庄旺开采沉陷治理及措施最后修改51.docx

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庄旺开采沉陷治理及措施最后修改51

治理地面塌陷及裂隙的安全措施

一、矿区自然环境概况

（一）矿井地理概况

山西宁武大运华盛庄旺煤业有限公司矿井位于宁武县县城东北方向直距约6.0km处后石湖村一带，行政区划属凤凰镇管辖，其井田地理坐标为东经112°21′44″～112°22′23″，北纬39°59′44″～39°01′54″。

1、交通位置

井田北中部有大运公路通过，向西南行程6.0km可达宁武县煤炭集运站，距阳方口煤炭集运站约11.0km，也可通往宁（武）－静（乐）铁路，或通往宁（武）－静（乐）线，交通运输较为便利。

2、地形、地貌

本井田地处管涔山脉东麓，整体地势为南北高中间低，最高处位于井田北部，海拔标高为1745.00m，最低处位于井田内中部的沟内，海拔标高为1476.00m，最大相对高差269.00m，属中山区。

井田内地表大范围被第四系中、上更新统地层覆盖，局部出露基岩。

3、地表水及河流

本井田属海河流域桑干河水系。

井田内地表水系不发育，只发育一些冲沟，由于降水量小，基本上无积水，只有雨季才有水流经过，地表水基本汇于沟谷，向西流出井田，汇入恢河。

4、气象

本井田属典型的大陆性气候，气候寒冷，迟暖早寒，昼夜温差较大，四季分明，冬季严寒长达7个月，根据忻州市宁武县气象站历年观测资料，年平均气温在5.8～6.3℃，最高气温在7月份，平均气温20℃，极端最高气温34.8℃，最低气温在1月份，平均-9.7℃，极端最低气温-27.2℃。

全年无霜期约90d～130d，最大积雪厚度1.30m，冻土深度在1.50m，日照时数每年约2800h左右，年降水量为247.40mm～609.30mm，平均420.80mm，降水量主要集中于7、8、9三个月。

年平均蒸发量1902.30mm，最大在5、6月份，最小在1月份，气候特别干燥。

霜冻期为11月上旬至次年3月上旬，风向为西及西北风，风期多集中在冬春两季，最大风速可达23m/s，年平均风速3.5m/s。

5、地震

据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）和《中国地震动峰值加速度区划图》（GB18306-2001图A1），本区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g。

（二）井口及工业场地位置的选择

整合重组后山西宁武大运华盛庄旺煤业有限公司矿井井田内除原宁武县大运华盛煤矿庄旺井田外无其它煤矿和小窑生产。

原宁武县大运华盛煤矿庄旺井田现有的工业场地位于井田的西北部，场地宽阔，场地内共掘砌有主斜井和副斜井两个井筒，另在井田的东北部风井场地内共掘砌有一个回风立井,目前三个井筒均已延深到5号煤层，地面生产系统已基本建成。

整合重组后山西宁武大运华盛庄旺煤业有限公司矿井井田内除原宁武县大运华盛煤矿庄旺井田上述三个井筒外,无其它不利用井筒和关闭井筒。

二、2012—2014年矿井开采可能对地表造成的影响及可能发生的地质灾害

1、2012—2014年我矿主要以开拓回采巷道为主，巷道主要布置在井田东部502采区，回采主要采50204综采工作面。

根据相关资料调查分析整合重组后山西宁武大运华盛庄旺煤业有限公司矿井井田内除原宁武县大运华盛煤矿庄旺井田外无其它煤矿和小窑生产。

该矿井田北东部与山西宁武德盛煤业公司相邻，东部与山西宁武大运华盛南沟煤业有限公司井田相接，西北部与大同煤矿集团阳方口矿业公司石湖煤矿相邻，东南角与大同煤矿集团轩岗煤电有限责任公司梨园河煤矿相邻，南部及西南部为空白井田。

