新疆乌苏市五号平硐采空区稳定性浅析

新疆乌苏市五号平硐采空区稳定性浅析
摘要：新疆乌苏市五号平硐开采有50年的历史，地面塌陷坑主要形成于上世纪70年代矿山开采过程中，大片的塌陷坑不仅破坏了优良的草场，且牛羊跌入塌陷坑时有发生，威胁了矿区及当地牧民生命财产安全。

本次采用资料收集、物探等多种方法圈定了采空区范围，并采用导水裂隙带计算方法及移动盆地理论评价了采空区稳定性。

关键词：五号平硐采空区稳定性评价
1 煤矿概况
新疆乌苏市五号平硐位于乌苏市西南，该矿1976年投产，该矿主采A3、A5煤层，采用平硐开拓。

开采1542m水平以上煤层，开采深度小于100m，该矿目前已停产关闭。

2 地质概况
五号平硐位于中低山区，矿区地层为侏罗系下统八道湾组、三工河组砂砾岩、含砾泥岩、泥质粉砂岩、泥质砂岩、粉砂岩，地表多被第四系砂砾石所覆盖。

五号平硐矿区位于阿特克—乌苏电厂—乌兰托力尕向斜南翼，平硐内煤层产于侏罗系下统八道湾组地层中，可采煤层5层，五号平硐开采A3、A5煤层。

3 采空区范围
采空区范围确定采用资料收集、物探、钻探等多种方法圈定。

根据开采现状，采用计算机制图方法确定开采范围约为0.89km2。

通过收集资料与物探工作，最终确定采空区总面积0.995km2。

4 稳定性评价
矿内地面塌陷的稳定性评价与预测，是指地下煤层采空区的存在对地面变形的影响以及影响程度大小的分析，理论基础为《矿区水文地质工程地质勘探规范》（GB12719—91）中关于地下采空体导水裂隙发育规律及《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》等关于地表移动盆地理论。

4.1 冒落带及导水裂隙高度计算
根据煤层产状、岩石抗压强度及顶板管理方法，采用《矿区水文地质工程地质勘探规范》（GB12719—91）提供的公式进行计算。

五号平硐主要开采A3、A5煤层，煤层倾角5～29°，为缓倾斜煤层，煤层顶底板岩层以泥质粉砂岩、泥质砂岩为主，抗压强度10.31～28.43Mpa，为软弱岩石，顶板陷落。

喇嘛河煤矿主要开采A5、A41、A4、A31、A3煤层，煤层倾角5～14°，向斜南翼倾角达53°，为缓倾斜煤层，煤层顶底板岩层以泥质粉砂岩、砂砾岩为主，抗压强度0.22～7.85MＰa，为软弱岩石，顶板陷落。

计算公式选择如下，冒落
带最大高度Hc=（1～2m），导水裂隙带最大高度
（Hc—冒落带最大高度（m），Ht—导水裂隙带高度（m），M—累计采厚（m），n—煤分层层数）。

五号平硐主采A3、A5煤层，煤层导水裂隙带最大高度121.26m，对比其所形成的采空区的分布特点以及周边地形变化，可以初步判定其顶底板的变形对地表影响较大。

五号平硐矿区内采空区分布在喇嘛河西岸地形高度1650～1730m地区，采空区顶板距地表50～108m，小于导水裂隙带最大高度。

而喇嘛河东岸A5煤层上部为火烧区，因而只开采了深部的A3煤层，地表未形成地面塌陷。

乌苏市喇嘛河煤矿主要开采背斜南翼A5、A41、A4、A31、A3煤层，该煤层计算导水裂隙带高度为134.58m，喇嘛河煤矿背斜北翼最低开采标高为1690～+1520m，背斜南翼开采标高为+1710m～+1615m，采空区顶板埋深在135～30m间，采空区均不稳定，易塌陷，实际调查喇嘛河煤矿采空区上部均已塌陷至地表，可以初步判定其顶底板的变形对地表影响较大。

4.2 地表变形宽度计算
根据移动盆地理论，矿区采空区顶底板变形边界计算参数涉及煤层计算采深、第四系厚度及顶底板的边界角、移动角以及煤层走向的
边界角、移动角等。

矿区煤层计算采深采用导水裂隙带最大高度，第四系厚度采用平均值，采空区顶底板部分变形边界计算参数参考利用喇嘛河煤矿开发利用方案中现有值，其余计算参数根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》附表5－3（按覆岩性质区分的地表移动一般参数综合表）中，覆岩类型为软质岩（单轴抗压强度小于30MPa）对应的移动角和边界角经验值取值。

矿区第四系松散层移动角采用喇嘛河煤矿开发利用方案中现有值45°。

倾向方向（上山、下山）受矿区剖面线上地形起伏的影响，变形宽度实际为顶板或底板在地表的露头至各移动角和边界角（或经松散层扩散后）在地表对应区域的水平距离，因此，采空区顶底板围岩边界变形、移动变形的计算使用mapgis软件图解法确定。

走向方向对于煤层采空区沿煤层走向，也存在一个边界稳定问题，计算公式为B=h1·ctgδ+h2·ctgΦ。

根据煤层采空顶底板变形影响边界计算公式、矿区内采空区计算参数值以及矿区地形变化，计算得出矿区煤层采空影响边界的宽度见表1。

4.3 稳定性评价
根据最大导水裂隙带高度、采空体埋深特点、变形宽度计算结果、采空区地面塌陷影响因素并结合采空区稳定性评价标准，判定移动角对应变形范围内判定为不稳定区，移动角与边界角变形宽度范围之间的采空区判定为基本稳定区，其余区域为稳定区。

5 结语
在矿山现状条件下，根据收集到的矿山开采和现场调查情况结合钻探、物探解译结果综合确定了采空区，采空区面积0.995km2。

根据规范对采空区顶板稳定性进行了评价，据稳定性评价结果将采空区分为不稳定区、基本稳定区稳定区。

考虑到矿区内塌陷区稳定性较差，对其进行治理的安全性得不到充分的保障，且其范围内人类活动较少，故提出避让封闭警示方案，在不进行工程治理之前，将采空区及其影响区范围采取封闭措施，设置铁丝网围栏及警示标志进行封闭和预警；随着时间的推移，残留采空区会冒落塌陷自然密实，地面塌陷坑会逐渐趋于稳定，再进行人工回填。

参考文献
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