以導(dǎo)水裂隙法預(yù)測煤礦地表塌陷區(qū)范圍
——以貴州安順某煤礦為例

周呈艷，肖 鴻

（貴州煤礦地質(zhì)工程咨詢與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中心，貴州貴陽550081）

在進(jìn)行煤礦土地復(fù)墾的過程中，有許多預(yù)測地表塌陷區(qū)的方法，諸如概率積分法、導(dǎo)水裂隙法等，但許多學(xué)者指出概率積分法預(yù)測的塌陷區(qū)范圍較大，不太適用于南方中高山地區(qū)；而導(dǎo)水裂隙法預(yù)測塌陷范圍比概率積分法要小且更符合實(shí)際情況，更適用我國南方如云南和貴州等地的中高山地區(qū)[1-2]。本文以貴州安順某煤礦為實(shí)例，采用導(dǎo)水裂隙法對該礦的地表塌陷區(qū)范圍進(jìn)行預(yù)測，為該礦土地復(fù)墾規(guī)劃提供依據(jù)。

1 項(xiàng)目概況

項(xiàng)目區(qū)位于普定縣北東方向貓洞鄉(xiāng)，屬貓洞鄉(xiāng)所轄。

項(xiàng)目區(qū)范圍內(nèi)及周邊出露的地層有上二疊統(tǒng)峨眉山玄武巖組（P3β）、龍?zhí)督M（P3l）、長興組（P3c）、下三疊統(tǒng)大冶組（T1d）、永寧鎮(zhèn)組（T1yn）及第四系（Q）。上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M為井田含煤地層，含可采煤層3層（0、8、9號煤層），可采煤層平均總厚3.60m。

項(xiàng)目區(qū)總面積459.2400hm2，項(xiàng)目區(qū)土地利用類型為水田、旱地、果園、有林地、灌木林地、其它林地、其它草地、坑塘水面、村莊、采礦用地、風(fēng)景名勝區(qū)及特殊用地等。

經(jīng)現(xiàn)場踏勘及資料分析，區(qū)內(nèi)已損毀土地主要是工業(yè)廣場的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程中對土地的壓占損毀，擬損毀的土地主要是新建的輔助工業(yè)場地和煤矸石臨時堆放場對土地造成的壓占損毀，還有生產(chǎn)過程中可能引發(fā)的地表裂縫、塌陷對土地造成的塌陷損毀。

2 導(dǎo)水裂隙法預(yù)測塌陷區(qū)范圍

2.1 導(dǎo)水裂隙法的原理

通過導(dǎo)水裂隙計算公式，求取導(dǎo)水裂隙帶最大高度,結(jié)合礦區(qū)上下山移動角參數(shù)以及地質(zhì)剖面確定塌陷影響范圍，扣除禁采區(qū)范圍，最后得出預(yù)測塌陷范圍。

導(dǎo)水裂隙帶高度根據(jù)《礦區(qū)水文地質(zhì)規(guī)程及勘探規(guī)范》[3]（附錄F：冒落帶導(dǎo)水裂隙帶最大高度經(jīng)驗(yàn)公式）進(jìn)行計算，見表1。

表1 冒落帶導(dǎo)水裂隙帶最大高度經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)測表

2.2 實(shí)例分析

根據(jù)資料，該礦開采0、8、9號煤層。故本次根據(jù)開采這3層煤的情況下來預(yù)測塌陷區(qū)。

（1）移動角。井田內(nèi)煤層平均傾角7°～15°。根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)特征及《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》[4]附錄五中附表5-3，參考附表5-1、附表5-2，走向移動角取75°，因此地表移動盆地移動角參數(shù)選取為走向移動角δ=75°，上山移動角γ=75°，下山移動角β=75°-0.6α=75°-0.6×23°≈61°。

井田為山區(qū)開采，且為3層煤疊層開采，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》附錄五—四—6，移動角減小5°～10°，取5 °，確定本區(qū)地表移動盆地移動角參數(shù)選取為：走向移動角δ=70°，上山移動角γ=70°，下山移動角β=56°。

