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山西伯方煤矿地面裂缝特征和治理措施

2023-03-29 来源:九壹网
第20卷11期 中国煤炭地质 V0l_2O No.11 2008年11月 C0AL GE0L0GY 0F CHD A NOV. 2o08 文章编号:1674—1803(2008)11-0038—03 山西伯方煤矿地面裂缝特征和治理措施 邓洪亮,王正念,廖丹 (北京工业大学建筑工程学院,北京1000124) 摘要:伯方煤矿的开采规模不断扩大,采空区形成地面裂缝,地面沉陷等大量的地质灾害。矿区地表裂缝可分为二 组,主裂缝对应于开采边界与边界平行,次裂缝与开采区工作面二侧斜交,整体呈半圆弧形且平行于工作面向前逐 渐发展。研究表明,地质灾害的发生与煤矿的开采条件,地表的覆盖条件和构造地质条件等有关。采用合理的开采方 法可以减少地质灾害的危害.采用剥离充填式土地人工复垦方法可以尽快地恢复生态环境,改善人类的生存条件。 关键词:采空区;煤层;土地复垦;生态环境;地质灾害 中图分类号:X43.X141 文献标识码:A 伯方煤矿1997年立项进行三期扩建。2001年 田。 进行技术改造,2002年达到设计生产能力900kt/a。 2采空区地表变形与分布特征 井田内的耕地总量为11.88kin ,占全区面积的 37.94%.由于煤矿采空区的影响.井田内出现了房 伯方煤矿属山地丘陵区,水位埋藏较浅.农用 屋裂缝甚至坍塌,地下水位下降,地表水大量流失 土地主要是以梯田和坡地为主的旱地,煤矿井下采 等不良地质灾害现象,严重地影响了人类的生存环 煤采用长壁式采煤法,全部垮落式管理顶板,地下 境和生存条件,农业生态系统中土地利用功能从 采煤引起的地表变形对土地的破坏主要形式为不 0.58下降为0.45,下降了约22.4%。本文对伯方煤矿 同长度、宽度和落差的裂缝,坡度较大的山地还可 地表裂缝的分布和成因进行分析,提出了生态治理 能出现塌陷,崩塌或滑坡(图1)。 方法和建议 由于各种地表变形在开采边界上方变化较大, 1地质条件 地表裂缝一般分布在开采边界附近,如伯方煤矿H 区、河底村东J区和柳树底M区一带,在采空区边 井田位于太行山中南丹河段西侧.沁水向斜东 界和保安煤柱上方地表岩层受较大拉伸力作用,产 南翼,南距高平市城区约7kin,地理坐标为北纬35。 生张性裂缝,而采空地表岩层受压缩力作用,产生 48 52”~35。52 52”,东经112。47 46”~112。56 36”.为 压密裂缝.地表黄土层较薄的地方。裂缝也较易显 沁水煤田高平矿区王报井田的一部分。井田南北长 现,地表裂缝深度一般为几ITI至十几m。宽度一般 约7.40km,东西宽约5.80km。面积约27.509 2kin , 几厘米至十几m.长度一般十几m至二百多m。地 全区地形为西北高东南低的低山丘陵区,区内最高 面沉陷量一般几em至数m。 点位于井田中部,标高为1 130m,最低点位于柏枝庄 井田内地表黄土层较厚.地形起伏.开采煤层 村东南的635号钻孔处,标高为+881.35m,相对高 属倾角较缓,地表变形主要显现为地表沉陷变形和 差248.65m。在标高+950m以上,出露的地层主要为 局部地面裂缝,裂缝主要分布在地形高差变化较大 古生界石炭系、二叠系煤系地层、新生界的新近系 部位,尤其在开采边界的凸形地貌部位,如伯方煤 上新统及第四系更新统、全新统的冲积层与黄土 矿H区和河底村东J区。 层,下伏地层为古生界中奥陶统石灰岩,地层倾向 井田地表裂缝基本上可分为二组,一组为对应 为NW向,倾角2。~8。,地形陡峻,沟谷较多,多呈树 于开采边界与边界平行的裂缝,主要发生在开采边 枝状分布:+950m以下则为丘陵区,主要为第四系 界周围.位于采区边界周围的拉伸区。平行于采区 沉积物,植被较少,黄土覆盖较厚,大多已开垦为梯 边界方向延伸,裂缝长度可达数百I13.,宽度为1m左 右,落差0.2~0.5m.当遇到地表为凸形地貌时的裂 作者简介:邓洪亮(1963一),男,博士,河南南阳人,毕业于北京航空航 天大学同体力学专业,教授级高级工程师。主要从事岩土 缝宽度和落差较大。另一组裂缝与开采区工作面二 工程,地基处理,地质灾害防治和道路与桥梁T程研究: 侧斜交,整体呈半圆弧形平行于工作面向前逐渐发 收稿日期:2008—08—14 展,其长度大致与工作面的采宽相近。是一组平行 责任编辑:樊小舟 的裂缝群,数量较多,1m左右就有一条裂隙发育,宽 l1期 邓洪亮.等:山西伯方煤矿地面裂缝特征和治理措施 39 伯方煤矿 I面沉陷与裂 E分布图 f}  I|| \\ t 地.基岩) 般为5~6cm.局部3m左 西口煤矿 一 ,右,地表水平位移一般 4~5cm,局部1.4m左右, 如图2和图3所示。 1:5Ooo j| ^i I E / ,I\ E,'m-r— ,I--4 l 4 一 t 4采空区地裂缝的 -// / 影响因素分析 / 垂 f 一 现场调查和观测结 果表明.伯方井田地下 煤层开采引起的地表移 动和变形情况十分复 //\ (丘’ :、 , 一 杂,开采产生的地表裂 缝与煤层的开采条件、 覆岩性质、覆岩产状、地 表地形和地貌包括地层 倾角、倾向、微地貌特征 和松散层结构特性、采 动程度、坡体形态、地表 岩土性质、开采方法、深 //,/ 早 一 <  。