連云港新浦磷礦采空區(qū)地面塌陷預(yù)測探究

胡克榮　趙健

摘 要：本文通過對連云港新浦磷礦采空區(qū)地面塌陷的情況介紹，結(jié)合采空區(qū)頂板巖體巖性、巖層產(chǎn)狀、節(jié)理發(fā)育狀況、頂板完整度等情況，采用了臨界法對采空區(qū)頂板厚度進(jìn)行計算，確定了可能引發(fā)地面塌陷的采深范圍，其結(jié)論與實際情況基本相符，說明該方法對研究新浦磷礦采空區(qū)地面塌陷是一種可行的預(yù)測方法。

關(guān)鍵詞：采空區(qū)；地面塌陷；頂板穩(wěn)定性；采深

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.065

1 引言

連云港新浦磷礦始建于1967年，位于連云港市濱河新城以北，自建礦以來，分別在-50m、-80m、-240m中段淤泥流砂潰入坑道并引發(fā)地面塌陷52次，最近的一次發(fā)生在2013年12月23號，形成了直徑為108m的天坑。新浦磷礦地面塌陷給當(dāng)?shù)亟煌ㄟ\(yùn)輸、城市發(fā)展、工農(nóng)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生了嚴(yán)重影響，目前對采空區(qū)塌陷的預(yù)測分析還處于經(jīng)驗積累和摸索階段。因此，對新浦磷礦采空區(qū)地面塌陷成因的研究是十分有必要的。

2 地質(zhì)背景

礦區(qū)位于揚(yáng)子地臺北部邊緣，與華北地臺相接，大別-蘇魯超高壓變質(zhì)帶東段南側(cè)，郯廬斷裂帶東側(cè)，錦屏倒轉(zhuǎn)背斜東（正常）翼。礦區(qū)地層由東海群朐山組（Pt1dhq）、海洲群錦屏組（Pt2haj）和云臺組（Pt2-3hay1-1）及上覆第四松（Q）散碎屑沉積物所組成。

礦區(qū)位于錦屏倒轉(zhuǎn)背斜的南東正常翼的北段，為一單斜構(gòu)造，巖層走向10°～18°，傾向100°～108°，傾角34°～46°。礦區(qū)內(nèi)所見變質(zhì)巖為片巖類、片麻巖類、大理巖類、磷灰?guī)r類及花崗質(zhì)混合片麻類。區(qū)內(nèi)有小的斷裂構(gòu)造存在，沿走向均不連續(xù)。礦區(qū)內(nèi)含水層主要為第四系孔隙潛水和承壓含水層（組）以及基巖裂隙巖溶承壓含水層兩個含水層。第四系和風(fēng)化帶（-80m以上）含水層與（-80m以下）巖溶裂隙承壓含水層的水力聯(lián)系不明顯。

礦體賦儲存于錦屏組第一段含磷大理巖，白云二長片麻巖，云母片巖中。共有三條具開采價值礦體。以7號礦體為主，位于上部，其次為13號（系7號礦體分段）、11號、29號礦體及11號礦體，位于下部，礦體呈似層狀。夾層一般1-2層，巖性以含磷大理巖為主，片麻巖夾層較少。構(gòu)造簡單，無褶斷裂構(gòu)造。礦體向北東側(cè)伏，側(cè)伏角28°。

3 采空區(qū)基本概況

3.1 開采概況

新浦磷礦自1967年開始基建，1976年試產(chǎn)，經(jīng)過30多年的采礦活動，現(xiàn)共有十個中段分別為：-50m中段、-80m中段、-120m中段、-160m中段、-200m中段、-240m中段、-280m中段、-320m中段、-360m中段、-400m中段?，F(xiàn)-320m中段、-360m中段為生產(chǎn)中段，-400m中段為開拓工程中段。

3.2 采空區(qū)地面塌陷概況

曾在1978年4月至1980年4月期間，–50m中段由于采用分段崩落法采礦，致使第四系流砂和淤泥多次潰入坑道，并引起地面塌陷，特別是1983年11月24日在-42.2m標(biāo)高處地面塌陷面積達(dá)24410m2。為防范采空區(qū)繼續(xù)塌陷，不再采用分段崩落法采礦，而使用房柱法，同時加大了-80m中段的頂柱和間柱，使-80m以下的采礦和-50m中段隔離開來，防止礦層頂板冒落連通第四系砂層和淤泥。但 2013年12月23號，該采空區(qū)在-250m中段發(fā)生了地面塌陷，形成了直徑為108m的天坑。

4 采空區(qū)地面塌陷預(yù)測分析

新浦磷礦采空區(qū)頂板穩(wěn)定性主要與巖體巖性、巖層產(chǎn)狀、節(jié)理發(fā)育狀況、頂板完整度和礦層厚跨比等有關(guān)。

根據(jù)礦區(qū)實際開采情況，本次計算將巖石的內(nèi)摩擦角φ取47°，巷道寬度B 對-50m中段的巷道取2.0m，采礦區(qū)取礦房保安礦柱之間的距離12m，考慮到采礦時部分保安礦柱受損，B取15m，巖層的重度 取27kN/m3 ，P0=第四系重力+建筑物荷載=520-820kPa，取值考慮到地表為第四系松散沉積物及風(fēng)化層按最大厚度80m，重度取20 kN/m3，建筑物考慮到未來承建20層左右的樓房300kPa，計算結(jié)果見表1。

自地表起算，增加第四系及風(fēng)化層的厚度80m，結(jié)合上表數(shù)據(jù)預(yù)測認(rèn)為，-50m中段的2m巷道穩(wěn)定性差，采深在地面以下194.1m以淺地區(qū)為不穩(wěn)定區(qū)，采深在地面以下194.1-251.2m范圍穩(wěn)定性差，采深在地面以下251.2m以深地區(qū)為較穩(wěn)定區(qū)。

5 結(jié)論

本次估算的臨界深度251.2m與新浦磷礦塌陷坑實際情況相符，但礦區(qū)在開采過程中受地質(zhì)環(huán)境條件的變化以及人為不確定因素的綜合影響，其對采空區(qū)地面塌陷的預(yù)測自然是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，本文的分析方法只是把力學(xué)與礦山工程中的相關(guān)理論應(yīng)用于采空區(qū)地面塌陷的預(yù)測評價，存在一定的局限性，對新浦磷礦的塌陷探究還需進(jìn)一步系統(tǒng)的研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]國家煤炭工業(yè)局.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[S].北京：煤炭工業(yè)出版社，1999.

作者簡介：胡克榮（1983-），男，助理工程師，主要從事：水工環(huán)地質(zhì)工作。endprint