大雁矿区地面塌陷监测方式及塌陷发育规律研究

邓燕　苑宏超　邢永胜　刘慧芬

摘要：内蒙古大雁矿区由于采矿活动，形成了采空区，采空区上方产生了地面塌陷地质灾害，本文通过对大雁矿区地形地貌、地层岩性及开采方式进行分析，总结了大雁矿区塌陷形成的机理，为后期矿区环境治理提供参考。

内蒙古自治区地域辽阔，矿产资源丰富，是我国重要的能源和原材料基地，素有“东林西铁，遍地是煤”之美誉，区内煤炭能源基地众多、储量大。各种不同的采矿方式产生的地面塌陷无论从形成机理，还是表现特征上都有很大差异，对不同地区和不同的开采方式形成的地面塌陷，以及历史遗留的地面塌陷和新形成的地面塌陷发育规律研究，需要因地制宜。大雁矿区自二十世纪八十年代以来，随着矿业开发强度的逐年加大，引发的地面塌陷（沉陷）地质灾害无论从规模上还是分布范围上都在逐年增加。对大雁矿区矿山地面塌陷进行全面系统的调查研究，采用合理的监测方法，为找出塌陷发育规律和特征提供理论依据，为以后科学可行的治理方案和治理措施提供依据。

1.矿区概况

1.1交通位置

大雁矿区位于大兴安岭西麓的海拉尔河中游，隶属于内蒙古自治区呼伦贝尔市鄂温克族自治旗巴彦镇，矿区东接牙克石市，西连海拉尔区，南邻巴彦嵯岗苏木，北至海拉尔河与陈巴尔虎旗相望。地理坐标为东经：120°10′12″～120°39′09″，北纬：49°06′18″～49°17′17″。矿区面积约230km²。

1.2地形地貌、地层岩性

大雁矿区地势为四周高中部低，呈盆地状，海拔标高在640m～900m之间，属寒温带大陆性半干旱气候，平均降水量为348mm。地下水类型可分为第四系松散岩类孔隙水、煤系孔隙、裂隙水，水位埋深5m～15m。植被类型为寒温型草甸草原，土壤类型以淡黑钙土和暗栗钙土为主。矿区北部及南部有水系和沼泽。

根据区域地质及矿区钻探资料，大雁煤田出露地层由下往上主要有：中生界白垩系下统龙江组（K_u）的陆相中酸性火山一沉积岩组合，白垩系下统梅勒图组（K_1m）的中基性火山岩夹中酸性火山碎屑岩及火山碎屑沉积岩，白垩系下统大磨拐河组（K1d）的含煤碎屑岩层，白垩系下统伊敏河组（K_1ym）的含煤地层及第四系海拉尔组（Q_h）的松散沉积物。

1.3煤层分布特征

大雁矿区含煤地层为中生界白垩系下统伊敏组和下部大磨拐河组。上部的伊敏组岩性为泥岩、粉砂岩夹煤层，含3层煤，目前在露天开采；下部大磨拐河组岩性为凝灰碎屑岩、泥岩、砂岩夹煤层，可划分为上、中、下三个岩段，厚度在24m-335m之间，含煤12层，为本区最有经济价值的含煤地层，其中27、28、30煤层为主采煤层，埋深70m～290m之间，顶板岩性细砂岩为主粉砂岩次之，结构较简单。该段煤层全部为井工开采，开采方式为机械化综放回采，顶板管理方式为全陷落法。地表为第四系松散沉积物，厚度在6m～52m之间。

2.矿区地面塌陷监测

2.1矿区地面塌陷监测区现状

本工程主要监测受地下采动影响地面塌陷情况，此工程监测点布设位置位于雁南矿区第17勘探线至第20勘探线之间，煤层及围岩属白垩系下统大磨拐河组中部含煤岩段。监测的采面为雁南矿东翼28-2煤层二段，工作面走向长度为1614米，工作面倾向长度为180米，煤层平均倾角为8°，煤层平均厚度为6.62米，平均采后为4m～6m，煤层平均采深为187.0米。该工作面利用综放回采工艺，开采水平在+550m～+350m。工作面对应地表高程在650m左右，地势较为平坦，大部分为耕地。