一 厚比、采空区尺寸、工作 面推进速度、浅层构造 裂隙区 / 沉陷区 -\ \ \ 一 一 一 I 滑坡区 皿 采蚕 和软弱面状态等因素有 关。 煤层顶板岩性直接 图1伯方煤矿地面沉陷、裂缝分布图 Figure 1 Surface subsidence and ground fissure distribution map of Bofang coalmine 影响到地表裂缝的形成 和发育.煤矿主要开采 度0.5m左右,落差小于0.5m有时称为开采动态裂 缝.该组裂缝当停采一段时间后大部分裂缝会暂时 自动闭合,当遇到大雨季节或其它地质条件变化时, 可能产生整体的地面沉陷或局部地面滑坡。 只—^C ■_●啊量●一 -7’000 l Jl●-∞154’ ■p 2芒目睁 e [-40 ̄q '射E・O3 J E #} …— ̄2g-IO2 ±∞ &000 3地表移动和地面裂缝的计算 根据伯方煤矿采区分布情况和地层产状计算分 析可知,在地面裂缝发育区一般煤层采厚比小于1: 30,地下煤层开采时间为近1~2a,根据煤矿《开采规 程》和区域的地表移动变形的基本参数计算得到煤 矿地表移动变形结果如表1所示。 表1伯方煤矿地表移动变形结果 Table 1 Surface movement and deformation results in Bofng acoalmine 1.50E— 1.00E—02 5.0 ̄-03 .&000 n 00BH00 矗OOE-08 1.00E—02 1I50E+02 tt.OL ̄in terval ̄.OOE- ̄ l_000 l_00口 00。 n1'oo n§00 ∞ Q 70o Q0oo 1 100 图2采空区水平方向位移云图 Figure 2 Nephogram of gob horizontal displacement 3 煤,顶板为较厚的长石石英砂岩.质地坚硬,分布 稳定,上硬下软,当煤层开采后不容易冒落,但受采 空区较大的围压作用时,容易在层面产生离层空间, 根据伯方煤矿地层岩性和地层产状,建立了实 且离层空间滞留时间相对较短,极易断裂垮落,形成 体地质模型,采用基于显式的FLAC3。有限差分法 数值分析方法进行计算,采空区地层应力集中,剪应 力较大,水平位移和竖向位移较大,地表竖向位移一 地面裂缝或地表沉陷。计算表明,伯方煤矿冒落带最 大高度14.2m,裂隙带最大高度55.7m,影响累计高 度69.9m.为地表裂缝的形成提供了充分的条件。 中国煤炭地质 第20卷 和柳树底M区所示。地表裂缝主要分为二组,在 Figure 4 Working drawing of arable land ground 凸形地貌区主裂缝平行于采区推进方向.延伸长. ifsure harnessing and reclamation 裂缝宽。落差大,另一组裂缝与开采区工作面二侧斜 煤层开采引起的地表移动和变形情况十分复杂.地 交,整体呈半圆弧形平行于工作面,长度宽度和落差 表裂缝主要有二组,一组为对应于开采边界与边界 均相对较小 平行的裂缝,另一组为与开采区_丁作面二侧斜交.整 受区域地质构造影响,区内近东西向小断层较 体呈半圆弧形平行于工作面向前逐渐发展的次裂 为发育,近期采区的分布也多为近东西向.这也是造 缝。 成较多和较为严重的地表裂缝和沉陷的一个重要因 伯方煤矿地表裂缝的形成和分布主要与煤层的 素。在井田小沟子村北裂缝A区.煤矿北裂缝H区 开采条件、覆岩性质、覆岩产状、构造地质条件、地表 和河底村东裂缝J区,由于受河底村至后河近东西 地形和地貌等因素有关,如果采用合理的井巷布置 向张性正断层的影响,在平行于采区掘进方向,地表 方案和开采方法,可以减少地表裂缝的形成和发展。 裂隙发育,且多与断层走向和采区掘进方向近于平 参考文献: 行。 [1】邓洪亮,谢向文,郭玉松.公路隧道穿越采空区注浆加固技术研究 井田内沟谷纵横,柳树底村北一带地表裂缝发 『J].地下空间与工程学报,2007,3(6):1182—1186. 育,地表水流不畅,在大雨季节形成局部积水,2007 [2]牛威.煤矿采空塌陷导致土地破坏研究l JI.中国地质灾害与防治学 年和2008年先后两次产生地表大面积沉陷,沉陷区 报.2006.17(04):163—164. 范围119248m ,造成大面积良田被毁,道路中断等 【3]陈秀友,檀双英,易德礼.祁东煤矿3224丁作面导水裂缝带高度 数值模拟I JI.煤炭科学技术,2007,35(10):84—86. 5地面裂缝的治理和土地复垦措施 【4】贾宏林,冉广庆,何宝林.煤矿地裂缝的发育与成因研究….陕西煤 根据伯方煤矿现场调查结果,井田内耕地受采 炭,2007.(04):10—13. 【5l陈鹏,王东.大平煤矿采放高度对导水裂缝带高度的影响lJI.辽宁 空区影响出现多处相对密集,平行分布的地面裂缝. [程技术大学学报.2006 25(52):1—3. 裂缝长度100~200m,宽度5~30era,深度大于5m.裂 【6】杨建成.王家山煤矿地裂缝的形成及其灾害『J].