慶泰煤礦地質(zhì)環(huán)境問題現(xiàn)狀分析及預(yù)測探討

劉丹

摘 要：煤礦地下開采主要是通過開挖井巷將埋藏在地下不同深度的煤炭開采并運送出地面，如果沒有特殊要求，在井下采場回采后一般對采空區(qū)不做充填處理，隨著工作面向前推進(jìn)，在回撤支柱放頂后采空區(qū)頂板垮落，充滿采空區(qū)，因此，煤層的地下開采肯定會對其丄覆巖層造成較大影響。該文選取一個地方案例，分析該煤礦地質(zhì)環(huán)境問題現(xiàn)狀，并通過計算，預(yù)測出閉礦后的地表塌陷范圍和地表最大下沉值，以供探討。

關(guān)鍵詞：煤礦 采空區(qū) 地質(zhì)環(huán)境問題現(xiàn)狀分析 最大下沉變形值

中圖分類號：TD167 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）10（a）-0047-02

1 礦區(qū)概況

1.1 地理位置

平頂山市慶泰煤業(yè)有限公司煤田位于平頂山市寶豐縣大營鎮(zhèn)宋坪村西約1 km處。礦區(qū)東南距寶豐縣城約20 km，距平煤集團(tuán)韓莊車站約3 km，距韓莊-寶豐公路約1.5 km。G207國道從礦區(qū)穿過，工業(yè)場地有簡易公路通往207國道，交通極為方便。

1.2 氣象

該區(qū)屬大陸性半干旱氣候，四季分明。年平均降水量為772.7 mm，最大降水量為1 235.5 mm，最小降水量為550 mm，降水多集中在6～8月。冬季多西北風(fēng)，夏季多東南風(fēng)。年平均氣溫+14.5 ℃，最高氣溫+43.4 ℃，最低氣溫-9.1 ℃。霜凍期一般為當(dāng)年10月上旬至次年3月上旬，最大凍土深度22 cm。

1.3 地形地貌

井田位于平頂山煤田西部韓梁礦區(qū)，屬丘陵地貌，井田內(nèi)地勢總體東北低，西南高，坡形較陡，植被較差，地面標(biāo)高在+265～470 m，相對標(biāo)高差約205 m。區(qū)內(nèi)無河流，無重要建筑物，季節(jié)性沖溝發(fā)育，泄洪條件較好。

1.4 地層

礦區(qū)屬半掩蓋型地層。根據(jù)鉆孔、井巷揭露和區(qū)域地層資料，以沉積時序和接觸關(guān)系，礦區(qū)范圍內(nèi)賦存的地層由老至新有：上寒武統(tǒng)崮山組、中石炭統(tǒng)本溪組、上石炭統(tǒng)太原組、下二疊統(tǒng)山西組和下石盒子組、上二疊統(tǒng)上石盒子組、第四系。其中主要含煤地層為上石炭統(tǒng)太原組、下二疊統(tǒng)山西組、下石盒子組、上二疊統(tǒng)上石盒子組。

1.5 地質(zhì)構(gòu)造

韓梁礦區(qū)位于華北板塊南緣，華熊坳陷，澠池-確山陷褶斷束中段，三門峽-魯山斷裂帶的北東側(cè)。區(qū)域斷裂、褶皺構(gòu)造發(fā)育，主要的斷裂構(gòu)造是青草嶺逆斷層，李坪段嶺、謝河、大莊、雙頭山正斷層，東部的大莊向斜則是主要的區(qū)域褶皺構(gòu)造。斷裂和褶皺總體呈NW與NNW向展布，大莊向斜與青草嶺逆斷層控制了煤層的分布和賦存狀態(tài)。

慶泰礦井田位于韓莊～梁洼向斜的西翼，井田主體為一單斜構(gòu)造，地層總體走向330°左右，傾向56°，傾角6°～27°，只是在井田東部受區(qū)域構(gòu)造及斷層活動影響地層產(chǎn)狀有所變化。煤層產(chǎn)狀與巖層產(chǎn)狀一致，沿走向和傾向變化不大。

據(jù)礦井開采揭露，井田內(nèi)小斷層較為發(fā)育，其斷距一般小于3～5 m。

綜上所述，井田地質(zhì)構(gòu)造條件復(fù)雜。

1.6 地震

根據(jù)國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB 18306—2001《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（河南省部分），該區(qū)地震動峰值加速度為0.05 g，相應(yīng)的基本烈度為Ⅵ度，其地震設(shè)防為Ⅵ級。

1.7 水文地質(zhì)條件

根據(jù)地下水賦存條件、水力特征及含水層的空隙性等將區(qū)內(nèi)含水層劃分為碳酸鹽類巖溶裂隙含水層（組），碎屑巖類孔隙裂隙含水層（組），松散巖類孔隙含水層。

