貴溪市采空塌陷對(duì)建設(shè)項(xiàng)目的危險(xiǎn)性分析

■楊玉瓊呂超

（1贛中南地質(zhì)礦產(chǎn)勘查研究院江西南昌330029；2云南省昆明市嵩明縣嵩明縣委組織部云南昆明650000）

貴溪市采空塌陷對(duì)建設(shè)項(xiàng)目的危險(xiǎn)性分析

■楊玉瓊1呂超2

（1贛中南地質(zhì)礦產(chǎn)勘查研究院江西南昌330029；2云南省昆明市嵩明縣嵩明縣委組織部云南昆明650000）

地面塌陷是地質(zhì)災(zāi)害的一種，具有發(fā)生突然、地點(diǎn)隱蔽的特點(diǎn)。本文介紹了貴溪市貴塘公路改擴(kuò)建項(xiàng)目涉及羅塘石膏礦采空區(qū)，已產(chǎn)生5處采空區(qū)。本文對(duì)已發(fā)生的4處采空塌陷進(jìn)行分析，并分析采空塌陷對(duì)擬改擴(kuò)建公路的危險(xiǎn)性，得出結(jié)論后提出意見(jiàn)建議。

采空區(qū) 地質(zhì)災(zāi)害 地面塌陷 危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

1　工程概況

采空塌陷是指由于地下挖掘形成空間，造成上部巖土層在自重作用下失穩(wěn)而引起的地面塌陷現(xiàn)象。貴溪貴塘公路擬改擴(kuò)建項(xiàng)目于K6+500～K9+500路段通過(guò)羅塘石膏礦開(kāi)采區(qū)，礦體賦存于白堊系上統(tǒng)贛州組(K2g)地層中，地層走向310～315°，傾向40～60°，傾角10～18°，巖性為紫紅色厚層狀鈣質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、灰色含鈣石膏泥巖或灰色薄層狀石膏泥巖，底部為紫紅色厚層狀礫巖、砂礫巖，含礫粗砂巖?，F(xiàn)已探明石膏礦層22個(gè)(其中4、7、11、18、20號(hào)為主礦層)，石膏礦體賦存標(biāo)高+30—～130m，走向北西，傾向北東，傾角14°，走向長(zhǎng)200～4300 m，傾向延深100～500m，最大厚度3.22 m，平均厚度2.43 m。

該礦區(qū)后期設(shè)置4個(gè)采礦權(quán)，均在開(kāi)采，并產(chǎn)生采空區(qū)5處。各礦山采礦方式全為地下開(kāi)采，采礦方法為房柱法(大部分礦房及港道基本穩(wěn)定，但頂板存在緩慢冒落現(xiàn)象。地表無(wú)大規(guī)模切坡，井下采礦廢石量少且多已作場(chǎng)地填土用，采出礦石直接外銷，無(wú)明顯水土流失現(xiàn)象，未發(fā)現(xiàn)崩塌、滑坡、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象，但近年發(fā)生多次采空塌陷現(xiàn)象。

表1　地面塌陷危險(xiǎn)性現(xiàn)狀評(píng)估一覽表

2　采空塌陷特征及形成機(jī)理

2013年5月以來(lái)，在雷溪鄉(xiāng)桂嶺村、灣上村、樓梯村至今共發(fā)生4處地面塌陷。分述如下：

對(duì)于地面塌陷的成因分析有以下幾點(diǎn)：

①采礦形成了巨大的地下采空區(qū)。

②圍巖工程地質(zhì)條件較差，巖石遇水后易膨脹，脫水后易碎裂。飽和抗壓強(qiáng)度平均值12.6～14.8MPa，屬軟質(zhì)巖類，拱部無(wú)支護(hù)時(shí)可產(chǎn)生坍塌，爆破震動(dòng)過(guò)大也易坍塌。

③地下水的作用。發(fā)生塌陷的礦山在閉坑（停產(chǎn)）后地下采空區(qū)均已不同程度進(jìn)水，使圍巖和保安礦柱都處于飽水狀態(tài)，巖石層理發(fā)育，巖石浸水后表面開(kāi)始出現(xiàn)細(xì)短裂紋，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，裂紋長(zhǎng)度增大。礦柱和頂板泡水后有崩解的可能。

④采礦活動(dòng)的影響。爆破地震波和沖擊波作用，使圍巖造成一定的損傷，在頂板和保安礦柱上形成一定的裂隙。

進(jìn)入2015年以后，雷溪鄉(xiāng)石膏礦采空區(qū)地面塌陷趨緩，近一年來(lái)未發(fā)生大的地面變形，只是在桂嶺組北端貴塘公路兩側(cè)一帶發(fā)生過(guò)一些地面變形。

3　危險(xiǎn)性分析

擬改建公路于穿過(guò)羅塘石膏礦開(kāi)采區(qū)。各采區(qū)移動(dòng)盆地中心部位以垂向下沉為主，而盆地邊緣及外緣裂隙拉伸帶則以傾斜位移和水平位移變形為主。因此，須對(duì)公路沿線各礦山開(kāi)采區(qū)地面塌陷易發(fā)性及其對(duì)擬改建公路的影響進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)估。

