子陵铺石膏矿段采空区稳定性分析及对策研究
公路压覆石膏芒硝矿采空区稳定性及影响评价分析
公路压覆石膏芒硝矿采空区稳定性及影响评价分析◎王勇（作者单位：湖南省高速公路集团有限公司）引言：目前，我国对于资源的需要在不断的增加，开采量也越来也大，长期发展下去，我们所面临的采空区面积也在不断增加，但我国随着交通建设的不断发展和土地资源的日益稀缺，公路压覆和穿越采空区地表的现象就普遍存在，这样极有可能会存在很大的安全隐患，因此我们需要对公路压覆石膏芒硝矿采空区稳定性及影响评价分析，找到真正的影响因素，以减少地面塌陷、地压灾害等地质灾害情况发生。
一、案例基本情况概述湖南省衡山石膏矿开采区，西高东低，主巷道为南北向，开采厚度约2.5m 左右，少数矿坑采用废渣回填，主道宽2m 多，铁轨60cm，有砼支护。
路线K1+260-K3+500段，为含厚度2-4m 的泥质石膏（青石膏）层，上下为白垩系紫红色泥质粉砂岩，岩石倾向北东向70°，倾角3-5°，青石膏矿层沿岩层走向分布，倾向北东向，倾角约2-5°，石膏矿层走向与岩体走向基本一致，埋深西高东低。
桥位里程K1+900-K2+710为乡镇企业曙光石膏矿和棠兴石膏矿矿区范围，矿层及采空区埋深西高东低，倾斜开采，采空区洞高一般按2.5m 设计，实际开采洞高范围在2.5-3.5m 之间。
其中在K2+040左侧20m 出地表有塌陷（约10年前塌陷）。
其中K1+900-K2+160为尚不确定的路段，因地表存在塌陷，钻孔揭露矿层，但未揭露采空区，需进一步物探和钻探验证。
二、石膏矿采空区稳定性影响因素由于石膏矿的开采主要是以地下为主，开采的深度往往较浅，所以石膏矿山的采空区往往是地质灾害的易发地区，其地质灾害的形式表现为多方面，相关人士对各种已发的地质灾害形式进行分析研究，发现影响石膏矿采工区稳定性的因素较多，但主要是受矿柱和顶板的影响。
因为矿柱失稳会使采空区发生坍塌，顶板失稳，护顶层掉落坍塌。
对于已经得到的结论，矿柱和顶板的稳定性决定了石膏矿采空区的稳定性，所以研究石膏矿采空区稳定性就不得不对矿柱和顶板的稳定性进行研究，其实影响两者的因素较多，采空区的面积大小、矿柱的面积比率大小、矿柱的宽高比大小、采空区岩体结构、采空区开采的深度、采空区采空的时间、地下水形式等等多种因素都会对矿柱和顶板的承压产生一定的影响。
采空区及矿柱稳定性控制措施研究
采空区及矿柱稳定性控制措施研究发布时间：2021-05-25T10:01:54.073Z 来源：《基层建设》2021年第2期作者：朱先锋[导读] 摘要：采空区治理是为了确保空区不会发生大的变形、不会发生塌陷，保证对应的地表和周边环境不会受到采空区的影响，保证矿区生产安全。
湖南新田岭钨业有限公司摘要：采空区治理是为了确保空区不会发生大的变形、不会发生塌陷，保证对应的地表和周边环境不会受到采空区的影响，保证矿区生产安全。
关键词：采空区；矿柱；稳定性1采空区治理方案概述采空区治理的措施有很多，当前主要有矿柱支撑法、充填法、封闭、隔离疏导法、崩落法等等，还有多种方法的联合应用。