经调查，周边矿井与本矿相互之间无越界开采现象。

鉴于以上情况，在采掘的过程中本井田可能会受周边矿井采掘的影响，发生地表轻微变形产生裂隙或地面塌陷。

2、井下采掘对地面的影响

随着回采工作面的不断推进，采空区范围不断扩大，当顶板自重超过顶板抗拉强度时，顶板岩土层会发生位移、断裂，经冒落、下沉变化之后，引起地表塌陷。

地表塌陷后，会使荒坡上的农田塌陷，但地面建（构）筑物、各类防水（沙）、民用建筑物等保安煤柱设计合理，都不会出现塌陷；各种三下工程，如建（构）筑物、维修、迁村购地等也留有足够的保安煤柱均不会出现塌陷。

保安煤柱留设详细情况见井上下对照图。

本区地表沉陷后主要灾害有两种，一为气候性灾害，二为地质灾害。

气候性灾害主要有洪水、旱涝、风灾、冰雹和霜冻。

地质灾害主要由泥石流、地震和由洪水引起滑坡、塌方；由地下开采可在地表引起地面的沉陷、裂缝、滑坡等。

1）气候性灾害

井田内地表水系不发育，只发育一些冲沟，由于降水量小，基本上无积水，只有雨季才有水流经过，地表水基本汇于沟谷，向西流出井田，汇入恢河。

本矿井工业场地位于一条沟中北侧，工业场地其上游汇水面积为10.0km2，经计算Q1/100=80.00m3/s，Q1/300=93.70m3/s；原涵洞断面为2m2圆管涵，不能满足防洪排涝的需求,设计新增加涵洞宽5.0m，高5.50m，水流坡度为10‰，其最高洪水高度分别为3.40m，3.60m；工业场地处最高洪水位标高为1495.10m,工业场地最低标高为1496.30m,矿井主、副、风井井口标高分别为1503.905m、1506.759m、1539.743m，均高于最高洪水位标高。

因此，场地及井口不受洪水威胁。

2）地质灾害

（1）地震与矿井稳定性

本矿井位于管涔山脉东麓，地表出露有二叠系山西组下石盒子组、上石盒子组地层，余者被第四系黄土覆盖。

据调查，该区历次地震中，没有出现新的地质构造。

该矿井地面建筑、井筒、井下巷道等也没有出现地震裂缝等现象，矿井较稳定。

（2）滑坡、泥石流、崩塌灾害

庄旺煤业有限公司通过地面物探和实地考察，在本区东北角有东西长273.3m，南北宽170m的塌陷区域，其周围有11条地面裂缝，长25m～100m，裂缝宽1cm～30cm,大部为南北向分布，原因可能为古空积水区造成的,滑坡、泥石流、崩塌等情况未发现。

现已治理完成。

3）矿井水文环境

矿山在开采过程中，矿井水大部分排出地表，顺地形自然坡度流向下游，大部分渗入地下，少部分流入恢河，对地表河流造成污染。

对排到地表的矿井水，应先处理净化再排放，或用于农田灌溉。

煤层的开采，会导致地下水水位下降，岩石风化壳裂隙或孔隙水部分渗透或被疏干，破坏了地下水的均衡系统。

开采过程中应采取有效措施，防止开采层上部的风化壳裂隙水漏失，保证当地村民的人畜用水。

对地下水，地表水的保护和利用是开采遇到的主要地质环境问题。

矿井排水部分渗入地下，对地下水资源造成污染。

随着生产规模的增加和采空面积增大，矿井水会越来越多，最终形成排出—渗入—排出恶性循环的状态，且破坏和污染范围会逐步加大，因此，加强矿井水的处理工作是采矿过程中一项重要任务之一。

为防止矿井排水对井田水文环境的污染，矿井排水经统一净化处理后，可作为井下、地面除尘和绿化用水水源，生产过程中尽量回收利用矿井水，减少其它途径供水量，外排废水应经污水处理后，达标排放，最大限度地降低井下矿井排水对环境造成的一系列不良影响。

