A矿区采矿活动造成地面塌陷地质灾害预测

摘 要：本文以12、13、14三个主采煤层的埋深、煤层厚度及煤层倾角三个关键因素为切入点，通过类比当地矿区其他地质条件相似矿的参数，采用概率積分法、极值法和叠加原理，对A矿区开采可能引起的地面塌陷的危险性进行了初步估算。研究结果表明：该矿开采引起的地表变形严重程度为中度-重度破坏，采空区地面塌陷发生的可能性大，规模中等。研究成果对A矿区矿山地质环境评价提供了参考。

关键词：概率积分法；地面塌陷；叠加原理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.062

A矿区地处黄土高原鄂尔多斯盆地南部，地形南高北低，为丘陵沟壑区，地貌类型为黄土丘陵和山地，基岩零星露头，地形起伏平缓，利于排水，坡度一般小于20°。目前，该矿处于生产阶段，做好地面塌陷的预测工作，对保证矿山安全生产具有极为重要的意义。

1 煤层开采情况

井田含煤地层为石炭系上统太原组（C3t），煤矿开采煤层为12、13、14煤层，各煤层特征如下：

12煤层：煤层厚度0.95m～1.56m，平均厚度1.22m；

13煤层：煤层厚度1.06m～1.71m，平均厚度1.41m；

14煤矿：煤层厚度1.21m～2.49m，平均厚度1.83m。

煤层倾角均为25°～40°之间，平均倾角取32°，煤层采深一般在60～350m，埋藏相对较浅，总体上属结构简单的较稳定煤层。

2 地面塌陷预测

2.1 影响因素的分析

因煤矿主采12～14煤层，随着开采规模的扩大和全面垮落法的顶板管理方式，当煤层大面积采空放顶后，采空区净空加大，顶板弯沉，引起冒落带、裂隙带及整体移动带，当覆岩移动波及地表时，地表将出现有规律的移动变形，即为地表移动盆地。地表移动盆地的形成和大小与煤层厚度、倾角以及开采的范围、开采方式等因素相关。

本次预测以煤层埋深、煤层厚度及煤层倾角三个关键因素，估算整个井田范围内煤层开采时可能造成的地表移动与最大变形量。

2.2 地表移动变形预测

2.2.1 预测方法

根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》（以下简称“三下开采规程”），结合该矿的地质特征、煤层赋存条件、开采方法，按半无限开采缓斜倾煤层地表下沉主断面地表移动和变形值计算公式，采用概率积分法对地表变形进行预测，对于重复采动时地表移动预计的方法遵循“叠加原理”，即多层煤开采引起的地表移动与变形，是每层煤开采引起的地表移动和变形在时间和空间上的叠加。预测公式为：

2.2.2 参数的选取

参照《三下开采规程》中推荐的“按覆岩性质区分的地表移动一般参数综合表”计算得出的相关参数值见表1。

2.2.3 地表最大下沉、移动与变形值预测结果

地表移动和变形受煤层厚度、上覆岩层的厚度和岩性、边界角和移动角等因素的影响。根据确定的参数值，用极值法确定地表的下沉、移动和变形值。

地表移动变形值计算结果见表2。

从表2可以看出，待所有煤层采完后，其采空区塌陷叠加的最大值为2.91m，平均为2.55m。煤炭开采对地表移动的影响范围是采空区本身在平面上向外扩展115-147m。

根据地面塌陷对地表变形严重程度评价影响等级表（表3），该矿开采引起的地表变形严重程度为中度-重度破坏，采空区地面塌陷发生的可能性大，规模中等。

3 结果讨论

需要注意的是煤矿没有观测资料，所以概率积分法中所需的基本参数，是通过类比当地矿区其他地质条件相似矿的参数和《三下开采规程》中的地表移动变形基本参数，结合本井田的实际开采情况和地质条件来确定的，故本次计算结果为初步估算。

综上，建议矿山在开采过程中，严格按照矿山设计方案和开采方案，严格按照相关采矿标准和技术要求进行开采，尽量减少对地质环境的影响，重点关注采空区地面沉陷造成的破坏。同时，应结合实际煤层采厚、采深和开采顺序对地表沉陷区等主要地质灾害隐患点开展监测预防，出现隐患及时采取应对措施，更好的指导矿山企业的生产。

作者简介：马少东（1989-），男，宁夏中宁人，本科，学士，助理工程师，研究方向：地质工程。