（一）矿柱支撑法采用预留永久矿柱或人工构筑石柱来支撑采空区的顶板，是一种较普遍也实用的治理方法。
但是预留矿柱会导致矿体永久损失；若人工构筑石柱来处理，无论是木支架、混泥土还是金属支架，都很难经受长时间的考验，长久来讲，矿柱会侵蚀或风化而破坏，最终会破坏采空区的稳定性，采空区可能会垮塌。
（二）充填法可以这么说，处理采空区较为有效的方法就是充填法。
理论上来讲，充填法可以处理任何采空区。
但是，无论采用干式还是湿式充填都需要有复杂的充填系统，建设、技术、管理的成本都比较高。
因此，要采用充填法就要进行技术经济比较，综合考虑。
（三）封闭、隔离疏导法封闭、隔离疏导法就是采用隔离层（封闭墙）隔绝空区。
此种方法相比其他方法，施工简单，成本低。
（四）崩落法崩落法以前矿山中应用较广，但是这种方法的应用有一个前提条件，地表允许陷落。
如今国家对生态环保的要求非常重视，根本不允许破坏地表植被，不允许破坏生态环境。
因此，崩落法处理采空区的方法就很少用了。
（五）联合处理法不同采空区的结构形态和所处的环境都不尽相同，对应的处理方法也会不一样。
采空区处理应遵循的原则是：技术可行，经济合理，能使空区长期稳定，或空区围岩变形缓慢，范围可控。
2 采空区治理方法选择原则各类采空区治理方法都有其适用性和优缺点选择合理的处理方法对采空区进行及时处理，对有效控制地压，避免大规模的地压活动，确保安全生产，具有十分重要的意义。
石膏矿床开采存在问题及对策
科技论坛由于我国从人均的角度来看，都会比其他国家拥有矿产资源的数量要低很多，这样石膏在开采的过程中也会存在不高的回收率，不满足我国下达的有关方针要求；在最近几年里，出现安全事故的概率不断增加，这样也在某种程度上对矿山的安全生产带来不利影响，也和建立以人为本的理念不符；以往的开采手段无法紧跟时代的要求，这些因素都会对开采工作的进行带来一定的阻碍。
基于此，本文主要从以下几个方面对石膏矿床开采存在的不足之处进行分析，并提出合理化建议，供以借鉴。
１危险危害因素分析危险危害因素是指能对人造成伤亡或对物造成突发性损害的因素．当前我国石膏矿床地下开采过程中伤亡事故的不断发生，事故的次数和事故的严重度呈现出上升趋势，说明在地下开采过程中存在着较多的危险危害因素，为了把事故降低到最低程度，需要对地下开采过程中存在的众多危险危害因素进行具体分析，从而进一步提出安全对策。
１．１矿点设置不合理石膏是一种廉价矿石，多年来在“有水快流”的思想指导下，一方面，准入门槛低，缺少矿山规划设计，常是一个矿区划归几个甚至十几个矿山开采，不仅占用大量保安矿柱，占压与报废大量储量，而且矿山开采互相干扰，有效监管的难度大；另一方面，矿石多为集体企业与民营企业开采，普遍存在资金投入不足、技术装备水平低、安全生产条件差；第三方面，由于没有长久的开采规划，许多石膏矿山建矿之初就布局不合理，资源浪费与破坏现象严重，且相互争抢矿源，引发事故隐患。
１．２从业人员素质较差由于矿山的开采规模普遍较小，从业人员中大部为农民工，未经过正规培训，且流动性大，在矿山的建设、开采中作业中，留下的隐患较多。
