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孫村煤礦采空塌陷的危險性預(yù)測評估與防治措施

文檔作者：高慶，高兵艷，王峰，孫鵬，范龍剛文檔來源：山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年11月29日
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2013
第8卷第2期地災(zāi)治理
2013
V01．8 No．2
孫村煤礦采空塌陷的危險性預(yù)測評估與防治措施
高慶，高兵艷，王峰，孫鵬，范龍剛
(山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，濟(jì)南250014)
摘要：煤礦塌陷是煤礦地質(zhì)災(zāi)害危險性評估的核心內(nèi)容。本文以孫村煤礦為例，進(jìn)行了采空塌陷的危險性預(yù)測，并
提出了防治措施。
關(guān)鍵詞：煤礦開采；采空塌陷；危險性預(yù)測；防治措施
中圖分類號：x45 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007—1903(2013)02—0028—03
1 礦區(qū)概況
孫村煤礦位于山東省新泰市境內(nèi)的新汶煤田中
部，東部為張莊礦井田，西部為良莊礦井田。礦井
總資源量1 8814．7萬t，其中基礎(chǔ)儲量10183．57Yt，資
源量為863 1．2萬t。孫村礦井年產(chǎn)量為140萬t，屬于
大型礦山。
2礦區(qū)地層
2．1區(qū)域地層
評估區(qū)地層屬華北地層大區(qū)晉魯豫地層區(qū)泰安小
區(qū)，由老到新為太古界泰山群、古生界寒武系、奧陶
系、石炭系和二疊系，中生界侏羅系、白堊系和新生
界古近系和第四系地層。
2．2評估區(qū)地層
(1)煤系下伏地層
奧陶系馬家溝組(O，．2m)：為煤系地層基底，總
厚度約800m。下統(tǒng)以灰至灰白色白云巖及白云質(zhì)灰?guī)r
為主，夾泥巖、泥灰?guī)r、竹葉狀灰?guī)r、豹皮狀灰?guī)r；
中統(tǒng)以厚層狀灰?guī)r、豹皮狀灰?guī)r及白云質(zhì)灰?guī)r為主，
夾泥灰?guī)r及泥巖，含珠角石、盤角石等化石。
(2)含煤地層
本區(qū)含煤地層為華北型石炭二疊系海陸交互相含
煤沉積，厚度253．08～380．95m。沉積環(huán)境由中石炭統(tǒng)
的海陸交互相逐漸過度為二疊系的陸相。其含煤地層
由老至新依次為：
①石炭系本溪組(Cyb)：厚度58．15～66．95m。巖性
為雜色粘土巖、灰?guī)r、深灰色粉砂巖夾灰至灰綠色或
雜色砂巖。徐家莊灰?guī)r底部發(fā)育一層不穩(wěn)定薄煤。底
部以G層鋁土巖或山西式鐵礦與中奧陶假整合接觸。
②石炭系太原組(C：-P∥)：厚168．65～186．55m。
巖性為深灰色粘土巖、粉砂巖及淺灰色砂巖，夾灰
巖兩層(一灰和四灰)。本組共含煤12層(第5至17
層)，其中可采者3層(11、13、15層煤)，為本區(qū)主
要的含煤地層。其中一灰、四灰?guī)r性、厚度穩(wěn)定，與
山西組整合接觸。
③二疊系山西組(Py§)：厚45．25～167．65m，平均
95．00m。巖性以灰白至灰色中細(xì)砂巖、深灰至灰黑粉
砂巖及淺灰色粘土巖為主，含煤4層，其中可采者3層
(第2、3、4層)，為本區(qū)主要含煤地層，與石盒子組整
合接觸。
④二疊系石盒子組(Pj)：厚6．80～116．00m，平均
44．88m。巖性以雜色粘土巖，灰～灰綠或黃褐色砂巖
為主，底部夾深灰色粉砂巖或灰色粘土巖。
本組底部的厚層狀中細(xì)粒長石石英砂巖發(fā)育較穩(wěn)
定，是煤層對比的可靠輔助標(biāo)志層。與二疊系山西組
作者簡介：高慶(1976一)，男，山東泰安人，工程師，主要從事水工環(huán)地質(zhì)勘查工作。
萬方數(shù)據(jù)
2013
V01．8 No．2 高慶等：孫村煤礦采空塌陷的危險性預(yù)測評估與防治措施
2013
第8卷第2期
整合接觸，上部與古近系或侏羅系不整合接觸。
(3)煤系上覆地層
①侏羅系蒙陰組(J，)：厚7．40～298．35m，平均
79．36m，自西向東逐漸變厚。巖性以褐紅色粉砂巖及
泥質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)的細(xì)砂巖為主，夾數(shù)層礫巖，交錯層
