煤矿采空塌陷的预测评估与防治措施.doc

煤矿采空塌陷的危险性预测评估与防治措施 ——以华亭矿区大柳矿井为例 马国哲 （甘肃煤炭地质勘查院 甘肃 兰州 730000） 摘要：煤矿开采后引发地面塌陷的危险性预测评估是煤矿地质灾害危险性评估的核心内容,本文以作者完成的华亭矿区大柳矿井地质灾害危险性评估为例，介绍了煤矿采空引发地面塌陷危险性预测评估的基本内容及评估深度，并提出了较全面的矿区采空塌陷的防治措施，可以为矿井开采后防治地面塌陷提供指导。 关键词： 煤矿开采 地面塌陷 危险性预测 防治措施 Predictive evaluation and prevention on the ground-caved in with coal-mining: A case study from Daliu coal-mine ,Huating mining area Ma Guo-zhe （Gansu provinceological exploration Institute , Lanzhou 730000, Gansu ,China） 煤田的西南部华亭县约18km井田工业储量t，设计可采储量为t。煤层埋藏北部400m500m，最深处可达110m。矿井设计生产能力为2.40～3.00Mt/a，服务年限为a。立井开拓，设计采用单一水平开拓，开拓水平标高为+60m。以井田内断层为边界，全井田共划分为4个采区采用综采放顶煤走向长壁采煤方法。地面各场地用地面积合计hm2，其中矿井工业场地占地面积17.hm2，为山地、荒地。地貌低山丘陵和河谷标高在1240～1680m之间，一般高100～20m，最大280m。 井田内有6层可采煤层，厚度累计4～22.65m。煤层顶、底板岩性总体属中等坚固岩石。水文地质类型属于“一类一型”。 当地多年平均降水量513mm，日最大降雨量极值超过100mm，小时降雨量极值接近或超过50mm，区内有发生特大暴雨的可能。 1．2评估范围与评估级别 评估区范围以井田范围为基础，在井田东部、西部及北部边界处向外扩展500m，在井田南边界处各向外扩展1000m划定评估区范围，面积46.2km2。 拟建大柳矿井规模属大型，项目类型属重要建设项目，区内地质环境条件复杂程度属中等类型，综合确定本项评估属一级评估。 2 矿井开采引发地面塌陷的危险性预测评估 该矿井主采煤层有煤4和煤5两层，次可采煤层有煤2-2、煤3-2等。 其中煤4在井田内普遍分布，煤层厚度1.09～7.69m，平均5.47m。煤5井田内全部分布，为主要可采煤层之一煤层厚度0.25～16.64m，平均4.56m 图1 倾斜煤层采空区与地表塌陷盆地特征 Fig.1 The goaf of sloping coal-seam and specialty of the basin of grond-caved in 在开采完成后较精确的预测井下采空区边界至塌陷盆地边界之间的水平距离可采用以下公式[4]： 向采空区上山方向： 向采空区下山方向： 式中 H—采空区边界深度，m，从井田地质剖面图上量取； h—第四系及第三系地层的厚度，m，从井田地质剖面图上量取； ψ—表土移动角（又称为充分采动角或下沉角），是指均匀下沉区的外围边界与下部采空区边界的连线与水平线在矿层一侧的夹角，分为走向下沉角ψ3、下山方向下沉角ψ1、上山方向下沉角ψ2；根据顶板覆岩属软弱岩类，取60～70°； α—煤层倾角； γ′, β′—斜向移动角，按下式确定： 式中δ、β、γ—分别为走向、下山和上山方向的基岩移动角。是指移动区的外围边界与下部采空区边界的连线与水平线在矿层一侧的夹角。有关参数的确定参考文献4。 2.2塌陷盆地最大塌陷深度的预测 采用下式计算[4]： W0=qm 式中q—地表下沉系数；一般0.8-1.0；本矿井煤层多，取0.8； m—煤层累计平均开采厚度； 本井田煤层最厚处在黑河河谷地段李家沟、陈家咀及肖家塬一线，以5—7勘探线控制，累计三层主采煤层厚度13.6—18.2 m，预计在黑河河谷地段的最大塌陷量Wmax河 =14.5m。 在黑河谷右岸斜坡地段的613号孔，是区内可采煤层累计最厚地段，厚度22.65m，预计此处的塌陷量为16.2m。 矿井采空塌陷的深度与可采煤层厚度成正比，塌陷等深线图与可采煤层厚度等厚线图一致。 2.3未来塌陷盆地的面积 塌陷面积为开采面积的1.2倍，如果全井田全部被采空，则全部塌陷面积约为20.88×1.2=25.06km2。因矿区拟划分四个采