2.2地面塌陷监测点布置

本次监测共布设监测点26个，在采面走向方向布设15个，倾向方向上布设9个，各监测点点间距为50m。其观测线长度走向749.85m，倾向长400.40m。为了进行测量，布设控制点5个。

2.3监测点的测量

监测点的观测工作于2012年9月20日开始，每10天进行一次观测。2013年9月20日结束，观测时间为一年，共观测34次。

2012年9月20日到年末，通过监测，所有监测点未受采动影响，2013年1月25日的监测结果显示监测点Z15下沉量为0.3米，这是工作面距离Z15测点70米，说明在本地区地质条件下采深200米左右时，采动影响超前范围为70米左右。随着工作面的推进，监测点均开始塌陷，这是进入下沉活跃期观测，当工作面的回采推进一定距离后，地表下沉速度大于50mm/月。2013年4月30日测点Z15的下沉值为4.391米，与前后几次的观测值比较，可以得出Z15测点进入稳定期。工作面在2013年6月25日停采，通过各测点的观测数据显示到2013年8月末基本处于稳定期。

3.地面塌陷发育规律。

3.1大雁矿区地面塌陷类型

通过对大雁矿区矿山地面塌陷实地调查研究，归纳总结出了大雁矿区地面塌陷的主要类型为连续型沉陷即沉陷盆地，局部地区由于顶板的二次垮落形成较为平缓的塌陷坑。

3.2大雁矿区地面塌陷发育规律

连续型沉陷是指在采动的影响下，地表从原有标高向下沉降，在采空区上方地表形成一个比采空区面积大很多的沉陷区域，并最终形成地表移动盆地。连续型沉陷主要是由大规模深部开采形成的，地表变形在时间和空间上呈连续、渐变式发展，变形有明显的规律性。地表移动盆地的形成，改变了地面原有的形态，引起了地表高低、坡度及水平位置的变化。连续型沉陷可以分为沉陷盆地及盆地边缘地裂缝。

3.2.1沉陷盆地

在大雁沉陷盆地内，不同部位移动和变形的性质及大小各异。在采空区上方地表平坦，采动影响范围内没有大的地质构造的条件下，最终形成的地表移动盆地可划分为两个区域（见图1）：

（1）移动盆地的中间区域，称为中性区域。位于盆地的中央部位，此范围内地表均匀下沉，地表下沉值达到该地质采矿条件下应有的最大值，一般不出现裂缝。

（2）移动盆地的边缘区域，包括内边缘区域和外边缘区域。内边缘区域称为压缩区域，位于采空区边界附近到最大下沉点之间。在此范围内，地表下沉值不等，地表移动向盆地的中心方向倾斜，产生压缩变形，一般不出现裂缝。外边缘区域，又称为拉伸区域。位于采空区边界到盆地边界之间，此区域内地表下沉不均匀，地表移动向中心方向，产生拉伸变形，当拉伸变形超过一定数值后，地面产生拉伸裂缝。

3.2.2沉陷盆地边缘地裂缝

即上述外边缘区域，这一区域是沉陷盆地伴生地裂缝的主要分布区。

4.结论

地面塌陷监测结果为：本地区采深在200m以上时，地表呈现均匀缓慢下沉，一般不出现裂缝，但采深在100m左右时地表可见明显的裂缝。在大雁地区地质条件下，采深200m左右时，采动影响超前范围为70m左右。下沉速度约为55mm/天。采动后5个月基本稳定。

大雁矿区地面塌陷的主要类型为连续型沉陷即沉陷盆地，局部地区由于顶板的二次垮落形成较为平缓的塌陷坑。