理發(fā)育。為陸相沉積，不含煤，以角度不整合覆于煤
系地層之上。
②古近系官莊組(E g)： 自西向東厚
834．80～1355．00m以角度不整合覆于侏羅系蒙陰組之
上。巖性以磚紅色粘土質(zhì)粉砂巖為主，中下部呈深灰
色，夾數(shù)層礫巖，膠結(jié)較松散，礫石成分簡單，主要
為石灰?guī)r，其次為長石石英砂巖及片麻巖。
③第四系(Q)：厚0．30～9．32m，平均4．65m，
以角度不整合覆于古近系官莊組之上。
3可采煤層及其特征
礦區(qū)內(nèi)可采煤層共6層(2、3、4、1 1、1 3、
1 5)。根據(jù)鉆孔揭露情況，并參考鄰近礦井揭露資
料，確定第2、4、11層煤為穩(wěn)定煤層，第3、13、15層
煤為較穩(wěn)定煤層。
第2層煤：為孫村煤礦主采煤層。有薄、中厚及
厚煤層3種。煤層最大厚度4．35m，最小0．70m，平均
厚度2．28m。下距第3層煤5～6m，上距古近系紅砂巖
3 10m，為全區(qū)可采的穩(wěn)定煤層。
第3層煤層：厚度0．8～1．2m，上距第2層煤
4,～9m；下距第4層煤6～1 lm。該層煤結(jié)構(gòu)簡單，除檢
一孔含一層0．19m厚的夾矸外，其它孔均未見夾矸。
第4層煤：為孫村煤礦主采層。厚度
1．07～2．32m，下距第6層煤37m。屬全區(qū)可采的穩(wěn)定煤
層，該層煤結(jié)構(gòu)簡單，除少數(shù)孔含0．17～0．21m的夾矸
外，其它見煤點均不含夾矸。
第1 1層煤：為孫村煤礦主采煤層之一。煤厚
0．75～2．0m，平均0．93m，煤厚由東向西變薄。下距第
13層煤40m左右。屬全區(qū)可采穩(wěn)定煤層，該層煤結(jié)構(gòu)簡
單，3,／U見煤孔見1層夾矸。
第1 3層煤：煤厚變化0．72～1．37m，平均煤厚
0．77m，井田中由淺至深有變薄趨勢。該層煤結(jié)構(gòu)較簡
單，4孔見0．19～0_3lm厚的夾矸。
第15層煤：厚度一般0．68m左右；上距第13層煤
10m左右，受夾矸影響，純煤厚變化較大。該層煤結(jié)構(gòu)
較簡單，在煤層西部含有一層泥質(zhì)或粉砂質(zhì)夾矸，頂
板為泥灰?guī)r，底板為泥巖。下距徐灰平均25．67m，間
距比較穩(wěn)定。
4采空塌陷的危險性預(yù)測
采空區(qū)未充填情況下采空塌陷及伴生地裂縫預(yù)
測，根據(jù)孫村礦井礦產(chǎn)資源開發(fā)利用方案，可采煤層
(2、3、4、11、13、15煤)開采范圍內(nèi)均使用全部垮
落法開采。
4．1 計算公式及參數(shù)的確定
(1)地表最大沉降量
o．9 2國初+q+國2+國初(1)
卯一一充分采動時地表最大下沉值
m一一煤層法向采出厚度
口’一一活化系數(shù)，一次重采取0．2，二次重采取0．1
口一一煤層傾角
，7初一一初次開采下沉系數(shù)，取0．6
77復(fù)n一一第力次重采下沉系數(shù)
r／復(fù)l=(1+口’切初=(1+0．2)x0．6=0．72
r／復(fù)2=(1+口7切復(fù)l=(1+o．1)×o．72=o．792
二層煤初采后，下沉深度
∞“=m，7COS口=2．28×0．6×COS27。=1219mm
三層煤第一次復(fù)采后，下沉深度
691=mr／每l COSa=0．73×0．72×cos27。=468mm
四層煤第二次復(fù)采后，下沉深度
國，=m，7目，COS口=1．71×0．792×COS27。=1207mm
十一層煤開采后，下沉深度
∞軔=mr／復(fù)2 COSa=o．93×o．6×cos27。=656mm
十三層煤第二次復(fù)采后，下沉深度
(-0，=m玎自，cosa=0．77×0．792×COS27。=543mm
十五層煤開采后，下沉深度
緲‰=mr／COSO!=o．68×0．6×COS27。=364mm
(2)地表最大傾斜
，o=co／r=09／q／tgp) (2)
式中：Jo一一地表最大傾斜值，mm／m；
，一一采深，m；
嗚臼——主要影響角正切值，為開采工作面積
深度與主要影響半徑之比。其與上覆巖層的巖性、開采
萬方數(shù)據(jù)
2013 2013
第8卷第2期地災(zāi)治理V01．8 No．2
深度及煤層傾角有關(guān)。根據(jù)孫村礦井上覆巖層的巖性、
開采深度及煤層傾角，預(yù)測主要影響角正切唔臼取2．38。
(3)地表最大曲率
Ko=±1．5209／(r2)=±1．52ao／(1／tgp)2 (3)
式中：K一一地表最大曲率，mm／m2。