4）地质灾害预测

本矿井经兼并重组整合后，随着井田面积的扩大，井下开采面积的增加，生产规模的提高，预测将加剧地质灾害影响程度。

（1）地面裂缝、地面塌陷变形

本井田地处管涔山脉东麓，整体地势为南北高中间低，最高处位于井田北部，最低处位于井田内中部的沟内，属中山区。

井田内地表大范围被第四系中、上更新统地层覆盖，局部出露基岩。

随着本矿井井田面积的扩大，井下开采面积的增加，生产规模的提高，预测将会产生局部地面塌陷和局部地面变形现象，地面变形的主要表现形式可能是地面沉降、弯曲、地面裂缝等，在煤层顶板基岩较薄，松散层较厚的地段，可能会发生陷落柱或塌陷坑。

（2）崩塌、滑坡、泥石流地质灾害预测

井田内现状条件下，崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害不发育，随着井下开采面积的增加，开采深度的加大，地下水位的进一步下降，将引起地表变形，使原有地表状态打破，应力状态重新分布，在地下应力场发生变化的情况下，存在局部发生崩塌与滑坡的可能性，但造成的危险性较小。

（3）水资源破坏预测

随着开采深度的增加、开采范围的增大及开采时间的延续，疏干漏斗不断扩大，引起区域性水位下降，造成井泉干枯，影响矿井周围地区的人畜用水。

随着各煤层的进一步采动，将导致原有冒落带及导水裂隙带高度逐渐向上扩展，将破坏各煤层以上所有地下含水层所处的地质构造。

（4）矿井排水、矸石排放对地表、地下水影响

矿井在开采过程中酸性矿井水的排放是对区域水环境造成污染的重要原因之一，其危害性是长期的，其潜在影响是无法估量的。

另外矿井在建设过程中会有大量的矸石排放，在采掘过程中会排放大量煤矸石，矸石堆在雨水淋滤作用下，分离出硫、磷、氟等有害成分，对地下水及地表土壤构成一定程度的污染。

在地下水疏排过程中，还会将岩、煤层中的有害元素带入地下水中，使水质变坏，排出的地下水如不经处理，作为污水排放，会引起地表水质的污染，对地表生态环境产生影响。

3、鉴于以上开采后的沉陷对矿井的影响，须留设安全煤柱。

井田边界煤柱留20m，水平大巷之间留30m，两侧留30m煤柱，工业场地按Ⅱ级保护,立井按Ⅰ级保护，斜井按Ⅲ级保护，大运公路按Ⅱ级保护，地面村庄按Ⅲ级保护，再根据表土层和基岩厚度（表土移动角45°，基岩移动角70°）计算保安煤柱。

当矿井报废时，预计护巷煤柱损失可回收50%左右。

三、地面塌陷治理及安全技术措施

1、塌陷程度

地面塌陷是指地表岩、土体在自然或人为因素作用下向下陷落，并在地面形成塌陷坑（洞）、垮落段、下沉、裂隙等动力地质现象。

随着采掘进度的不断推进，根据采动影响程度分为地表轻微形变、地表塌陷比较严重和地表严重塌陷破坏等3种情况,采取不同的治理措施。

（1）地表轻微变形的土地:

这类形变一般不影响农田耕种及山林、植被生长。

对农田可适当给予整平费,由土地使用者自己整修即可恢复土地使用。

山林、植被自然恢复。

此种类型适宜恢复到原有土地状态。

（2）地表塌陷比较严重的土地:

需对地表裂缝和坡坎进行填充、整平。

对受影响的山林、植被进行扶正、移栽和重新植草,达到林业复垦。

（3）地表严重塌陷破坏的土地:

这类土地由于受塌方的作用,农田将减产,土地数量减少,山林、植被不能正常生长等　

2、地面塌陷区治理及安全技术措施

（1）定期巡查制度，每月15日巡查一次，进入雨季每月巡查2次，降雨前、降雨后各巡查一次，对可能受到影响的区域提前治理。

（2）对已发现塌陷前兆现象的地区应加强地表位移和地面建筑物变形监测，通常在地面已经开裂或建筑物开裂、倾斜的某些部位设置一定的监测点位，然后可采用肉眼和皮尺等进行位移或变形的定期观测，观测频率可每天观测一次。

