某煤矿采空区塌陷影响范围的研究

2015-04-14陶干强

科技视界 2015年17期

关键词：斜井采空区矿山

赵旺陶干强

（南华大学核资源工程学院，湖南衡阳 421001）

某煤矿采空区塌陷影响范围的研究

赵旺陶干强

（南华大学核资源工程学院，湖南衡阳 421001）

湖南某煤矿进行井下开采后，在采空区上部及邻近区域内发现部分居民房屋开裂，部分池塘、水井干涸，局部地表塌陷和漏水等严重影响当地生态环境和人民生命财产安全的现象，在充分了解该煤矿采空区的分布情况和现状的基础上，用解析法确定了采空区塌陷影响范围，具有一定的工程实践意义。

煤矿采空区；影响范围；地面塌陷

0 引言

煤炭作为一种现代社会不可缺少的能源，得到了大规模的开采和利用。市场需求据预测2015，2020，2030年煤炭需求量分别为37～39，39～44，45～51 亿 t[1]。据统计，我国开采万吨原煤地表塌陷面积为867.1m2[2]，以38亿t计算，每年造成的新增塌陷面积为3.29亿hm2。在煤炭开采带来巨大的经济效益的同时，也带来了不可忽视的地质灾害和环境问题。湖南某煤矿进行地下开采后，在采空区上部及邻近区域内发现部分居民房屋开裂，部分池塘、水井干涸，局部地表塌陷和漏水等现象，严重影响当地生态环境和人民生命财产安全。因此在充分了解该煤矿采空区的分布情况和现状的基础上进行采空区塌陷影响范围研究具有一定的工程实践意义[3]。

1 矿山概况

该矿山开采范围为：北起62线北55m，南至56线南40m，南北长3.2 km、东西宽1.5 km，井田面积约4.8 km2，矿脉呈北东向带状分布。矿区内地形起伏不大，属丘陵山区，地势总体为南高北低，丘陵间发育冲沟，地形坡度一般为10～25°，相对高度10～50m。地貌上属构造剥蚀红色中丘地貌及侵蚀冲沟地貌，井田内出露的地层主要有二叠系、三叠系、白垩系和第四系，各地层岩性一般多由粉砂岩、砂质泥岩、细砂岩、砂质泥岩、石英砂岩、泥岩、炭质泥岩及煤组成。井田内断裂构造发育，构造较复杂（见图1）。褶皱断裂发育，以压（扭）性断裂为主，主要为逆掩断层，其次为逆冲断层，大部分是NW向，如图中的F22、F24、F28、F34。研究内无常年水流，仅有一小溪，水量一般较小，随季节变化明显，具间歇性。区内地表水体主要分布于池塘内，水量较小，自然状态下，与地下水无水力联系，水文地质条件属简单类型。工程地质条件中等，需边采边支护。煤层厚度变化极大，出现大片不可采区，属不稳定-极不稳定之中薄煤层。

图1 研究区剖面地质简图（据矿区1：5000勘探资料修编）

矿山采用斜井开拓，走向壁式采矿法采煤，边界式通风，分级排水，全部陷落法管理顶板。采区共见煤层（B1、B2、B3、B4、B5、B6）6 层，主采B2、B3、B5煤层，这三个可采煤层发育程度不尽相同：B3煤层发育最好，B2煤层次之，B5煤层相对较差（见表1）。研究区内岩体主要由神皇山组、大冶组、大隆组、龙潭组等地层组成，岩石的抗压强度范围是35.3～120.4MPa，属较坚硬～坚硬类岩石，岩体质量等级为Ⅱ～Ⅲ级。各煤层属薄～中厚煤层，煤层稳定性较差，力学强度低，属软岩。

矿井建于1969年，至1988年底-100m水平以上煤层基本采完，仅剩难以利用的储量和保安煤柱，1998年主斜井落底于-200m投入生产，至1998年底，矿山开采范围内-150m标高以上煤层基本采完，部分地段采至-200m。至2002年底，-200m以上煤层已基本采完，残留部分为煤层厚度小于可采厚度的不可采区，开拓工程已达-270m。2002年以后矿山主要开采-200～-300m水平，开采方案为-300m水平开拓方案，即暗主斜井延深开拓。2003年～2014年，暗主斜井从-200m延深开拓至-300m。

表1 可采煤层特征表

2 解析法确定塌陷影响范围

目前国内划定地表塌陷范围可根据矿区地表移动角参数中的边界角、移动角或裂缝角圈定，对于低潜水位地区，以移动角或裂缝角划定地表塌陷范围较为合适[4]。此矿山位于丘陵山区，故本次计算通过井上井下参考对照图上按移动角划定采空区地表塌陷影响范围。地表的移动和变形主要集中在开采边界上方区域为2R的范围内，主要影响范围边界与开采边界的直线与水平所成的夹角θ有关，塌陷区影响半径[5]计算：R=H×tanθ。（见图 2），式中；R 是主要影响半径，H 为采深，θ为岩层移动角。地表上山移动角取γ=70°，下山移动角为β=70°-0.6а（а为煤层倾角），走向移动角δ=β～70°。工作步骤为：通过矿区平面图，确定各采空区在剖面图具体分布位置，采用移动角直接确定采空区的影响范围，最后投影到地面转换成平面影响范围。