(4)地表最大水平移動值
Uo=boo (4)
式中：砜一一地表最大水平移動值，mm；
b一一水平移動系數(shù)，取0．35。
e一一最大水平變形值
占。=±1．52bco／r=±1．52bco／(1／tgfl)(5)
式中：占。一一最大水平變形，mm／m；
b一一水平移動系數(shù)，取0．35。
4。2下沉預(yù)測
通過(1)～(5)式及各參數(shù)計算，可采煤層全
部開采后礦區(qū)塌陷面積達(dá)N3 1．74km2。其中評估區(qū)內(nèi)
開采引起的地面塌陷下沉0～2．5m的范圍為11．29km2，
下沉2．5～4．46m的范圍為20．45km2，最大下沉值達(dá)到
4．46m，分布在礦區(qū)南部林前村一新前村一萬家莊村
以及東洛村以北地區(qū)，塌陷可能產(chǎn)生的最大傾斜值為
7．33mm／m，最大曲率0．018mm／m2，最大水平變形值
3．90mm／m。由此可見只有地表傾斜值較大，處于磚
混結(jié)構(gòu)建筑物損壞等級Ⅲ級區(qū)內(nèi)。當(dāng)塌陷深度為2．5m
時，塌陷可能產(chǎn)生的最大傾斜值為4．1lmm／m，最大曲
率0．010mrn／m2，最大水平變形值2．19mm／m，處于磚混
結(jié)構(gòu)建筑物損壞等級Ⅱ級區(qū)內(nèi)。
5防治措施
(1)采空塌陷及地裂縫防治技術(shù)，利用煤矸石對
采空區(qū)充填。孫村煤礦與中南大學(xué)、北京冶金研究
院等有關(guān)機(jī)構(gòu)合作，取得了《煤矸石似膏體自流充
填技術(shù)研究》的成果，經(jīng)過實踐證實該技術(shù)將煤矸
石作為骨料進(jìn)行井下充填，即解決了煤矸石地面堆
放嚴(yán)重污染環(huán)境、占用土地的難題，又限制了巖層
移動。
(2)地表易發(fā)生塌陷地區(qū)，進(jìn)行注漿施工。先施工
注漿孔，再按一定的比例注入水泥、石子、砂子。
(3)按照合理的采礦順序、采礦工藝和方法科學(xué)開
采，減少礦房跨度和暴露面積，防止井下圍巖冒落。
(4)房屋斑裂治理，采用基礎(chǔ)圈梁、構(gòu)造柱、變形
縫、變形補(bǔ)償溝、水平滑動層等措施增強(qiáng)地面建(構(gòu))筑
物抗變形能力。
(5)建立完善的監(jiān)測系統(tǒng)，由孫村礦成立監(jiān)測小
組，采用電子水準(zhǔn)儀和電子全站儀進(jìn)行長期觀測。
參考文獻(xiàn)
[1]羅梅，王集寧，懂玉龍等， 《山東省新汶煤田孫村
煤礦深部擴(kuò)大區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境影響評價報告》．
[2]尹國勛，鄧寅生，李棟臣等，煤礦環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害與
防治[R]。北京：煤炭工業(yè)出版社，1997．
[3]紀(jì)萬斌，工程塌陷與治理[R]，北京：地震出版社，
】998．
Risk Evaluation and Predictive Prevention on the Mining Collapse of Suncun Coal
Mine
GAO Qing，GAO Bingyan，WANG Feng，SUN Peng，F(xiàn)AN Longgang
(No．1 Exploration Institute ofGeology and Mineml Resources,Jinan 2500141
Abstract：Predictive evaluation on the coal—mining collapse is the core for the risk evaluation of geologic
hazards．In this paper,based on the case study on Suncun coal-mine，the risk evaluation on the mined-out and
subsidence area was carried out，and then the comprehensive prevention measure was suggested．
Keywords：Coal—mining；Mining collapse；Risk evaluation；Prevention measures。

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