（2）綜合作用厚度。井田內(nèi)3層煤疊層開采，其綜合作用厚度采用公式：

式中：Mn——第n層煤的綜合作用厚度，m（若煤層厚度不足2.2m則按2.2m取值）；

Mn-1——開采第n-1層煤的綜合作用厚度，m；

C——相鄰兩煤層間距n與兩煤層中靠下一煤層的可采厚度m之比的函數(shù)（查表可得）。

綜合作用厚度計算結(jié)果見表2。

表2 綜合作用計算結(jié)果表

（3）導(dǎo)水裂隙帶高度。礦區(qū)內(nèi)煤層平均傾角為7°～15°，為緩傾斜礦層，上覆巖層主要為石灰?guī)r、細(xì)砂巖等，根據(jù)礦層特性，本方案選取下列公式作為導(dǎo)水裂隙帶最大高度計算公式：

式中：H——導(dǎo)水裂隙最大高度，m；

M——可采礦層綜合作用厚度，m；

n——可采煤層層數(shù)。

根據(jù)上述綜合作用厚度計算結(jié)果，運(yùn)用導(dǎo)水裂隙帶最大高度公式分別計算各層導(dǎo)水裂隙帶最大高度H，得H0煤層=60.09m、H8煤層=74.97m、H9煤層=82.17m。

（4）塌陷范圍的確定.運(yùn)用剖面圖解法，將各層導(dǎo)水裂隙最大高度值標(biāo)注于剖面圖上,并結(jié)合上下山移動角確定其影響范圍，將各煤層影響范圍疊加，取最大范圍作為該礦預(yù)測塌陷范圍（見圖1）。將預(yù)測塌陷范圍投影到礦區(qū)地形圖上，從而圈定該礦區(qū)地表塌陷范圍（見圖2）。

3 土地?fù)p毀情況分析

3.1 面積、地類及損毀方式預(yù)測結(jié)果

經(jīng)過統(tǒng)計分析，預(yù)測塌陷面積為61.3679hm2，損毀地類為耕地、林地、草地，各類用地占地面積如表3所示，損毀方式為塌陷。

3.2 損毀程度分析

圖2 預(yù)測塌陷區(qū)范圍示意圖

根據(jù)本礦礦體賦存情況、開采技術(shù)條件及上覆巖層的結(jié)構(gòu)特性，再參照省內(nèi)相似礦區(qū)已塌陷情況及經(jīng)驗(yàn)結(jié)合實(shí)際情況對預(yù)測塌陷區(qū)域土地?fù)p毀程度進(jìn)行分析，本礦預(yù)測塌陷損毀程度見表4。

表3 預(yù)測塌陷區(qū)損毀前土地利用類型及面積匯總表（單位：hm2）

表4 預(yù)測塌陷區(qū)損毀損毀程度統(tǒng)計表（單位：hm2）

4 結(jié)論

通過預(yù)測分析，該礦塌陷損毀的土地面積為61.3679hm2，損毀的土地類型為水田、旱地、有林地、灌木林地、其他林地以及草地，在后期的土地復(fù)墾過程中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況盡可能地將土地恢復(fù)成損毀之前的地類，使土地資源得到合理利用。

[1]張合兵，王世東，李春意.煤礦區(qū)土地復(fù)墾中土地?fù)p毀預(yù)測方法研究[J].金屬礦山,2013(9).

[2]冉啟洋，楊洪.礦山土地復(fù)墾方案中對開采塌陷區(qū)預(yù)測方法的探討[J].貴州地質(zhì)，2010（27）.

[3]GB12719-91礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范[S].國家技術(shù)監(jiān)督局，1991.

[4]煤行管字[200]第81號文通知.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，2004.

[5]劉太琴，肖鴻，羅細(xì)梅，等.安順盤龍樹集團(tuán)投資有限公司普定縣貓洞鄉(xiāng)銅鑫煤礦（預(yù)留）土地復(fù)墾方案報告書[R].