如果发现位移或变形速度加快，则要加密观测，同时要立即报警：

对井下回采、掘进、开拓和地面疏排地区的监测，应重点监测北上山两条大巷开拓方向覆盖层厚度小于10米的岩溶地段和人群居住、建筑物集中的地段。

除了对地面和建筑物的变形进行监测，同时还应对附近的民井、机井、水塘的水位、水质进行监测，发现异常，及时报警。

（3）视险情发展将人、物及时撤离险区。

在发现塌陷前兆时即应制定撤离计划。

（4）对于以形成的塌陷坑、下沉地段及低洼处，应在其外围挖设排水沟引流避免雨水渗入造成二次塌陷。

（5）对于以发现塌陷前兆的地段，一方面应尽快联系该区域村委，在其外围拉设警戒线，制作牌板悬挂于醒目处，另一方面组织工人、村民对该地段塌陷情况及影响范围进行通报，避免有人误入塌陷区造成事故。

（6）对以发生塌陷的地段且出现塌陷坑的，应对塌陷坑进行及时填堵，以免影响建筑物的稳定。

其方法是投入片石，上铺砂卵石，再上铺砂，表面用粘土夯实，经一段时间的下沉压密后用粘土夯实补平。

（7）在地面工程建设过程中应坚决避开曾有塌陷发生且其稳定性差尚有活动迹象的地段。

（8）工程设计和施工中要注意消除或减轻人为因素的影响；如设置完善的排水系统，避免地表水大量入渗，对已有塌陷坑进行填堵处理，防止地表水向其汇聚注入等。

（9）对建筑物附近的地面裂缝应及时填塞，地面的塌陷坑应拦截地表水防止其注入。

（10）对严重开裂的建筑物应暂时封闭不许使用，待进行危房鉴定后才确定应采取的措施。

（11）出现塌陷前兆的区域内禁止种地、放牧、行人、建设等危险作业，原有建筑物要限期拆除，禁止任何人员和设备未经批准进入该区域，确需进入时，要有必要的安全防范措施，避免发生事故。

3、地面塌陷区治理方法

1）填堵法：

填堵法是一种最常见的治理方法。

一般用于塌陷坑较浅小时的处理。

当陷坑内有基岩出露时，首先在坑内填入块石、碎石做成反滤层，或采用地下岩石爆破回填，然后上覆粘土夯实。

陷坑内未出露基冉，塌陷坑危害较小时，可回填块石或用粘土直接回填夯实

2）跨越法：

跨越法是用于塌陷坑较大，而回填又困难的陷坑处理方法。

该方法是采用坚实稳固的跨越结构，使得陷坑上的荷载通过跨越结构而作用在可靠的土体或岩体上。

3）强夯法：

通常在强夯法是把10～20吨的夯锤起吊到一定高度（10～40米），然后让其自由落下，造成较大的冲击对土体强力夯实

4）灌注法：

把灌注材料通过钻孔或岩溶洞口进行注浆，其目的是强化土洞或洞穴充填物、填充岩溶洞隙，拦截地下水流、加固建筑物地基。

5）深基础法。

对一些深度较大，同时跨越结构又能为力的塌陷坑，深基加固建筑物的基础是一种较理想的方法。

通常是采用打入桩、钻孔灌注桩、深井和墩式基础等把建筑物的基础置于基岩上。

6）控制抽排水强度法。

由于抽排水使地下水位下降，常常造成地面塌陷；矿山井下强排疏干时，影响就更显著。

因此，合理地控制抽排水的强度，是减少塌陷产生的一个重要途径。

附：

地面塌陷区及裂缝调查记录表

地面塌陷区及裂缝调查记录表

矿井名称：

调查记录时间：

序号

地表坐标

裂缝形态

塌陷形态

备注

X

Y

长（m）

宽（m）

深（m）

方位角（度）

开采沉陷治理及措施

庄旺煤业地测科

二○一五年