１．３采空区未经处理石膏矿山普遍采用房柱采矿法开采，大型矿山遗留未作处理的采空区面积已接近大，集体、民办企业的矿山更甚，且呈迅速增长之势。
这些未作处理的采空区才是石膏矿山特大事故频发的根本原因。
事实上，房柱式采矿法有其适用的条件，并不是所有的石膏矿山都适宜用此法开采。
煤矿采空区场地稳定性评价方法探讨
煤矿采空区场地稳定性评价方法探讨摘要：由于矿藏的开采，形成大范围的地下空洞区域，这个区域就称为采空区。
采空区稳定性问题是一个复杂的系统，受多种因素影响和控制，如地质构造、水文地质与工程地质、开采技术条件等等。
采空区稳定性问题在国内外属于一个比较新的课题，目前尚处于起步阶段。
但是许多学科的发展为其深入研究提供了新的研究契机。
从丰富岩石力学内容，将理论的发展转化为生产力的角度出发，本课题的研究也显得非常迫切，也具有很高工程实用价值。
关键词：煤矿采空区场地稳定性评价采空区的存在，给工程建设埋下了极大的隐患。
在国内，对于采空区，工程建设时，由于在开采时技术管理的不规范和在对采空区稳定性评价的手段上存在一定难度，多数情况下采取绕避措施，造成了投资和土地资源的极大浪费。
随着我国经济的迅猛发展，工业和基础设施建设的数量和范围也在不断的扩大，土地资源显得日益紧缺，大多数采空区还处于闲置状态，为了最大化的重新利用采空区地表，加强对采空区稳定性研究和处治显得日益紧迫。
一、影响煤矿采空区场地稳定性的因素分析1.1 煤矿采空区覆岩的石岩组类型覆岩力学性质是对采空区下沉影响程度较大的因素，我国的煤矿开采实践也表明：岩体越坚硬，地表下沉系数的值就越小。
由于破碎的岩体具有分形的几何特性，因此，可以用小尺寸的破碎岩体(数十毫米级)模拟大尺寸的破碎岩体(数十米级)。
为了模拟近似实际的矿山压力，采用伺服机实验设备，可以达到实验要求。
而只要满足了几何相似和应力应变相似，即可进行相似模拟实验。
软硬岩石高压固结模拟实验结果表明：①覆岩的力学性质和结构特征对沉陷变形的影响很大，软岩比硬岩更易被压缩变形，故在软岩厚度大的采空区，地面沉降量会相对较大；②地下水的浸泡可使软岩产生更大的附加沉降，故煤层顶板中较厚的软岩会导致固结沉陷速度加快，沉降量增大，采空区稳定性变差；③覆岩主要为硬岩的条件下，沉陷稳定的时间较长，若覆岩主要为软岩，则沉陷稳定的时间较短。
子陵铺石膏矿段地面塌陷分析与监测预警研究
子陵铺石膏矿段地面塌陷分析与监测预警研究卢开华;苏宏;刘先武【摘要】荆门子陵铺石膏矿段面积3.54 km2,形成采空区1.202 km2,累计发生地面塌陷23次,塌陷面积达0.157 4 km2.通过对该矿段四干渠分水闸周边地面塌陷区的形态规模、变形特征、形成因素、破坏模式分析和发展趋势预测,提出该区域采空区综合治理和地面塌陷地质灾害防治监测预警的措施和方法,在实际运用中取得良好效果.