其中碳酸鹽類巖溶裂隙含水層（組）包括寒武、石炭系，是區(qū)內(nèi)礦井主要充水含水層。

1.8 地下水補給、徑流與排泄條件

慶泰煤礦位于韓梁礦區(qū)西北部，井田內(nèi)地表水體不發(fā)育，屬區(qū)域地下水的補給-徑流區(qū)。

2 礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害問題現(xiàn)狀分析

該礦屬于地下開采，礦山一4煤層尚未動用，現(xiàn)有的二1煤層采空區(qū)面積71 475 m2，現(xiàn)均已趨于穩(wěn)定，對地面影響小。相鄰的4個礦區(qū)也處于停產(chǎn)狀態(tài)中，各礦區(qū)內(nèi)采空區(qū)對地面的影響已基本趨于穩(wěn)定。通過此次調(diào)查走訪情況，地面未見明顯的地面塌陷及地裂縫，區(qū)內(nèi)房屋也未見明顯開裂、歪斜等現(xiàn)象。

緊鄰主井風(fēng)井工業(yè)廣場東南側(cè)有一個煤矸石堆，堆高2～4 m，現(xiàn)狀條件下，未發(fā)生崩塌等地質(zhì)災(zāi)害，地質(zhì)災(zāi)害危險性小，對礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度較輕。煤矸石堆占地面積約為1 435 m2，破壞地形地貌景觀，使礦山微地貌發(fā)生改變，對地形地貌景觀的破壞較嚴(yán)重，因些現(xiàn)狀條件下對該區(qū)域地形地貌景觀的影響程度較嚴(yán)重。

礦區(qū)內(nèi)共有3個工業(yè)場區(qū)（主井風(fēng)井工業(yè)廣場、工業(yè)廣場、副井工業(yè)廣場），在該區(qū)域內(nèi)進(jìn)行了主井、風(fēng)井井筒及井架的修建，以及空壓機房、機修廠等配套設(shè)施的修建；并在主井保護(hù)煤柱區(qū)之外，復(fù)采區(qū)之上，修建了職工宿舍、科室宿舍、家屬區(qū)等；這些建筑的修建對地面進(jìn)行了平整及開挖，破壞了原有的地形地貌形態(tài)，對地形地貌景觀影響較大。

3 礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害問題預(yù)測探討

3.1 地面塌陷、地裂縫范圍的預(yù)測

該礦設(shè)計采用傾向長壁炮采放頂煤采煤法、后退式開采、全部垮落法管理頂板。根據(jù)開采的實踐經(jīng)驗和觀測資料分析結(jié)果表明，長壁式全垮落采煤法采空區(qū)上方地表的移動變形是一個長期的過程，工作面停采時間越長，其殘余沉降量越小。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》（煤行管字[2000]第81號），走向邊界移動角δ0取72°、上山邊界角γ取72°，下山邊界角β采用67°。

根據(jù)煤層底板等高線、采深、塌陷移動用等參數(shù)，利用剖面法劃定了地面塌陷范圍，繪制了平面上可能引發(fā)地面塌陷范圍為0.51 km2。但因為該礦區(qū)四周有相鄰煤礦，且邊界相鄰緊密，故只考慮礦界以內(nèi)的塌陷，塌陷面積0.364 6 km2。

3.2 煤礦開采引起地表移動變形預(yù)測

據(jù)國內(nèi)外采礦經(jīng)驗認(rèn)為，當(dāng)煤層采深采厚比小于30時，煤采出一定面積后，會引起巖層移動并波及到地表，其地表沉陷和變形在空間上和時間上都有明顯的不連續(xù)特征，地表變形劇烈，煤礦采空區(qū)上方會形成較大的裂縫或塌陷坑。當(dāng)采深采厚比介于30～100之間，地層中沒有較大地質(zhì)構(gòu)造破壞情況下，煤層采出一定面積后，會引起巖層移動并波及到地表，其地表沉陷和變形在空間上和時間上都有明顯的連續(xù)性和一定的分布規(guī)律，常表現(xiàn)為地表移動盆地。

3.3 礦山開采誘發(fā)地表變形延續(xù)時間估算

煤層開采后形成地表移動變形的過程，將會持續(xù)一定時間，其地表變形移動速度由零逐漸增大，達(dá)到一定值后，又逐漸縮小基本趨于零。

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》（煤行管字[2000]第81號），認(rèn)為累積地表下沉10 mm時為移動期的開始時間；連續(xù)6個月下沉值不超過30 mm時，可認(rèn)為地表移動期結(jié)束；從地表移動期開始到結(jié)束的整個時間稱為地表移動的延續(xù)時間；將地表移動的延續(xù)時間分為初始期、活躍期、衰退期。在無實測資料時，地表移動的延續(xù)時間（T）可根據(jù)下式計算：

T=2.5H（d）

式中：H為工作面平均采深（m）。

礦山開采深度185～240 m，利用上述公式計算得，地表移動變形延續(xù)時間T為1.27～1.64年。

4 結(jié)語

根據(jù)以上分析可得出結(jié)論：礦區(qū)北側(cè)擬采區(qū)區(qū)域、2008年及2009年采空區(qū)區(qū)域沉降值達(dá)到7 640 mm，最大水平變形值達(dá)到 39.68 mm。因此，預(yù)測引發(fā)地面塌陷及地裂縫的可能性大，采空塌陷區(qū)內(nèi)地面塌陷及地裂縫對地面建筑及土地破壞程度大，其危險性大，影響程度嚴(yán)重。

參考文獻(xiàn)

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