煤矿开采塌陷.ppt

矿山开采与塌陷,一、概述在矿山建设与生产运营过程中，对矿山地质环境施加矿山地质作用，这种作用不成为矿山地质环境的一个新的因素，引起地质环境不断调正其演化过程。当这种作用超过地质环境所能承受的能力，演化将向不利于矿山活动的方向发展，有害于矿山地质环境，甚至形成灾害。地面塌陷就是这种地质灾害的其中之一。二、开采与塌陷（一）矿山开采矿山开采主要指对各种有益固体矿种的开采，矿种可分为金属矿种，非金属矿种，金属矿指金、银、铜、铁、铅、锌铝等，非金属矿种指石膏、煤等。凡是采用采的矿种，都会产生塌陷，另外，地下溶洞垮塌，大量抽取地下水等，会产生塌陷。由于煤的储量大，分布广，开采的矿井也很多，所以，今天，我们就从煤的开采塌陷为例。,煤的产生是在若干年以前，大量的植物毁灭之后，经过地壳长岁月的高温，高压，由植物变成煤的一个碳化过程的结果。煤的地下埋藏形式，一般以层状式出现（老百姓称之为，铺山煤）。贵州的大部份地区的煤都属于这一类。煤的开采，由于沉积环境，时间不同，其开采方式亦不同，我国的新疆、丙蒙等，由于煤埋藏浅，煤层厚，一般都采用露天开采，（就是用机械将表土剥离后，直接采煤，但是，国内大部份煤碳开采都采取峒采）。峒采的方式可分为竖井开采，（如盘县的三脚树矿、金沙的林华煤矿等）。斜井开采，平峒开采等。在峒内采煤的手段主要有人工挖采）（小煤窑），炮采（小型煤矿），机械化开采，（一般指大型煤矿，如盘县火铺矿、土城矿、响水矿、纳雍的踪岭矿等年产量百万吨以上的煤矿）。,（二）煤矿开采引起的矿山环境工程地质1、塌陷的特征煤碳资源开采后的采空区，其围岩之应力将发生改变，其覆岩体和下伏岩体产生形变、位移。其间，上部岩层的移动最为显著。其上覆岩层破坏类型及其特征如下（1）三带型地质条件顶板以上基岩内无坚硬岩层，缓倾斜至倾斜层为主，一般基岩上有效厚覆盖层。开采条件长壁式全部跨落法开采。破坏特点（1）采空区上放顶形成冒落带，裂隙和弯曲带，最终形态类似于马鞍形。（2）破坏的高度取决于采厚和岩性等。（3）破坏具有缓慢连续的特征。,（2）拱冒型地质条件老顶岩层中存在极坚硬岩层。开采条件房柱式，刀柱式开采。破坏特征a.回采后老顶只产生一些弯曲变形，冒落至极坚硬岩层停止。b.采空区四周冒落高度小，中央冒高稍大成拱形。c.变形微小，缓慢，连续发生。地表仅发生弯曲下沉。（3）弯曲型地质条件直接顶和老顶均为厚层状极坚硬岩层。开采条件房柱式，条带式开采。破坏特片极坚硬岩层形成悬顶，覆岩不发生冒落而发生弯曲型破环，地表只产生缓慢连续，微小的变型，最大下沉仅为煤层采高的1-10。,（4）抽冒型地质条件急倾斜煤层，风化带附近，断层破坏，带附近厚煤层，贴近楹散含水层回采。开采条件掘进式回采。破坏特征a.采空区无冒落矸石支撑时覆岩发生局部性向上冒落破坏。b.冒落的形状多呈筒状或漏斗状，冒落高度可达地表。c.抽冒发生具有突然和断续。滞后于回采的特征，有时会重复抽冒。地表成园，椭园形漏斗状塌陷坑。（5）切冒型地质条件直接顶和老顶极坚硬岩层。开采条件a.回采面积大，突然产生或断续产生大面积冒落及塌陷。b.滑落岩体呈反漏斗状，四周断面与水平夹角为65-85,大体沿回采边界发展，尺寸一般小于回采面积。c.岩体内产生裂隙，地表出现分阶，错动，剪切、挤压和拉张等。,2、采空区上覆岩层变形特点由于地下采空，至使上覆岩层受到破坏并产生移动沉降。当沉降高度达到地表时，则形成塌陷坑。上覆岩层产生沉降过程上将形成三个带，即，破碎带裂隙带变形带（或称为整体移动带）。破碎带指煤层的直接顶板部分，破碎带之上为裂隙带，裂隙带之上为变形带（接近地表。）3、地面塌陷类型主要分为二种类型第一种类型连续或盆式（槽式）下沉，下沉将形成一个没有阶梯状变化的光滑的表面下沉剖面如下如图（一）与下沉区域的大小或开采深度相比，地面测点位移或许只具有弹性位移量级的大小。下沉通常出现在较软弱的非脆性岩层覆盖下的水平或倾斜体矿的开采区。下沉变形特征可分为三个区（1）均匀下沉区（中间区），即盆地中心的平底部分，地表下沉均，一般无明显的裂隙。（2）移动区（边缘区或危险变形区），变形不均，移动和开裂对建物破坏作用大。也称为裂缝区。（3）轻、微变形区（外边缘区），地形变形小，一般无破坏作用。,第二种类型不连续下沉下陷。其特点是在一个有限的地表面积上产生很大的地表位移，并在下沉剖面上产生阶梯状变化或不连续断面。如图（二）这种类型的地表下沉可由多种采矿方法引起。也可能突然发生，且产生的范围变化很大。它可以形成地塌陷坑，简状陷落，柱塞状下落等。