【期刊名称】《资源环境与工程》【年(卷),期】2016(030)001【总页数】5页(P80-84)【关键词】石膏矿;采空区;地面塌陷;监测预警【作者】卢开华;苏宏;刘先武【作者单位】荆门市国土资源局,湖北荆门448000;荆门市国土资源局,湖北荆门448000;湖北省地质局第八地质大队,湖北襄阳441002【正文语种】中文【中图分类】P642.26;TD327荆门市子陵铺石膏矿段总面积3.54 km2,采空区面积1.202 km2,累计发生地面塌陷23起,塌陷总面积0.157 4 km2,未造成人员伤亡。
2010年石膏矿关闭后,地方政府采取“禁止居住、禁止通行、禁止耕种、禁止养殖、禁止生产”措施,对采空区实行全封闭管理,将地表65家农户和2家企业搬迁避让,开展了四干渠采空区地质勘查和分水闸塌陷区应急修复等工程,建立了完整的地面塌陷监测预警体系,地质灾害防治工作取得初步成效。
1.1 地理位置子陵铺矿段位于荆门市以北5～10 km处,属东宝区子陵铺镇辖区,为荆门城市近郊。
矿段南北长3.5 km,东西宽1.9 km,东侧有焦柳铁路、207国道经过,乡村公路纵贯全区,交通便利。
1.2 地形地貌矿段处于丘陵与汉江平原过渡地形带,属低缓丘陵地貌区,总体地势为西北高、南东低。
区内沟谷宽缓,丘脊浑圆,丘高在15～20 m,边坡角一般<25°。
地表植被较发育,主要以旱地农作物为主,少量林地及荒地。
1.3 气象水文该区域属于亚热带温暖季风型气候,气候适宜,雨量充沛。
荆门城区石膏矿采空区地面塌陷监测预警现状与展望
第３３卷增刊２０１９年１２月资源环境与工程ＲｅｓｏｕｒｃｅｓＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ＆ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ ３３ꎬＳｕｐ Ｄｅｃ.ꎬ２０１９收稿日期:２０１９－０７－２９ꎻ改回日期:２０１９－０８－２８ꎻ网络出版时间:２０１９－０９－１６㊀０９:０６作者简介:卢雨岚(１９９２－)ꎬ女ꎬ助理工程师ꎬ地理信息系统专业ꎬ从事地质灾害监测预警研究工作ꎮＥ－ｍａｉｌ:１１７２４９８５４＠ｑｑ ｃｏｍ荆门城区石膏矿采空区地面塌陷监测预警现状与展望卢雨岚ꎬ李㊀业ꎬ梁㊀巍(湖北省地质局水文地质工程地质大队ꎬ湖北荆州㊀４３４０２０)摘㊀要:根据监测工作累积的丰富资料ꎬ从监测网点建设㊁监测技术应用㊁监测数据分析等角度归纳总结荆门城区近几年监测预警工作的现状ꎬ对地面塌陷监测预警的技术手段和发展趋势进行展望ꎬ并提出采用 地表宏观巡视(新增遥感监测)＋地面裂缝自动监测＋ＧＮＳＳ自动监测＋微震自动监测地下水自动监测＋采空区气压自动监测 的综合监测方法ꎬ及建设地面塌陷灾害综合监测网的建议ꎮ关键词:荆门城区石膏矿采空区ꎻ地面塌陷ꎻ监测预警中图分类号:Ｐ６４２.２６ꎻＴＤ８５３.３９１＋.２㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀文章编号:１６７１－１２１１(２０１９)Ｓ１－００７８－０５ＤＯＩ:１０.１６５３６/ｊ.ｃｎｋｉ.ｉｓｓｎ.