庆泰煤矿地质环境问题现状分析及预测探讨

刘丹

摘 要：煤矿地下开采主要是通过开挖井巷将埋藏在地下不同深度的煤炭开采并运送出地面，如果没有特殊要求，在井下采场回采后一般对采空区不做充填处理，随着工作面向前推进，在回撤支柱放顶后采空区顶板垮落，充满采空区，因此，煤层的地下开采肯定会对其丄覆岩层造成较大影响。该文选取一个地方案例，分析该煤矿地质环境问题现状，并通过计算，预测出闭矿后的地表塌陷范围和地表最大下沉值，以供探讨。

关键词：煤矿 采空区 地质环境问题现状分析 最大下沉变形值

中图分类号：TD167 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）10（a）-0047-02

1 矿区概况

1.1 地理位置

平顶山市庆泰煤业有限公司煤田位于平顶山市宝丰县大营镇宋坪村西约1 km处。矿区东南距宝丰县城约20 km，距平煤集团韩庄车站约3 km，距韩庄-宝丰公路约1.5 km。G207国道从矿区穿过，工业场地有简易公路通往207国道，交通极为方便。

1.2 气象

该区属大陆性半干旱气候，四季分明。年平均降水量为772.7 mm，最大降水量为1 235.5 mm，最小降水量为550 mm，降水多集中在6～8月。冬季多西北风，夏季多东南风。年平均气温+14.5 ℃，最高气温+43.4 ℃，最低气温-9.1 ℃。霜冻期一般为当年10月上旬至次年3月上旬，最大冻土深度22 cm。

1.3 地形地貌

井田位于平顶山煤田西部韩梁矿区，属丘陵地貌，井田内地势总体东北低，西南高，坡形较陡，植被较差，地面标高在+265～470 m，相对标高差约205 m。区内无河流，无重要建筑物，季节性冲沟发育，泄洪条件较好。

1.4 地层

矿区属半掩盖型地层。根据钻孔、井巷揭露和区域地层资料，以沉积时序和接触关系，矿区范围内赋存的地层由老至新有：上寒武统崮山组、中石炭统本溪组、上石炭统太原组、下二叠统山西组和下石盒子组、上二叠统上石盒子组、第四系。其中主要含煤地层为上石炭统太原组、下二叠统山西组、下石盒子组、上二叠统上石盒子组。

1.5 地质构造

韩梁矿区位于华北板块南缘，华熊坳陷，渑池-确山陷褶断束中段，三门峡-鲁山断裂带的北东侧。区域断裂、褶皱构造发育，主要的断裂构造是青草岭逆断层，李坪段岭、谢河、大庄、双头山正断层，东部的大庄向斜则是主要的区域褶皱构造。断裂和褶皱总体呈NW与NNW向展布，大庄向斜与青草岭逆断层控制了煤层的分布和赋存状态。

庆泰矿井田位于韩庄～梁洼向斜的西翼，井田主体为一单斜构造，地层总体走向330°左右，倾向56°，倾角6°～27°，只是在井田东部受区域构造及断层活动影响地层产状有所变化。煤层产状与岩层产状一致，沿走向和倾向变化不大。

据矿井开采揭露，井田内小断层较为发育，其断距一般小于3～5 m。

综上所述，井田地质构造条件复杂。

1.6 地震

根据国家质量技术监督局发布的中华人民共和国国家标准GB 18306—2001《中国地震动参数区划图》（河南省部分），该区地震动峰值加速度为0.05 g，相应的基本烈度为Ⅵ度，其地震设防为Ⅵ级。