礦區(qū)范圍內(nèi)擬改建公路兩側(cè)地面標(biāo)高在37.0～44.4m之間，松散層厚度5～10m，礦山開(kāi)采標(biāo)高均在～15m以下，礦山開(kāi)采范圍內(nèi)礦體埋深一般在60～80m之間，礦體最大厚度3.22m，平均厚度2.43m。采空區(qū)頂板為泥質(zhì)粉砂巖，因此確定移動(dòng)參數(shù)：沿礦體傾向方向移動(dòng)角為5 0°，沿礦體走向移動(dòng)角為55°，依據(jù)各礦山采礦證范圍、開(kāi)采標(biāo)高、開(kāi)采對(duì)象和礦體走向儲(chǔ)量圈定端部邊界位置，利用勘探線剖面預(yù)測(cè)出區(qū)內(nèi)各礦山開(kāi)采后的移動(dòng)盆地范圍，長(zhǎng) 5400m，寬800～1800m，面積為7.42km2。移動(dòng)盆地邊界平面形態(tài)詳見(jiàn)下圖。

按采空區(qū)高度2.51m，松散層厚度按8m計(jì)算，羅塘石膏礦開(kāi)采～15m標(biāo)高以下礦體形成的采空區(qū)冒落帶高度為6.78m，導(dǎo)水裂隙帶高度為23.64m，但移動(dòng)盆地范圍內(nèi)地表最大變形值大大超過(guò)國(guó)家規(guī)程允許變形值 (地表最大下沉值為1.757m，最大傾斜值為46.46mm/m，最大曲率為1.867mm/m2，最大水平位移為614. 95mm，最大水平變形為24.72mm/m)。擬改建公路沿線各礦山開(kāi)采礦體地質(zhì)特征、采深、圍巖工程地質(zhì)特征、采礦方法等與羅塘石膏礦相類似，其地面變形特征應(yīng)與羅塘石膏礦大致相似，本次評(píng)估對(duì)位于擬改建公路下方的二水石膏礦0線開(kāi)采7號(hào)、8號(hào)礦體產(chǎn)生的地面變形量、冒落帶、導(dǎo)水裂隙帶高度進(jìn)行驗(yàn)算，以確定其對(duì)擬改建公路的影響。

①取7號(hào)、8號(hào)礦體平均厚度為∑M為1.23m(7號(hào)為1.16m,8號(hào)為1.30m),采深H為80m，移動(dòng)角β取50°，水平移動(dòng)系數(shù)(b) 取0.35，下沉系數(shù)q取0.70計(jì)算地面變形量：

走向主斷面上采空區(qū)邊界主要影響半徑

最大下沉值

最大傾斜值

最大曲率

最大水平變形值

垮落帶高度(Hm)

裂隙帶高度(H1i)

防水安全巖柱保護(hù)層厚度(Hb)=5A=5 x 1.23=6.15m

式中：A——采空區(qū)高度(取7號(hào)、8號(hào)礦體平均厚度1.23m)

由以上驗(yàn)算結(jié)果預(yù)計(jì)各礦山采空區(qū)形成的冒落帶與裂隙帶一般不會(huì)發(fā)展到擬改建公路地表和松散層底部，其地面塌陷易發(fā)性為少發(fā)，但各采空區(qū)形成移動(dòng)盆地范圍內(nèi)地表變形值將大大超過(guò)有關(guān)規(guī)程地面允許變形值，采空區(qū)地面變形對(duì)擬改建公路安全有嚴(yán)重影響。

實(shí)際上，由于礦山企業(yè)未完全按照開(kāi)采設(shè)計(jì)進(jìn)行開(kāi)采或礦柱浸水后強(qiáng)度大幅降低，采空區(qū)頂板整體下沉，下沉深度達(dá)1.5m甚至更深。

圖1　改建工程雷溪段地面塌陷采空地面塌陷預(yù)測(cè)評(píng)估圖

4　結(jié)論

對(duì)通過(guò)石膏礦開(kāi)采區(qū)的部分路段，預(yù)測(cè)的移動(dòng)盆地范圍地表最大變形值大大超過(guò)國(guó)家規(guī)程允許變形值，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加強(qiáng)本段公路的勘察，根據(jù)勘察結(jié)果制定科學(xué)的防治方案：改線、灌漿充填或?qū)β坊扇『线m的加強(qiáng)措施，灌漿填充范圍應(yīng)不小于公路及其兩側(cè)各30m以下的采空區(qū)。

對(duì)雷溪鄉(xiāng)石膏礦采空區(qū)以上的路段，需作適宜性專項(xiàng)評(píng)價(jià)，建議改線或進(jìn)行專門的勘察、設(shè)計(jì)、施工，確保公路的安全。

[1]趙德深，范學(xué)理.礦區(qū)地面塌陷控制技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向 [J].中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2001(2):86～89

[2]張瑛.遼寧地面塌陷現(xiàn)狀、成因及防治對(duì)策 [J].中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)1998(3): 94～98.

[3]董兆祥.礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題的預(yù)測(cè)與防治 [M].北京:地質(zhì)出版社,1997.5

[4]李永樹(shù),王全莊,陳勇.開(kāi)采沉陷地區(qū)地表水平移動(dòng)機(jī)理 [J].煤,1996,5(1).

[5]葛維琦.中國(guó)煤礦采空區(qū)塌陷災(zāi)害治理對(duì)策 [J].中國(guó)能源,2006,26(10):27～29.

F287.6[文獻(xiàn)碼]B

1000～405X（2016）～4～473～2

楊玉瓊（1990～），女，碩士，助理工程師。