１６７１－１２１１.２０１９.Ｓ１.０１６㊀㊀荆门市矿产资源开发利用历史悠久㊁强度高㊁规模大ꎮ特别是改革开放以来ꎬ随着国民经济的发展和地质勘探工作的逐步深入ꎬ矿业开发日益壮大ꎬ各种经济类型矿业企业蓬勃兴起ꎬ得到了迅猛发展ꎬ２０世纪９０年代末期形成了以石膏矿为主的矿业开发体系(图１)ꎮ图１㊀荆门城区石膏矿区分布图Ｆｉｇ １㊀ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｍａｐｏｆＪｉｎｇｍｅｎｕｒｂａｎａｒｅａｇｙｐｓｕｍｏｒｅｓｅｃｔｉｏｎ１.石膏矿区ꎻ２.中心城区ꎮ荆门市城区石膏矿矿产资源丰富ꎬ开采历史悠久ꎬ形成了大范围的采空区ꎮ中心城区内矿区总面积约４２.８９ｋｍ２ꎬ采空区面积约１１.９５ｋｍ２ꎬ各矿区累计发生地面塌陷近百次ꎬ塌陷总面积约３.８５４ｋｍ２ꎮ塌陷集中分布在东宝区的子陵铺镇和掇刀区的白庙街办 麻城镇一带ꎮ地面变形产生的垂直位移变形量大ꎬ对原始地形地貌破坏严重ꎬ对地表工民性建筑㊁交通㊁农业㊁水电及通讯等基础性设施危害较大ꎮ石膏开采形成的采空区改变了矿区地层应力结构ꎬ破坏了地下含水层ꎬ使地下水位下降㊁地表干旱㊁地表营养物流失ꎬ土地质量下降甚至丧失使用价值ꎮ近年来ꎬ荆门市石膏矿采空区地面塌陷频繁发生ꎬ严重影响了资源开发利用㊁生态环境和城市建设ꎬ甚至危及人民的生命财产安全㊁影响社会的稳定ꎮ截至２０１８年ꎬ荆门城区范围内的所有石膏矿已全部关闭ꎬ关闭后的石膏矿采空区前１ ３年为变形活跃期ꎬ为切实保障石膏矿采空区及影响区居民生命财产安全ꎬ地方政府采取了关闭辖区内因地面变形影响居民安全的石膏矿并全部实施搬迁避让的措施ꎮ同时为确保避让期居民安全及区内主要道路㊁重要基础设施的安全运行ꎬ对荆门市东宝区子陵铺石膏矿段和掇刀区白庙街办宝龙石膏矿等石膏矿区地面变形进行应急监测预警工作ꎮ１㊀研究区监测预警现状１.１㊀监测网点建设现状荆门城区石膏矿主要分布于东宝区的子陵铺镇和掇刀区的白庙街办 麻城镇一带ꎮ荆门市子陵铺石膏矿段总面积３.５４ｋｍ２ꎬ采空区面积１.２０２ｋｍ２ꎬ累计发生地面塌陷２３起ꎬ塌陷总面积０.１５７４ｋｍ２ꎬ未造成人员伤亡ꎮ据数据统计分析可见ꎬ石膏矿生产期间ꎬ塌陷８次ꎬ占塌陷面积的１５％ꎻ停产后２￣３年为地面塌陷高发期ꎬ塌陷１４次ꎬ占塌陷面积的８２％ꎻ后期地面塌陷逐步变缓[１]ꎮ荆门市高新区 掇刀区先后有石膏矿山企业２５家ꎬ矿区总面积４５.８９ｋｍ２ꎮ据资料统计ꎬ１９９２年 ２０１８年６月发生地面变形１１３次ꎬ地面塌陷总面积约３.７４９ｋｍ２ꎬ占矿山采空区面积的３３.７７％[２]ꎮ近年来辖区内的石膏矿采空区频繁发生地面变形ꎬ随着石膏矿山的全面关闭ꎬ采空区地面变形进入高发多发期ꎮ地面塌陷不仅严重威胁区内居民生命财产安全ꎬ同时也对荆门市城市规划建设影响巨大ꎬ阻碍了全市经济可持续发展ꎮ２０１５年以来ꎬ应地方政府要求ꎬ湖北省水文地质大队荆门地质环境监测保护站主要使用 宏观巡视＋简易裂缝监测＋ＧＰＳ自动化监测 对荆门市宝龙石膏有限公司宝龙石膏矿㊁荆门市鑫斗石膏矿㊁荆门市麻城镇宇联石膏矿采空区塌陷开展应急监测ꎬ在荆门市子陵铺镇石膏矿㊁宝龙石膏有限公司宝龙石膏矿㊁荆门市荆花石膏矿㊁荆门市明珠石膏矿等多个矿区开展采空区地面变形ＧＰＳ专业监测ꎮ１.