其中筒状塌陷可能在较软弱的上覆岩层或上覆松散解体的节理裂隙较发育的岩体中发生。我国的湖南、湖北、广东、广西等省易发生生此类下沉现象。4、塌陷的危害地面塌限主要造成如下危害（1）对耕地造成破坏，使平整连片的田、地、支离破碎，影响耕种。（2）损坏建筑物，沉陷引起建筑物开裂，倒塌，造成公路、铁路、桥梁、房屋等设施失去使用价值。（3）破坏城镇地下市政、工程设施。下沉裂隙，将损坏或切断地下管线，如电缆、下水道，水管、煤气管道等。,,（4）造成矿井报废和生命财产损失塌陷的加剧会导致塌方和矿井进水，从而造成矿井报废，甚至发生人身灾难。我省的遵义、六盘水等地区都曾发生过。（5）造成山体开裂，引起崩塌。在陡峭临空的地形条件下，因山崖下采矿的管理不善和采矿设计不当，长期采掘会造成上覆山体开裂变形，最终产生倾倒滑崩等地质灾害。（如图片三、四）如94年4月30日上午11时45分，四川涪陵地区武隆县鸡冠岑发生巨大山崩，崩塌岩体总体积为397万立方米，崩塌堆积物分布总面积为17.85万平方米，致使乌江断流达半小时，形成堰塞湖，上、下不位落差达10米，崩塌摧毁年产6万吨煤矿一座，击沉不同规格的大、小船只4艘，死亡4个，12人下落不明。直接经济损失1089万元。事后调查，造成山崩的原因之一，就是人类采矿影响。山崩地段在解放前就开采煤矿的历史，近年又新建了兴隆煤矿，主井深达1100米，风井深达1300米。在崩塌发生前，94年2月就已发现兴隆煤矿的水池开裂漏水，94年3月又发现风井内拱圈井裂严重，并时有掉石塌方现象发生。说明采煤破坏了山体下部稳定。类似的崩塌灾害在2002年纳雍宗岑矿附近也曾发生过一个村寨被崩塌物掩埋，死亡9人的灾害事件。,,,（6）影响地下水体运动规律，由于采矿破坏煤层上覆地层的原如状状，使上覆含水岩层受到影响和破坏，使地下水自然流场发生变化，形成降落漏斗，使上覆含水层地下水导入矿井，以矿井水的形式排出地面，最终使矿井上覆地面发生张裂，田、地失去保水能力，导致田、地失去耕种价值。（7）造成地下水及土地污染，由于矿井排出的水和从煤矸石渗流出来的水，一般都是高矿化度，高硬度、硫酸盐、纳离子含量很高的水，这种水直接渗入田、地，可使地壤盐分升高，而导致盐碱化。使农作物生长，发肓受到严重控制，甚至，导致部分田、地弃耕。三、塌陷的预防开采影起塌陷的因素主要有开采深度、岩石性质，采空区规模（高度、宽度等），地层倾角以及开采方法等。因此，为预防不塌陷或降低塌陷程度，在开采时，选用合理的，科学的预防措施至关重要。（一）、尽量选用振动小，对煤层顶板破坏程度小的开采方法。如机械化开采等，严禁炮采等野蛮方法。（二）回填式开采边开采，边将部分矸石充填到已采空的空间，可有效降低地面塌陷程度。（三）预留煤、岩柱，采用房柱式、刀柱式等保安煤、岩柱，支撑顶板压力，降低塌陷程度。,（四）加强采屈范围内的地面监测，一旦发现地面有裂缝，立即停止开采，并采取措施及时处理。四、塌陷的预测煤矿开采，产生塌陷，这是很正常的事。但要将塌陷的面积比较准确地预测出来，就比较困难。在土地复垦方案的编制中，因塌陷而破坏的土地，是土地复垦的一个主要目标。因此，对塌陷面积的预测，提出如下二种方法，代大家参考（一）调查分析法1、实地调查开采范围内的地形（如沟谷等），2、调查开采煤层的总厚度。3、调查开采煤层的顶板岩石性质及稳定性。4、调查岩层走向倾角及其与矿井开采方向的关系（如斜交、顺层、垂直等）。5、调查矿井开采的深度。在有了以上资料的基础上，用地形地质图与井下巷道图进行对照，比较，基本上就可以圈划出预测可能塌陷的面积。一般煤层埋煤较浅，地形低洼、板板岩性稳定性差的就容易塌陷。,（二）、数学计算预测法运用规范中导水裂隙带最大高度计算公式H100M（2.4n2.1）11.2其中H导水裂隙最大高度（米）M可采煤层累计厚度（米）（一般取最大值）。N可采煤层的层数如贵州桐梓县吉源煤矿可采灶层数n为3层，煤层总厚度（累计厚度）M，最大值为10.33米，运用上述计算说在122.28米以上一般不会塌陷。目前，很多勘探地质报告，在评价矿井工程地质时，一般都选用此公式。五、塌陷与土地复垦国土资发（2007）81号文明确规定，煤矿开采引起塌限破坏的土地，是土地复垦的重要组成部分。是土地复垦的一个主要目标。因此，在土地复垦方案编制中，只有明确目标，才能比较准确地预测出破坏土地的面积，提出合理的预防措施，保证措施及资金预算等。土地复垦方案才比较符合实际，有针对性和可操作性。因此，对塌陷破坏土地问题要认真对待。,