煤矿塌陷区环境地质问题及开发利用——以徐贾工业走廊建设规划区为例

何宝林，陈英东，刘春香

（徐州中国矿大岩土工程新技术发展有限公司，江苏徐州221008）

煤矿塌陷区环境地质问题及开发利用
——以徐贾工业走廊建设规划区为例

何宝林*，陈英东，刘春香

（徐州中国矿大岩土工程新技术发展有限公司，江苏徐州221008）

煤矿塌陷区开发利用是许多老工业城市发展的一种新方向，塌陷区地质环境问题对工程建设有一定的制约。以徐贾工业走廊建设规划区为例，提出规划区主要环境地质问题为煤矿采空地面塌陷，对规划区进行了专门性采空地面塌陷分析评价，结合将采空区塌陷的特征及现状条件，将环境地质现状分为5个区；对未来采空地面塌陷进行了预测分析，综合考虑了采空区终采时间、地面变形特征等，对规划区采空地面塌陷稳定性、适宜性进行评价、分区，提出防治措施，对规划区未来功能分区提供了指导性的建议。

环境地质；采空地面塌陷；稳定性分析；适宜性分区

1 概况

实践表明，充分重视并查明塌陷区地质环境问题，评价塌陷区场地稳定性和场地工程建设的适宜性，因地制宜，合理规划，并进行针对性的防治工程措施，塌陷区具有普遍良好的开发利用前景。

徐贾工业走廊建设规划区位于徐州市贾汪复式向斜中的潘家庵含煤盆地中，煤炭开采已有百年历史，是徐州市贾汪区未来规划开发利用区，面积约54.1km2。

2 环境地质条件

2.1 地形与地貌

规划区在地貌上位于鲁南丘陵的南缘，规划区为松散堆积平原区，标高在+30～+35.0m，地势平坦，从西北向东南方向略有倾斜，坡降不大于5‰。

2.2 地层岩性

规划区内地层属华北地层区鲁西分区徐宿地层小区。基底为太古界变质岩系，上元古界仅见青白口系、震旦系（不全），为一套碎屑岩沉积；古生界寒武系—奥陶系中统以碳酸盐岩为主，下部夹碎屑岩；缺失奥陶系上统—石炭系下统；石炭系中—上统为碎屑岩、煤层及灰岩互层；二叠系为碎屑岩夹煤层沉积。

全新统（Q34-Q14）岩性为粉砂、砂质粉土、粉质粘土，部分地段有淤泥质粉质粘土。中上更新统（Q2+3）为灰黄—褐黄色粘土、粉质粘土。

规划区位于潘家庵含煤盆地中北部和东南部，煤系地层为石炭—二叠系地层，主要地层有二叠系的上、下石盒子组地层，石炭系的太原组地层，含有约21层煤。规划区主要开采煤层为1、3、7、9、17、20、21煤。

2.3 水文地质条件

（1）地表水。规划区附近地表水系较发育，主要河流有京杭大运河、不牢河、屯头河、排洪道（仅极少部分段）、大寨河等。

（2）地下水。规划区地下水类型及含水层组按含水介质划分，可分为松散岩类孔隙水、碳酸盐岩类岩溶裂隙水、碎屑岩类裂隙孔隙水3大类。

规划区为高潜水位区，上部潜水位埋深1.0～3.0m，地表塌陷深度较大时导致上部潜水出露，形成塌陷水坑。

2.4 采空地面塌陷

规划区已有100多年的开采历史，目前已进入资源枯竭的阶段。在规划区内及周边已形成了大量的地面塌陷。规划区内2012年以前形成采空区面积30.64km2，采空区及采空塌陷影响区面积36.02km2。

规划区下沉较深塌陷区往往长年积水或季节性积水，现积水区有4大块，规划区西南侧，形成塌陷地块后经后期整理为渔塘，面积约1.25km2，平均积水深度3～3.5m，最深达7m。规划区南侧面积约0.14km2，平均积水深度3～3.5m，最深达7m。规划区东北侧总面积约1.18km2，平均积水深度3～3.5m，最深达7m。规划区西北侧面积约0.36km2，平均积水深度3～3.5m，最深达7m。在规划区内总积水面积为2.93km2。

3 专门性采空地面塌陷分析评价

3.1 塌陷区主要特点

（1）规划区主要煤矿及分布。本规划区地段位于贾汪煤田内，北东方向长约26km，最宽14.8km，面积163.74km2。该区分布有国有中型煤矿6个，省属煤矿6个及200多家小煤矿。目前中部地段一中型煤矿正在开采，其余煤矿在2001年底前关闭。

（2）采空地面塌陷现状评价。分积水区、中间区、斜坡区及煤层露头处小窑采空区等。分区见表1。

表1 规划区现状评价分区特征一览表

3.2 采空地面塌陷预测

依据资料，对评价区的未来要开采的1、3、9煤2012年后拟开采工作面进行统计，利用概率积分法进行未来开采沉陷分析预测，这一时期未来开采区域内地面最大下沉可达2.30m左右，受塌陷影响范围15.82km2。

