影响矿山采空区地表变形的因素分析

黄杰杰

（湖南省湘南地质勘察院，湖南 郴州 423000）

本次补充调查共完成调查面积1.89km2，调查区范围北至大溪村；东至杨梅湾一线；南至李家田；西至矿层露头线。根据调查类别及调查精度，共完成各类调查点226处，其中重点Ⅰ、Ⅱ区调查比例尺为1:2000，面积为0.27km2，调查点数达103个，一般区面积为1.62km2，调查比例尺为1:5000，各类调查点数为123个;完成物探勘查工作共4条高密度测线，根据实际需要测线布置方向完全不一致，实测物探勘探点共285个,剖面长度为4.845km；完成钻探工程共计1个钻孔，进尺为124.4m，并进行了相应的钻探编录、原位测试工作；完成1:2000实测剖面1.27km。

1 工程概况

调查区地处宜章县258°方向，直距19km，行政隶属梅田镇管辖。地理坐标为：东经112°49′37″～112°51′01″，北纬25°21′52″～25°22′51″。矿山交通以公路为主，有4km公路与省道S324相连，交通便利。调查区行政区域属梅田镇龙村管辖，位于宜章县258°方向，直距19km，区内交通以公路为主，有4km公路与省道S324相连，交通便利。工作区确定原则，西以矿层露头线为边界，东、北以移动边界兼顾人口居住区综合确定，南部考虑移动边界兼顾人口居住区和地形特点综合确定。

2 采空区域地面变形影响因素分析

在矿山开采工作过程中，地质灾害和地质环境发展背景情况有着直接的关联，地质环境是形成和引发地质灾害的重要基础，根据相关统计工作分析，可以得出采矿区域，地面地形地质灾害问题，主要的影响因素包含地形地貌条件、地层岩性条件、岩土结构过渡形式、地质构造条件、降水和地下水以及采矿活动等几大环节，其中采矿活动由于地面变形问题所产生的影响最为明显，因此需要针对采空区域地面变形影响因素进行分析[1]。

2.1 采空区域尺寸大小

研究区矿井保有资源储量分布于±0m～+350m 标高，垂高仅350m，矿山现在已形成+150m水平，已开采了多年。+150～±0m 还有150m 垂高，故将本矿井划分为2个水平开采，水平标高分别为+150m、±0m。回风水平Ⅰ-1、Ⅱ-1 采区为+200m；Ⅰ-3 采区为+350m。矿山保有资源储量分布连续平均走向长度仅 1600m左右，其他储量分布零星，根据情况采区走向长为800～1000m，边角储量由矿山自行布置巷道进行回采，如图1：

图1 稳定性分区图

2.2 采空区域规模影响效果

通过分析红泥畔南侧区与群集市塌坑结构，主要是因为老窑采空区前部地层结构所造成。但是由于这些区域的地质条件影响对象，主要是以林地荒地为主，对土地资源会产生直接性影响，但是该水平方向以上开采区域时间相对较长，造成采空区域基本处于相对比较稳定的工作状态[2]。采深采厚比影响效果，主要体现在工作区局部采深采厚比影响效果，主要影响地下水，造成地下水位下降，采空区顶板应力失衡，产生地面变形如表1。

表1 工作区局部采深采厚比

10号矿层结构顶板区域主要是以细砂岩为主，整体呈浅灰色和灰色，层状比较薄，呈块状结构，矿层厚度大小为7.5m。11号矿层顶板结构为泥岩结构，整体为深灰色薄层状，平均厚度大小为3.1m，11矿层底板位置为砂岩，主要是灰色、薄至厚层细中颗粒砂岩条件为主，厚度大小为7.5m。12－1顶板泥岩：深灰色，薄层状，平均厚2.1 m。12－1底板细砂岩：含较多灰色粉砂岩，局部夹泥岩或粉砂质泥岩、砂岩为薄层状，平均厚8.8m。12－2顶板泥岩：深灰色，薄层状，含植物化石碎片。平均厚10.1m。12－2底板粉砂岩：深灰色，薄层状粉砂岩，粉砂质结构，间夹细砂岩平均厚8.5m[3]。

