金州石棉矿采空区地表变形现状研究.pdf

1 9 9 9年弟 3期 总弟 3 6期 煤矿开采 1 9 9 9卓 9月 罗 州石棉矿采空 ／ 金州石棉矿采空 表变形现状研究 白喜元，扬世宇，周鹏，徐峰 大 连 开 厩翡 院 ， 辽宁大 连1 1 6 6 0 0 ’ 3 【 摘要】 通过对金州石棉矿采空区地表 变形现状监测及研究，评价采空区 各类变形影响程度，为保证 已建建筑物的安全使用和土地资源的台理利用提供科学 依 T D 采 3 矿 ．3T I Y 3 2 5 3 方法 B 1 0 0 6 “ - 1 9蠡99 0壅3 。 宅 昼 l关 键 词 】 采 矿 方 法 ； 茎 墅 堕 里 L 美 甲 f ， 中 圈 分 类 号 ■ 标 识 码 文 章 组 号 砬 25 一 00 一 僻 金州石棉矿采空区位于大连开发区的中心 地带下方 ，南起大窑湾北岸 ，斜穿开发区，延 至西 北大 黑 山前 ，沿 走 向长 4 k m，倾 斜 宽 0 ． 5 k m 。为保证已建建筑物 的安全和土地资源 的合理利用，评价采空区各类变形程度及可能 引起的危害，以便采取预防措施 ，我们进行了 采空区影响范围内地表变形现状研究工作。 1 矿山开采殛地质情况 1 ． 1矿 山开采 石棉矿 南矿于 1 9 5 8 年开采，在第4一 l 6 勘探线 长度 2 0 0 0 m范围内进行小斜井沿 脉开采，采矿方法为巷柱法和浅孔 留柱法 。在 小斜井开采过程中 ，对浅部接近强风化带 的矿 体基本采 出，采深至 一l O O m，1 9 7 0年小斜井 开采结束。1 9 7 0后采用中央竖井 和两翼通风 斜井的中央对角式开拓 ，开采长度 4 0 0 0 m，采 深 一1 0 0 一1 5 0 m采用浅孔 留矿法 ， 一1 5 0 m 以下采用千式充 填法。每 5 0 m为一 个中段， 采至 一 4 5 0 m，于 1 9 9 4 年 4 月闭坑。 1 ． 2 矿 山地质 1 矿层位于辉绿岩层的下盘震旦 系甘 井子组蛇纹石化白云质灰岩中，距辉绿岩床 1 ～ 1 ． 5 m，产状与围岩一致 ，矿体平均厚度 2 m， 倾向 N E ，倾角为 5 0 8 0 。辉绿岩厚度为柏 一 9 0 mo 2 构造矿区岩体呈 N W s E“ s ”形 展布，呈单斜构造。断层主要包括 N E向压扭 和部分张性、张扭性横断层、N W 向的 及 F 柏 压性断层，横断层在 “ s ”形转弯处发育。 3 水文地质条件矿 区有 3个含水层， 辉绿岩为良好的隔水层 ，其上下盘基岩分别为 第一 、第二含水层 ，南部靠近海边 的第 四系为 第三含水层。近海地段排泄区和断层发育地段 岩溶发 育，向北迳流 和补给区岩溶率相对减 弱，地下水 由降水和海水双向补给 。 2 地衰变形监测 2 ． 1 采空区地表移动变形分带 按地表变形的特点，不同采矿方法形成的 空场范围及深度．地质构造复杂程度 ，围岩分 类及按规范计算的采空区顶板岩体破坏高度 ， 将采空 区影响范 围分为 3 个带。 I带 采深 7 5 m以上采空区影响带； lI 带 采深 7 5 m一一 1 5 0 m采空区影响带；llI 带 采深 一1 5 0 m一一 4 ．Yn 采空区影响带。 2 ． 