，多呈伴行狀。裂縫長度2—145m，寬0.1—2m，規(guī)模均為小型。走向一般在45—145°，與采空區(qū)走向基本一致，總體傾向北東，傾角30—50°，裂縫均有一定的張開，平面形態(tài)多呈弧形、直線形及帶狀，裂縫大部分已自然填充，表層土體較密實(shí)—密實(shí)，裂縫內(nèi)植被發(fā)育，已基本穩(wěn)定[4]。

3影響因素

3.1地形地貌條件

礦區(qū)地處中高山區(qū)，主要由南部階地及北部山體兩部分組成，而地面塌陷主要分布在地勢較低處，北部由于地形起伏，山體高度增大，地面塌陷分布少或沒有分布，地形地貌是控制礦區(qū)地面塌陷分布的條件之一[4]。

3.2地質(zhì)條件

礦區(qū)受北部逆斷層的推覆作用形成了一個南翼寬緩，北翼陡的不對稱的倒轉(zhuǎn)向斜，而礦區(qū)位于其南翼，含煤地層單斜產(chǎn)出，傾向北東，傾角8°，屬緩傾斜煤層，煤層頂?shù)装逡陨皫r、泥質(zhì)砂巖為主，抗壓強(qiáng)度小于20Mpa，穩(wěn)定性差，煤層采空后易在地表產(chǎn)生地面塌陷。同時，由于區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造及外界各種營力的影響，侏羅系常被第四系松散土層覆蓋，覆蓋層的存在直接擴(kuò)大了采空塌陷地面變形的范圍，覆蓋層厚度越大，影響范圍越大，增加了地面塌陷的不確定性和危險性，煤層頂?shù)装瀹a(chǎn)狀及工程地質(zhì)性質(zhì)是地面塌陷產(chǎn)生的基礎(chǔ)地質(zhì)條件[4]。

3.3開采條件

礦區(qū)2號煤層采用平硐開拓巷道式采煤。開采井巷多采用木支護(hù)，部分巷道未采取支護(hù)，頂板冒落后易產(chǎn)生地面塌陷，由于該煤層分布面積小，儲量小，開采時間短，形成的地面塌陷規(guī)模較小，數(shù)量較少。4號煤層采用斜井開拓，在開采一水平（+2189m）時，礦區(qū)地勢低洼處即形成了大量的地面塌陷坑，一水平開采完后，煤層走向方向上，地面塌陷坑已分布密集，一水平煤層開采是造成礦區(qū)地面塌陷坑發(fā)育的主要原因[4]。

3.4其它條件

（1）自然因素。礦區(qū)氣晝夜溫差及季節(jié)性溫度的變化、風(fēng)化、凍融使巖層節(jié)理裂隙發(fā)育，降低了巖土層的抗剪強(qiáng)度；降雨、冰雪融化水的直接滲入降低了巖土體的粘聚力，使巖土層結(jié)構(gòu)受到破壞。礦區(qū)地面塌陷坑處于負(fù)地形，為降雨形成地表徑流的臨時排泄點(diǎn)，地表水對塌陷坑壁的沖刷、浸泡直接影響了覆蓋層及煤層采空區(qū)安全煤柱的穩(wěn)定性，易在地面產(chǎn)生塌陷。

（2）地震。礦區(qū)地處伊犁地區(qū)位于中亞的天山—貝加爾地震區(qū)和地中海地震區(qū)的匯合部位，為地震多發(fā)區(qū)，地震基本烈度為Ⅷ度，地震水平力對塌陷坑壁、采空區(qū)頂?shù)装?、殘留的安全煤柱的破壞，對礦區(qū)地面塌陷及采空區(qū)的影響較大。

（3）火燒。礦區(qū)煤層有一定的自燃，巖石存在不同程度的燒變現(xiàn)象，燒變后的巖石裂隙發(fā)育、結(jié)構(gòu)疏松，巖石力學(xué)強(qiáng)度低，加上采空區(qū)埋深較淺，地面塌陷坑未及時回填，巖石容易陷落、坍塌，易在地表產(chǎn)生地面塌陷。

（4）人為因素。礦區(qū)東側(cè)緊鄰昭蘇縣陽光煤礦，其采礦活動會間接影響到礦區(qū)采空區(qū)頂板的穩(wěn)定性，易引發(fā)地面塌陷的發(fā)生。

4防治措施建議

4.1鐵絲網(wǎng)圍欄

用鐵絲網(wǎng)圍欄將采空區(qū)形成總長約3128m隔離帶，按每10米布設(shè)水泥樁，每隔6根水泥樁設(shè)立一根支撐樁，并在圍欄拐角處設(shè)立一根支撐樁，圍欄的高度1.5m。在鐵絲網(wǎng)圍欄所在位置設(shè)置6個警示牌，地面塌陷分布區(qū)設(shè)置4個警示牌。

4.2削方回填

削方后的地形坡度小于5度。削方回填后將回填區(qū)填實(shí)，整個削方區(qū)進(jìn)行平整，恢復(fù)綠色，保持與周圍環(huán)境、地形地貌相協(xié)調(diào)[4、5]。

4.3伴生裂縫

為防止水體下滲引發(fā)地面塌陷的發(fā)生，對伴生裂縫應(yīng)進(jìn)行人工壓實(shí)充填，體積118.8m3。

參考文獻(xiàn)

[1]伊犁地區(qū)區(qū)域水文地質(zhì)普查報告（1：50萬）[R]. 新疆地礦局第一水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊，1985年。

[2] 新疆地質(zhì)圖（1：50萬）[R]，新疆地礦局第一區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊，1998年.

[3]新疆昭蘇縣陽光煤炭有限責(zé)任公司煤礦地質(zhì)環(huán)境保護(hù)方案[R]. 新疆華光地質(zhì)勘察總公司，2007年。

[4]新疆昭蘇縣昭管處煤礦采空區(qū)地面塌陷災(zāi)害專項勘查報告[R].新疆華光地質(zhì)勘察總公司，2009年。

[5]《新疆伊犁州昭蘇縣昭管處煤礦采空區(qū)治理方案說明書 [R]. 新疆科源礦業(yè)設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，2008年。