采空区地面塌陷危险性预测

王联军

（新疆有色地质勘查局地球物理探矿队 乌鲁木齐 830011）

新疆矿产资源极为丰富，近十几年的矿业开发带动了经济的发展，但是经营者追求经济效益，环境保护意识淡薄，大量的矿山无序过度开采，矿山局部地区诱发崩塌、滑坡、泥石流、采空区地面塌陷等地质灾害，尤其是地面塌陷灾害。随着新疆资源大开发的加速，地面塌陷灾害的预防与治理已迫在眉睫。本文以哈密红石矿业有限公司铜锌矿实地考察和矿区开采数据为依托，对矿山开采可能引发的地面塌陷的范围进行预测，为矿山的开采和治理提供科学依据。

1 矿山概况

新疆哈密红石矿业有限公司2000t/d铜锌矿工程建设项目位于新疆哈密市西南部五堡乡，建设项目中心地理坐标为：东经 91°55′53″，北纬 42°37′56″。西侧紧邻吐鲁番地区鄯善县，北距312国道约100km。

评估区属低山丘陵区，地势平坦。最低侵蚀基准面573m标高，最高山丘605.55m标高，最大相对高差32.55m。低山丘陵为准平原状的丘陵地貌。宽谷中为平缓戈壁地貌，相间的低山丘陵为准平原状的丘陵地貌。评估区地形地貌较条件简单。

评估区场地揭露地层为全风化～中等风化凝灰岩，局部有英安玢岩。矿区部分近地表0－5.0m深度内普遍分布有第四系残坡积物，局部地段可达10m左右，第四系残坡积物结构松软，为碎土状。

根据地下水赋存条件、水理性质、水力性质将评估区地下水划分为基岩裂隙水，评估区无地表水分布。评估区地下水类型为碎屑岩类孔隙裂隙水，由中生界和第三系含水层组成。中新生界出露地段海拔不高，由于区内降雨稀少，蒸发强烈，地下水补给条件差，而岩层中又富含石膏、可溶盐类，因此富水性较差，单井涌水量一般小于10 m3/d。水化学类型为Cl·SO4-Na·Ca型水。

该区域地下水主要接受大气降水的垂直补给及区域地下水径流补给，通过地面蒸发等排泄。地表水和地下水对工程建设的影响极小，评估区水文地质条件简单。

2 地面塌陷的预测

地面塌陷是指地表岩土体及赋存其中的水、气所组成的综合体系，在自然或人为因素作用下，产生各种破坏其稳定平衡状态的力学效应，导致岩土体覆盖层向下陷落，并在地面形成塌陷坑（洞）的一种地质现象。

评估区为非岩溶区，红海矿区、红山矿区、红石矿区均采用地下开采，矿体及其围岩岩石性质致密、坚硬、完整，岩石质量好-极好，稳固性好。红石矿区现有3个地下采场，分别是40114采场：采空区面积71.33㎡，顶板埋深472.5m，采空区深度33.5m；40117采场：采空区面积50㎡，顶板埋深465m，采空区深度26m和1203采场：采空区面积124㎡，顶板埋深393m，采空区深度21m。

红石矿区采空区导水裂隙带（冒落带）最大高度计算。

依据矿山水文地质工程地质勘探规范（DB12719-91）中关于冒落带导水裂隙带最大高度的经验公式进行计算。

40114采场、40117采场和1203采场岩体的倾角大约为61°-85°，顶板岩石抗压强度为38.00-39.40 MPa，计算导水裂隙带最大高度，选取公式Hc=0.5M计算冒落带最大高度，经计算，40114采场冒落带最大高度为2m，导水裂隙带最大高度31.7m；40117采场冒落带最大高度2.02m，导水裂隙带最大高度28m；1203采场冒落带最大高度1.6m，导水裂隙带最大高度23m。

矿山开采形成的采空区顶板埋深最小埋深33m，大于导水裂隙带最大高度，不易引发地面塌陷，现场调查也未发现地面塌陷迹象，危害程度小，危险性小。

表1 冒落带导水裂隙带最大高度经验公式表

表2 冒落带、导水裂隙带最大高度计算一览表

3 总结

本文根据矿山的数据资料，运用数学方法计算出的采空区地面塌陷的位置和面积与根据实际情况和经验评估得出的地面塌陷为位置和面积基本一致，对地面塌陷地质灾害危险性评估工作应该说可以满足其精度要求。

矿层地下开采形成的采空区以及开采过程中顶板稳定性受自然和不确定人为因素的综合作用，其评价是一个复杂的系统工程，并且其随着地质环境条件变化。即使预测采矿活动不会引起地面塌陷，但随着时间和条件的改变，也可能对建设工程造成破坏。所以，预测评估并不代表现状评估，有一定的局限性。