2 地表连续变形监测 1 监测线的布设在采空区中部垂直矿 体布设了2条监测线 ，见图 1 。基准点布设在 采空区影响范围以外 ，并采取保护措施 ，保证 9 地 区 一 维普资讯 1 9 9 9年第3期 总第3 6 期 煤矿开采 1 9 9 9 年 9月 其稳定 。监测点分为基岩点和普通点，布设在 不 同采深地段，具有代表性。见表 1 2 水准洲量自 1 9 9 6年 6月开始对 Ⅱ、 Ⅲ监测线进 行监测。依据 工 程测量规 范 G B 5 0 0 2 6 9 3 中变形测量的等级划分及精度 要求 ，采空区垂直变形测量等级定为三级，按 Ⅱ等水准测量 的技术要求施测。 图 1 2环 Ⅱ菩水准路线和监测发布置 裹 1 监舅线布点统计 1 9 9 6 年 6 月开始对 Ⅱ监测线 I IA至Ⅲ 一 B和 Ⅲ监测线的Ⅲ 一A至 Ⅲ 一B ，按单一附合 水准路线进行观测，观测周期为 1 5 d 。高差全 中误差Ⅱ监测线 Ⅱ1 ． 2 4 w in，Ⅲ监测 线 M 1 ． 2 4 w in。为提高观测精度 ，1 9 9 7 年增测Ⅲ一A到 IIA测段 ，构成单一 闭合水 准路线。观测周期 1 9月份为 1 5 d ，1 0月份 开始为 3 O d 。高差偶然中误差 1 9 9 7年 Ⅱ监测 线的 M△ Ⅱ0 ． 6 O 盯 l m Ⅲ监 测线 的 MA Ⅲ 0 ． 8 4 n m a 1 9 9 8年 Ⅱ线 村△ 0 ． 4 8 n n ，Ⅲ线 M 0 ． 7 5 n n 。符合规范要求。 3 监测点下沉结果各监测点下沉结果 1 0 列入表 2 ，表 3中，对下沉值大于 2 m m的测点 视为有下沉趋势，对于下沉值小于 2 n n n且大 于 2倍中误差的测点视为稍有下沉趋势，在 2 倍中误差以内的视为无下沉趋势。 从表 2 和表 3 可以看出，几年来 ，石棉矿 采空区上方未发现岩体整体移动现象。 2 ． 3 地表非连续变形 采空塌 陷监测 定期观察采空区影响范 围内的地表塌陷情 况。在雨季 ，特别是大雨过后 ，在可能引起地 面塌陷 、台阶及裂隙的部位进行现场踏勘 ，出 现塌坑时及时测量 ，同时展示图上。 1 9 9 6年 一1 9 9 8 年共出现采空塌陷坑 8 个。 维普资讯 1 9 9 9年 第3期 总第3 6期 煤矿开采 1 9 9 9年 9月 裹 2 历年监谢沉降值统计 监测点 Ⅱ 一l ／ ram Ⅱ 一2 ／ I 山 T LⅡ 一3 ／ n _Ⅱ一4 ／ n _Ⅱ 一5 ／ mm Ⅱ 一 一Ⅱ 一7 ／ I 山 T LⅡ 一8 ／ ram Ⅱ一9 ／ 一Ⅱ 一l O ／ mm 拓啦 一 十厘 下 下 下下 下下 下下 下下 下 下 下 下下 下 下 下 下下 沉沉沉沉沉沉沉沉沉沉沉沉沉沉沉沉掘沉掘沉 值 趋 值趋 值趋 值趋 值趋 值趋 值趋 值趋 值趋 值趋 势 势 势 势 势 势 势 势 势 势 9 6 0 无0 无0 ． 6无0 ． 3无破环0 无1 ． 3无3 1有O ． 8无O 5无 9 7 0 无O ． 9无2 ． 2有0 ． 7无0 ． 4无2 ． 5有2 ． 8有1 8 稍有1 ． 4 稍有 9 8 0 无0 无0 无0 ． 2无0 无0 无0 无破环0 无 监测点类型 普 普 基 普 普 基 普 普 普 普 u n n m m m m m m m 2 ． 