1.7 水文地质条件

根据地下水賦存条件、水力特征及含水层的空隙性等将区内含水层划分为碳酸盐类岩溶裂隙含水层（组），碎屑岩类孔隙裂隙含水层（组），松散岩类孔隙含水层。

其中碳酸盐类岩溶裂隙含水层（组）包括寒武、石炭系，是区内矿井主要充水含水层。

1.8 地下水补给、径流与排泄条件

庆泰煤矿位于韩梁矿区西北部，井田内地表水体不发育，属区域地下水的补给-径流区。

2 矿区地质灾害问题现状分析

该矿属于地下开采，矿山一4煤层尚未动用，现有的二1煤层采空区面积71 475 m2，现均已趋于稳定，对地面影响小。相邻的4个矿区也处于停产状态中，各矿区内采空区对地面的影响已基本趋于稳定。通过此次调查走访情况，地面未见明显的地面塌陷及地裂缝，区内房屋也未见明显开裂、歪斜等现象。

紧邻主井风井工业广场东南侧有一个煤矸石堆，堆高2～4 m，现状条件下，未发生崩塌等地质灾害，地质灾害危险性小，对矿山地质环境影响程度较轻。煤矸石堆占地面积约为1 435 m2，破坏地形地貌景观，使矿山微地貌发生改变，对地形地貌景观的破坏较严重，因些现状条件下对该区域地形地貌景观的影响程度较严重。

矿区内共有3个工业场区（主井风井工业广场、工业广场、副井工业广场），在该区域内进行了主井、风井井筒及井架的修建，以及空压机房、机修厂等配套设施的修建；并在主井保护煤柱区之外，复采区之上，修建了职工宿舍、科室宿舍、家属区等；这些建筑的修建对地面进行了平整及开挖，破坏了原有的地形地貌形态，对地形地貌景观影响较大。

3 矿区地质灾害问题预测探讨

3.1 地面塌陷、地裂缝范围的预测

该矿设计采用倾向长壁炮采放顶煤采煤法、后退式开采、全部垮落法管理顶板。根据开采的实践经验和观测资料分析结果表明，长壁式全垮落采煤法采空区上方地表的移动变形是一个长期的过程，工作面停采时间越长，其残余沉降量越小。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》（煤行管字[2000]第81号），走向边界移动角δ0取72°、上山边界角γ取72°，下山边界角β采用67°。

根据煤层底板等高线、采深、塌陷移动用等参数，利用剖面法划定了地面塌陷范围，绘制了平面上可能引发地面塌陷范围为0.51 km2。但因为该矿区四周有相邻煤矿，且边界相邻紧密，故只考虑矿界以内的塌陷，塌陷面积0.364 6 km2。

3.2 煤矿开采引起地表移动变形预测

据国内外采矿经验认为，当煤层采深采厚比小于30时，煤采出一定面积后，会引起岩层移动并波及到地表，其地表沉陷和变形在空间上和时间上都有明显的不连续特征，地表变形剧烈，煤矿采空区上方会形成较大的裂缝或塌陷坑。当采深采厚比介于30～100之间，地层中没有较大地质构造破坏情况下，煤层采出一定面积后，会引起岩层移动并波及到地表，其地表沉陷和变形在空间上和时间上都有明显的连续性和一定的分布规律，常表现为地表移动盆地。

3.3 矿山开采诱发地表变形延续时间估算

煤层开采后形成地表移动变形的过程，将会持续一定时间，其地表变形移动速度由零逐渐增大，达到一定值后，又逐渐缩小基本趋于零。

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》（煤行管字[2000]第81号），认为累积地表下沉10 mm时为移动期的开始时间；连续6个月下沉值不超过30 mm时，可认为地表移动期结束；从地表移动期开始到结束的整个时间称为地表移动的延续时间；将地表移动的延续时间分为初始期、活跃期、衰退期。在无实测资料时，地表移动的延续时间（T）可根据下式计算：

T=2.5H（d）

式中：H为工作面平均采深（m）。

矿山开采深度185～240 m，利用上述公式计算得，地表移动变形延续时间T为1.27～1.64年。

4 结语

根据以上分析可得出结论：矿区北侧拟采区区域、2008年及2009年采空区区域沉降值达到7 640 mm，最大水平变形值达到 39.68 mm。因此，预测引发地面塌陷及地裂缝的可能性大，采空塌陷区内地面塌陷及地裂缝对地面建筑及土地破坏程度大，其危险性大，影响程度严重。

参考文献

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