2.3 地质构造条件影响

本区位于位于石子岭向斜北西翼，黄狗尾窝背斜东南翼，区内构造线总体是一倾向南东的单斜，沿走向自南西向北东呈北东—近东西—北东方向延展，倾角30°～50°。向斜西部边缘近黄狗尾窝背斜轴部，局部见地层倒转现象。区内次级褶曲发育，断层发育。由于断层均为压性或压扭性逆断层，破碎带一般较窄，充填较好，断层上下盘岩石致密，透水性差，故断层带含、导水性弱。但矿山资料认为断层导水性弱，在破坏自然状态情况下，会发生变化，节理裂隙发育，岩体破碎，破坏了岩层的完整性及连续性，局部富水性有所增强。调查区为二叠系龙潭组上段的含矿地层，资源开采破坏了地层原来的应力均衡状态，岩层在应力释放过程中产生的塑性、弹性变形导致矿层顶板冒落、崩塌，岩层的不均衡状态不断扩大、扩宽，逐渐波及到地表，使地面产生变形[4]。

2.4 其它因素影响

第一，矿柱影响：矿山为国有老矿山，矿山资料显示有相对专业的井下开采布置队伍，对保安矿柱的留设，基本上严格按照“三下采矿规程”布置，据矿山介绍，没有对保安矿柱进行回采。

第二，地下水影响：区内大规模民采开始与上世纪九十年代民采老窑，民采巷道错综复杂，毫无章法，一般见矿就挖，安全意识差，巷道内缺少有效支护措施，民采巷道一般采矿深度较浅，距地表深度一般在60～80m,不超过100m，多位于基岩风化层内，岩石内节理及风化裂隙发育，大气降水补给和第四系松散孔隙水易通过基岩裂隙进入巷道内，对巷道顶板形成浸泡、软化的作用，使力学强度进一步降低，岩石质量变差，会发生崩落垮塌现象，造成地面变形，形成地面不均匀沉降、地面塌陷、地裂缝等地质灾害。

3 稳定性评价和危险性评价和预防策略

3.1 根据定位变形特征进行稳定性评价

开采区域范围内采空地面变形问题，主要表现为地面塌陷、地表沉降，其中地面塌陷问题总共有一处，群集式塌陷坑T1分布在红泥畔南侧区域的农田位置，地表沉降问题在变形区域范围内造成比较严重的房屋裂缝情况。通常房屋沉降受损区域除了房屋墙体产生开裂，建筑屋内地板也产生比较细微的裂缝，从建筑体的损坏程度地表水和地下水的渗漏程度、地质灾害发育等三个方面，对采供区域的稳定性情况进行分析和评价，如图2。

图2 地表变形危险性分区图

通过将上述稳定区域划分工作的结果叠加进行综合分析，结合调查工作过程中地面结构的变形情况，矿山现生产工作的情况以及将地面变形问题影响区域，主要包含危险性大区、危险性中区，危险性中区又划分成2个相对稳定区域和1个不稳定性区域。

3.2 地表塌陷治理工作策略

地表塌陷问题主要有一处集体是塌陷坑，T1产生于2001年的4月，分布在红泥畔聚集区南侧的农田当中，群集是塌陷坑T1产生塌陷问题之后，对群集式塌陷坑进行了简单的回填工作，并且现阶段已经正常开始种植水稻。

3.3 地表沉降处理策略

采供区域范围内地表沉降造成的房屋受损，主要分布在树岭、红泥畔荒田畔区域造成房屋开裂情况。早些年间该区域的居民已经进行了搬迁，其他区域的房屋受损比较轻，受损的房屋主要是通过水泥填充缝隙的方式进行比较简单的制定，少数老旧的生土结构房屋产生的影响比较严重，主要表现在墙体结构开裂以及墙体变形倾倒。由于居民害怕房屋倒塌，通过使用木材将即将倾倒的墙体进行支撑，但是这种处理方式并不是非常安全[5]。

3.4 地裂缝处理工作策略

该区域范围内并没有出现明显的裂缝情况，存在一些细微的裂缝问题，通常和地表不均匀沉降所产生的影响有着直接关联。具体出现在矿山采空区域周围范围或，少数细微裂缝问题被可使用砂浆直接进行修复。

4 结语

综上，通过本文对改矿山采空区域的地表变形特点及其相关影响因素进行分析和总结，有效得出造成采空区域地表变形问题的影响因素包含采空区的尺寸大小、采空区的规模、地质条件以及其他构造影响等。通过提出采空区域的稳定性评价和分析工作方法，最大限度上提高矿山采空区的变形控制，提高矿山开采工作的安全性。