4 采空塌陷的影响因素分析 根据分析，开采塌陷的相关因素如下 1 塌坑和开采深度有关出现塌坑的最 小开采深度为 1 5 m，最大开采深度为 3 5 r o 。引 起地表裂缝最大开采深度为 4 5 m，大于这个深 度 的地段 未出现 塌坑和裂缝 。 2 塌坑和岩体强度有关在浅部风化带 内开采形成空场，上覆岩体强度很低 ，顶部易 冒落 ，地 表出现塌坑 。 塌坑出现在采空区上覆的辉绿岩床上。 3 塌坑和第四系厚度有关第四系厚度 较薄 一般为 1 9 m且为含水量较大的红粘 土 ，容易形 成塌坑 。 4 塌坑和开采 范围有关大面积开采， 开采长度较大，达到充分采动 ，则地面出现塌 坑 。局部开采 的地段未发现 塌坑 。 5 塌坑和水的作用有 关 1 9 9 4年闭矿 后采空区地下水 回升，1 9 9 6年 3月 2 8日水位 回升到 一8 m，6 7 t o 勘探 线最浅采 深标高为 一 1 3 m一2 m，地下水位已超过或接近最 浅开采 深度。矿柱在地下水的浸蚀作用下强度降低， 导致覆 岩 垮 落 面 产生 塌坑 。塌 坑 全 在 雨 季 出 现，是地表水和地下水共同作用的结果。 6 塌坑与矿柱面积有关浅部小斜井开 采，矿柱面积 比率小 于 3 0 ％，强度较低 ，易 出现 塌陷 。 综上所述 ，开采塌陷的主要影响因素是采 深较浅，开采范围大 ，地下水和地表水作用明 显 。 维普资讯 1 9 9 9年第 3期 总第 3 6期 煤矿开采 1 9 9 9年 9月 3 结论 1 地表非连续变形 采空塌陷仍在继 续，在时间和空间上都是不连续的，应予充分 注意，特别是雨季 ，需加强观测。 2 对采深小于 7 5 m的地段 属不稳定 地段 ，均不适宜建筑 ，可留作预留地 ，待 以 后观测评价处理后使用。对于 通过采深小于 5 0 m的地段 位于辉绿床上 的公路，应采用 特殊的路基或进行采空区处理 ，以确保在公路 营运过程中不发生塌坑事件。 3 观测结果表 明，采空 区上方岩体稳 定 ，采空区地面未发现大面积移动现象。通过 地表变形现状研究 ，为采空区治理和规划建设 提供了依据。 4 石棉矿采空区地表变形监测研究 ，是 研究急倾斜矿体采空区地表变形的典型实例， 具有一定的代表性。 【 参考文献】 [ 1 ]煤炭科学研究总院北京开采所编著．煤矿地表移动与疆 岩破坏规律 及其应用[ M] ．北京 煤 炭工 业出版社 ， 1 9 81 [ 2 ]事通村等 ．矿 山岩石力学 [ ．重庆 重 庆大学 出版 杜 ．1 9 9 1 [ 3 ]石棉矿采空区地表稳 定性及建筑适宜性研究 报告 [ R ] ． 大连 }大连工程建设高级工程师事务所，大连开发区石 棉工业公司。1 9 9 3 [ 4 ]胡德 富．孙宪立．地下水采空 区目 I 起 的地表斜坡变形和 精移 的研究 [ J ] ．长春地质学院学报 ．1 9 8 6 [ 5 】韩汉森．矿柱强度的若干影 响因素 [ J 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，以期取得 一个合 理、科学 的结论 ，更好地指导安全生产。 收稿 日期 1 9 9 90 6 0 9 ；责任编辑 酆正立 维普资讯