甘肃地质学报. 缝面倾向采空区,倾角80。~90。,部分为直立,为张 1996,5(2):91-95. 拉性裂缝,基本平行于采空区边界分布,分布面积约 【7】王惠亮.浅谈西曲矿采空塌陷地表裂缝的分布特征『J1.采矿技术, 150 147m ,主裂缝长度累计19691m.如图1所示 2006,6(3):358—359. (下转第87页) 11期 李占寅。等:中国矿产资源现状分析及对策【JJ,中国人口资源环境,2001,l1f2):132—133. 87 产资源的综合利用效率,实现“矿业强国”,并最终保 证国家的可持续发展。 参考文献: [21袁宗仪.我国人世后矿业的发展的机遇和挑战[J1.地质与勘探 2001,36(6):59. 【3】程鸿义.中国自然资源手册【M】.北京:科学出版社,1990:627—637. 【1】都沁军,郝英奇,王胜利.我国矿产资源可持续开发利用战略对策 Chinese Mineral Resources Status Analysis and the Wav to Deal with Li Zhanyin .Wu Xiaofei0 (1.Geological Mapping and Printing Center,CNACG,Zhuozhou,Hebei 072750;1.Exploration Equipment Manufacturing Center, CNACG,Zhuozhou,Hebei 072750) Abstract:Although China is a mineral resources giant in the world,but because of low resource utilization rate,high security risk, seriously destructing entiurnment,unreasonable product mix,poor quality and low added value status have caused mineral resources shortage increasingly,part of minerals are dependent on import,seriously impact national economic development and security.In allusion to the country s mineral resources exploitation and utilization status quo as well as issues existed,probed into objective causations of unreasonable exploitation and utilization.We should ground on a strategic height,measures of to close down small mines,perfect mining legal system,increase geological exploration input,strengthen entironment harness,speed up technical progress and develop correlated industires should be adopted.Build up thoughts of mining great power,implement global strategy,thus ensure to the country's mineral resources sustainable development. Keywords:mineral resources,exploitation and utilization,sustainable development (上接第4O页) [8]魏放.山西交城县采空塌陷地质灾害发育特征及防治对策 .华北 【9】童立元,刘松玉,方磊.徐州矿区采空塌陷区公路工程地质灾害与 科技学院学报,2007,4(04):14—18. 防治对策分析[J】.工程地质学报,2005,13(02):166~170. Ground Fissure Characters and Harnessing Measures in Bofang Coalmine,Shanxi Deng Hongliang,Wang Zhengnian and Liao Dan (Civil Engineeirng Collage,Beijing University of Technology,Beijing,100022) Abstract:Along with sustained expanding of mining scope of the Bofang coalmine,a mass of geological hazards of ground fissures and surface subsidence happened.Ground fissures in the mining