新疆昭苏县昭管处煤矿采空区地面塌陷灾害发育特征及防治措施建议

李斌　张静　张菊秀

[摘要]新疆昭苏县昭管处煤矿地面塌陷及采空区的存在给周边牧民造成了威胁，对地形地貌破坏也较大，一定程度上制约了当地的畜牧业发展。本文通过对该矿区地面塌陷灾害发育特征、形成条件进行研究，提出灾害防治措施建议，为后续防治工程设计、施工提供依据。

[关键词]地面塌陷 采空区 发育特征 影响因素 防治措施

[中图分类号] X752 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-8-360-1

1基本概况

新疆昭苏县昭管处煤矿位于昭苏县城北西约13km的农四师，行政区划属新疆伊犁哈萨克自治州昭苏县管辖。昭管处煤矿地处中山区[1]，植被覆盖率高，煤炭资源较丰富，既是昭苏县重要的牧区之一，也是昭苏县重要的能源基地。

该煤矿煤系地层为中侏罗统西山窑组（J2x）[2]，煤层走向东西，倾向NE，倾角约8°，共赋存有4层煤，由上至下，煤层编号分别为1号、2号、3号及4号，地表未见煤层露头，煤层埋深小于120m，煤矿主采2号和4号煤层。2号煤层平均厚度4m，全区不稳定，煤层储量小，开采时间短，形成了一定范围的采空区，面积较小。4号煤层为全区稳定可采煤层，平均厚度7m，是矿区采空区形成的主要原因[3]。煤矿闭坑后，地面塌陷坑分布众多，稳定性大部分较差[4]。

2地面塌陷灾害发育特征

2.1地面塌陷

矿区内发育地面塌陷坑138个，坑长3-49m，宽3—35m，坑深一般0.7-9.3m，坑口面积8.2—1078.9m2，规模均属于小型[4]。地面塌陷发育的微地貌主要为山坡，次为阶地，总体呈近东西向展布，与煤层的走向基本一致，走向上分布最多，倾向上分布较少。立面形态上以漏斗状为主体，坑底多呈锅底状，坑口形态以圆形、椭圆形及不规则形为主；立面形态上呈柱体的地面塌陷坑仅有6个，坑口形态为圆形、椭圆形。漏斗状的地面塌陷坑大多已部分充填，堆积物稍密，塌陷坑边沿多无开裂变形，坑口形态基本已成形，稳定性较差。柱体的地面塌陷坑仅受到轻微改造，堆积物疏松，坑底有下沉开裂变形的可能，稳定性差。

2.2伴生裂缝

矿区伴生裂缝的形成主要是因为煤层采空后顶底板开裂变形所致，是地面塌陷的伴生物。伴生裂缝均分布在临近大洪那Ⅱ级阶地的山体坡面上，位于地面塌陷坑的上部，常与地面塌陷坑伴生，多发育2-4条，多呈伴行状。裂缝长度2—145m，宽0.1—2m，规模均为小型。走向一般在45—145°，与采空区走向基本一致，总体倾向北东，倾角30—50°，裂缝均有一定的张开，平面形态多呈弧形、直线形及带状，裂缝大部分已自然填充，表层土体较密实—密实，裂缝内植被发育，已基本稳定[4]。

3影响因素

3.1地形地貌条件

矿区地处中高山区，主要由南部阶地及北部山体两部分组成，而地面塌陷主要分布在地势较低处，北部由于地形起伏，山体高度增大，地面塌陷分布少或没有分布，地形地貌是控制矿区地面塌陷分布的条件之一[4]。

3.2地质条件

矿区受北部逆断层的推覆作用形成了一个南翼宽缓，北翼陡的不对称的倒转向斜，而矿区位于其南翼，含煤地层单斜产出，倾向北东，倾角8°，属缓倾斜煤层，煤层顶底板以砂岩、泥质砂岩为主，抗压强度小于20Mpa，稳定性差，煤层采空后易在地表产生地面塌陷。同时，由于区域地质构造及外界各种营力的影响，侏罗系常被第四系松散土层覆盖，覆盖层的存在直接扩大了采空塌陷地面变形的范围，覆盖层厚度越大，影响范围越大，增加了地面塌陷的不确定性和危险性，煤层顶底板产状及工程地质性质是地面塌陷产生的基础地质条件[4]。

3.3开采条件

矿区2号煤层采用平硐开拓巷道式采煤。开采井巷多采用木支护，部分巷道未采取支护，顶板冒落后易产生地面塌陷，由于该煤层分布面积小，储量小，开采时间短，形成的地面塌陷规模较小，数量较少。4号煤层采用斜井开拓，在开采一水平（+2189m）时，矿区地势低洼处即形成了大量的地面塌陷坑，一水平开采完后，煤层走向方向上，地面塌陷坑已分布密集，一水平煤层开采是造成矿区地面塌陷坑发育的主要原因[4]。

3.4其它条件

（1）自然因素。矿区气昼夜温差及季节性温度的变化、风化、冻融使岩层节理裂隙发育，降低了岩土层的抗剪强度；降雨、冰雪融化水的直接渗入降低了岩土体的粘聚力，使岩土层结构受到破坏。矿区地面塌陷坑处于负地形，为降雨形成地表径流的临时排泄点，地表水对塌陷坑壁的冲刷、浸泡直接影响了覆盖层及煤层采空区安全煤柱的稳定性，易在地面产生塌陷。

（2）地震。矿区地处伊犁地区位于中亚的天山—贝加尔地震区和地中海地震区的汇合部位，为地震多发区，地震基本烈度为Ⅷ度，地震水平力对塌陷坑壁、采空区顶底板、残留的安全煤柱的破坏，对矿区地面塌陷及采空区的影响较大。

（3）火烧。矿区煤层有一定的自燃，岩石存在不同程度的烧变现象，烧变后的岩石裂隙发育、结构疏松，岩石力学强度低，加上采空区埋深较浅，地面塌陷坑未及时回填，岩石容易陷落、坍塌，易在地表产生地面塌陷。

（4）人为因素。矿区东侧紧邻昭苏县阳光煤矿，其采矿活动会间接影响到矿区采空区顶板的稳定性，易引发地面塌陷的发生。

4防治措施建议

4.1铁丝网围栏

用铁丝网围栏将采空区形成总长约3128m隔离带，按每10米布设水泥桩，每隔6根水泥桩设立一根支撑桩，并在围栏拐角处设立一根支撑桩，围栏的高度1.5m。在铁丝网围栏所在位置设置6个警示牌，地面塌陷分布区设置4个警示牌。

4.2削方回填

削方后的地形坡度小于5度。削方回填后将回填区填实，整个削方区进行平整，恢复绿色，保持与周围环境、地形地貌相协调[4、5]。

4.3伴生裂缝

为防止水体下渗引发地面塌陷的发生，对伴生裂缝应进行人工压实充填，体积118.8m3。

参考文献

[1]伊犁地区区域水文地质普查报告（1：50万）[R]. 新疆地矿局第一水文地质工程地质大队，1985年。

[2] 新疆地質图（1：50万）[R]，新疆地矿局第一区域地质调查大队，1998年.

[3]新疆昭苏县阳光煤炭有限责任公司煤矿地质环境保护方案[R]. 新疆华光地质勘察总公司，2007年。

[4]新疆昭苏县昭管处煤矿采空区地面塌陷灾害专项勘查报告[R].新疆华光地质勘察总公司，2009年。

[5]《新疆伊犁州昭苏县昭管处煤矿采空区治理方案说明书 [R]. 新疆科源矿业设计研究院有限责任公司，2008年。