4 稳定性评价分区

根据开采时间及采空塌陷等特征将规划区划分为稳定性差区(Ⅰ)、基本稳定性区(Ⅱ)及稳定性区(Ⅲ)3个区。其稳定性分区特征如表2所示。

5 适宜性评价分区

地质环境工程建设不适宜区(Ⅰ)分3个亚区(Ⅰ-1区、Ⅰ-2区、Ⅰ-3区)，基本适宜区（Ⅱ）分2个亚区（Ⅱ-1区、Ⅱ-2区），适宜区（Ⅲ）分一个区。

（1）地质环境工程建设不适宜区(Ⅰ)：

①未来煤炭开采地段或未来开采沉陷影响区段（Ⅰ-1）；

②2011-2013年开采塌陷区（Ⅰ-2）；

③小窑开采区（Ⅰ-3）；

（2）地质环境工程建设基本适宜区（Ⅱ）：

①地表移动已过活跃期采空塌陷区（Ⅱ-1）；

②地下无采空区分布，但受采空区波及影响区（Ⅱ-2）。

（3）地质环境工程建设适宜区（Ⅲ）：

地下无采空区且不受采空区波及影响区（Ⅲ）。

地质环境工程建设适宜性分区面积比例如图1所示。规划区适宜性分区如图2所示。

6 结论与建议

6.1 结论

（1）规划区现状条件下可分为稳定区、基本稳定区与非稳定区；

表2 规划区采空塌陷稳定性分区特征一览表

图1 地质环境工程建设适宜性分区面积比例图

（2）本规划区基岩构造为稳定或基本稳定的工程地质区，除需注意岩溶和地下水的不良工程地质作用外，是区内较好的中、高层或重要建筑（构筑）物的地基或持力层；

（3）规划区分为稳定性差区（Ⅰ）、基本稳定性区（Ⅱ）及稳定性区（Ⅲ）。稳定性差区分为3个亚区，基本稳定区分为2个亚区；

（4）地质环境工程建设适宜性划分为适宜区、基本适宜区及适宜性差区，其中适宜性差区划分为3个亚区，基本适宜区划分为2个亚区，适宜区为1个区。

6.2 建议

适宜性差区，是未来工程建设中主要的危险地带（段），特别是浅部开采区、小窑开采区、近期开采区，产生塌陷的可能性、危险性均极大，在规划建设活动中，一是要进行工程地质勘察、地质灾害危险性评价及场地地基稳定性评价，二是重要的建筑物、中高层建筑物不宜以上述地段作为规划地段，三是进行必要的治理设计、防治工程。

图2 规划区地质环境工程建设适宜性分区图

[1]徐贾工业走廊地质环境调查评价报告[R].徐州：徐州中国矿大岩土工程新技术发展有限公司，2013.

[2]徐州矿务集团有限公司旗山煤矿矿山地质环境保护与恢复治理方案[R].徐州：中国矿大岩土工程新技术发展有限公限，2012.

[3]地质图（徐州幅1∶200000）[E].江苏省地质局测队清绘整理，1977.

[4]吴士良，等.江苏省徐淮盐地区水文地质、工程地质综合评价报告(1∶50万)[R].徐州：江苏省第二水文地质工程地质大队，1985.

[5]林德昌，等.徐州幅区域水文地质普查报告(1∶20万)[R].江苏省第二水文地质工程地质大队，1980.

[6]徐州潘家庵矿区中段地质构造分析图[E].徐州矿务局旗山煤矿.

[7]李后尧，陆徐荣.江苏省徐州市郊区地质灾害调查与区划报告[R].徐州：江苏省地质调查研究院，2002.

[8]江苏省徐州市区工程地质勘察报告[R].徐州：江苏省地质矿产局第二水文地质工程地质大队，1989.

[9]江苏省徐州矿务集团权台煤矿矿井地质报告[R].徐州：徐州矿务集团权台煤矿，2000.

[10]江苏省徐州煤田韩桥煤矿夏桥井矿井地质报告[R].徐州：徐州矿务局韩桥煤矿，1991.

[11]江苏省连云港市煤炭工业公司白集煤矿二水平3层煤采掘工程平面图（1∶1000）[E].1990.

[12]江苏省连云港市煤炭工业公司白集煤矿二水平3层煤底板等高线图（1∶2000）[E].1990.

[13]徐州矿务局董庄煤矿矿井综合水文地质图[E].（1∶5000），1997.

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1004-5716(2015)08-0153-04

2014-09-05

2014-09-10

何宝林（1968-），男（汉族），陕西宝鸡人，高级工程师，现从事水文地质及地质灾害防治等方面工作。