area can be divided into two sets,main fissures corresponding and .parallel to the mining boundary,secondary fissures obliquely crosses with both sides of winning faces,en bloc semi—circular arc and parallel to working face and advancing gradually forward.The study indicated that the happening of geological hazard is tied up to coal mining,surface covering and structural conditions.To use rational mining method can reduce geological hazard,to use stirpping and filling artiifcial land reclamation can quickly recover ecological environment,thus to improve human survival conditions. Keywords:gob;coal seam;land reclamation;ecological environment;geological hazard (上接第71页) Application of Integrated Electric Prospecting in Groundwater Exploration in Red Beds Area Liang Yanguang,Wang Meiling (East China Exploration,Design and Research Institute,CNPC,Qingdao,Shandong 266071) Abstract:In t he Jiaolai Basin,red beds are composed of siltstone,mudstone with rather poor water—bearing property and permeability,thus to find out conductive faulted structures is the only way in groundwater exploration.To determine groundwater hosting horizon may be mistaken if using only resistivity parameters because of compressed compact fault clay existing in compresso— shearing faults in red beds area.Based on groundwater characteristics of self potentila anomalous value about-100mY,water bearing fractured sandstone polarizability>2%,decay rate D>50%in the area,put forward a combination method of spontaneous potential and induced polarization electric sounding.That is to use natural electric field method carries out profile survey to determine water— bearing anomalous horizons,then to use induced polarization electirc sounding to determine groundwater horizons and depths correctly.During a water source exploration for a town government of Jiaozhou City,by the use of the combination method delineated 3 well sites successfully,and drilled a high performance well with speciifc capacity of lO00t/d at predicted depth. Keywords:groundwater;red beds;spontaneous potential method;induced polarization method;combined profiling method;Jiaolai Basin 

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