连云港新浦磷矿采空区地面塌陷预测探究

胡克荣　赵健

摘 要：本文通过对连云港新浦磷矿采空区地面塌陷的情况介绍，结合采空区顶板岩体岩性、岩层产状、节理发育状况、顶板完整度等情况，采用了临界法对采空区顶板厚度进行计算，确定了可能引发地面塌陷的采深范围，其结论与实际情况基本相符，说明该方法对研究新浦磷矿采空区地面塌陷是一种可行的预测方法。

关键词：采空区；地面塌陷；顶板稳定性；采深

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

1 引言

连云港新浦磷矿始建于1967年，位于连云港市滨河新城以北，自建矿以来，分别在-50m、-80m、-240m中段淤泥流砂溃入坑道并引发地面塌陷52次，最近的一次发生在2013年12月23号，形成了直径为108m的天坑。新浦磷矿地面塌陷给当地交通运输、城市发展、工农业发展产生了严重影响，目前对采空区塌陷的预测分析还处于经验积累和摸索阶段。因此，对新浦磷矿采空区地面塌陷成因的研究是十分有必要的。

2 地质背景

矿区位于扬子地台北部边缘，与华北地台相接，大别-苏鲁超高压变质带东段南侧，郯庐断裂带东侧，锦屏倒转背斜东（正常）翼。矿区地层由东海群朐山组（Pt1dhq）、海洲群锦屏组（Pt2haj）和云台组（Pt2-3hay1-1）及上覆第四松（Q）散碎屑沉积物所组成。

矿区位于锦屏倒转背斜的南东正常翼的北段，为一单斜构造，岩层走向10°～18°，倾向100°～108°，倾角34°～46°。矿区内所见变质岩为片岩类、片麻岩类、大理岩类、磷灰岩类及花岗质混合片麻类。区内有小的断裂构造存在，沿走向均不连续。矿区内含水层主要为第四系孔隙潜水和承压含水层（组）以及基岩裂隙岩溶承压含水层两个含水层。第四系和风化带（-80m以上）含水层与（-80m以下）岩溶裂隙承压含水层的水力联系不明显。

矿体赋储存于锦屏组第一段含磷大理岩，白云二长片麻岩，云母片岩中。共有三条具开采价值矿体。以7号矿体为主，位于上部，其次为13号（系7号矿体分段）、11号、29号矿体及11号矿体，位于下部，矿体呈似层状。夹层一般1-2层，岩性以含磷大理岩为主，片麻岩夹层较少。构造简单，无褶断裂构造。矿体向北东侧伏，侧伏角28°。

3 采空区基本概况

3.1 开采概况

新浦磷矿自1967年开始基建，1976年试产，经过30多年的采矿活动，现共有十个中段分别为：-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。现-320m中段、-360m中段为生产中段，-400m中段为开拓工程中段。

3.2 采空区地面塌陷概况

曾在1978年4月至1980年4月期间，–50m中段由于采用分段崩落法采矿，致使第四系流砂和淤泥多次溃入坑道，并引起地面塌陷，特别是1983年11月24日在-42.2m标高处地面塌陷面积达24410m2。为防范采空区继续塌陷，不再采用分段崩落法采矿，而使用房柱法，同时加大了-80m中段的顶柱和间柱，使-80m以下的采矿和-50m中段隔离开来，防止矿层顶板冒落连通第四系砂层和淤泥。但 2013年12月23号，该采空区在-250m中段发生了地面塌陷，形成了直径为108m的天坑。

4 采空区地面塌陷预测分析

新浦磷矿采空区顶板稳定性主要与岩体岩性、岩层产状、节理发育状况、顶板完整度和矿层厚跨比等有关。

根据矿区实际开采情况，本次计算将岩石的内摩擦角φ取47°，巷道宽度B 对-50m中段的巷道取2.0m，采矿区取矿房保安矿柱之间的距离12m，考虑到采矿时部分保安矿柱受损，B取15m，岩层的重度 取27kN/m3 ，P0=第四系重力+建筑物荷载=520-820kPa，取值考虑到地表为第四系松散沉积物及风化层按最大厚度80m，重度取20 kN/m3，建筑物考虑到未来承建20层左右的楼房300kPa，计算结果见表1。

自地表起算，增加第四系及风化层的厚度80m，结合上表数据预测认为，-50m中段的2m巷道稳定性差，采深在地面以下194.1m以浅地区为不稳定区，采深在地面以下194.1-251.2m范围稳定性差，采深在地面以下251.2m以深地区为较稳定区。

5 结论

本次估算的临界深度251.2m与新浦磷矿塌陷坑实际情况相符，但矿区在开采过程中受地质环境条件的变化以及人为不确定因素的综合影响，其对采空区地面塌陷的预测自然是一个复杂的系统工程，本文的分析方法只是把力学与矿山工程中的相关理论应用于采空区地面塌陷的预测评价，存在一定的局限性，对新浦磷矿的塌陷探究还需进一步系统的研究。

参考文献：

[1]国家煤炭工业局.建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程[S].北京：煤炭工业出版社，1999.

作者简介：胡克荣（1983-），男，助理工程师，主要从事：水工环地质工作。endprint