１.１㊀子陵铺石膏矿段地面塌陷监测网２０１２年子陵铺石膏矿段地面塌陷被纳入全省地质灾害重点隐患点管理ꎬ采用宏观监测与ＧＰＳ位移监测方法开展监测预警工作ꎮ宏观巡查根据矿山采空区及塌陷区分布特点ꎬ巡查整个矿山采空区ꎬ巡查主路线设定为３条ꎬ沿矿区３条主干道进入监测区ꎬ线路以 Ｓ 形路线布置ꎬ将渠道和道路作为重点ꎬ兼顾周边民房进行徒步巡查ꎬ设计巡查主线路长约１５ｋｍꎮ重点区域建立简易观测点ꎬ主要将近３年来未经回填处理的塌陷区边缘可视拉裂缝作为主要设点监测对象ꎬ其次对巡查过程中发现的新的地表拉裂缝进行监测ꎬ民房以墙体裂缝为重点监测对象ꎮ宏观监测设计塌陷区简易监测点４０个(塌陷区监测点１５个㊁地表建筑物裂缝监测点１５个㊁新的裂缝监测点１０个)ꎬ专业监测由监测基准网及采空区地面变形监测网组成ꎬ采用ＧＮＳＳ实时动态监测方案ꎬ整个监测区布置１个基准点和１０个形变监测点ꎬ通过检测获取各测点的水平以及垂直变形量ꎮ１.１.２㊀白庙街办石膏矿区地面塌陷监测网２０１８年１０月湖北省水文地质工程地质勘察院完成«荆门市高新区 掇刀区白庙街办石膏矿区地面变形应急监测预警工程设计»ꎬ采用地表宏观巡视＋地面裂缝自动监测＋ＧＮＳＳ自动监测＋综合监测ꎮ２０１９年２月ꎬ白庙街办的荆花石膏矿㊁宝龙石膏矿㊁荣兴石膏矿和明珠石膏矿４个石膏矿区采空区地面塌陷监测网建设完成ꎮ地表宏观巡视主要是对全矿区范围内建(构)筑物裂缝㊁井泉塘㊁道路进行巡视等ꎬ同时对监测仪器进行检查ꎬ查看设备运行条件ꎮ地表简易监测点１５个ꎬ其中宝龙矿区８个㊁荣兴矿区３个㊁明珠矿区４个ꎬ位于三个矿区范围堰塘㊁村民房屋地坪ꎬ主要用于观察房屋裂缝变形情况ꎮ巡查路线一条ꎬ设计巡查主线路长约３０ｋｍꎮ地表裂缝自动监测点２个ꎬ位于宝龙矿区荣星村旧村委会附近房屋ꎬ主要用于地面变形主裂缝监测ꎬ监测裂缝变形情况ꎮ专业监测采用ＧＮＳＳ实时动态监测方案ꎬ监测地表变形的三向控制及整体面状监控ꎬ在前期布置４个形变点㊁１个基准点的基础上增加布置１０个形变监测点ꎬ主要布设于高压铁塔及居民集中区ꎬ其中荆花石膏矿３个㊁宝龙矿区６个㊁荣兴矿区４个㊁明珠石膏矿区１个ꎮ１.１.３㊀移动式应急监测网２０１５年以来ꎬ辖区内共计开展了６次应急监测工作ꎬ分别建立了宝龙石膏有限公司宝龙石膏矿冯庙村应急监测网㊁鑫斗石膏矿地面变形应急监测网㊁荆花石膏矿采空区应急监测网㊁宝龙石膏矿高压电塔应急监测网㊁东宝区石膏矿地面变形应急监测网和龙背产石膏矿地面变形应急监测网ꎮ以上６个应急监测网均采用宏观巡查＋移动式ＧＮＳＳ实时动态监测方案ꎬ监测点均为１个基准点和３个形变监测点ꎬ监测对象主要为地面变形主裂缝和周边重要设施ꎮ１.２㊀监测预警成功案例２０１８年１１月２３日１５:３０左右ꎬ高新区 掇刀区白庙街办荣星村３组发生地面塌陷ꎬ造成公路下陷㊁地面开裂等ꎮ２０１９年１月３日凌晨０４:００左右ꎬ高新区 掇刀区白庙街办荣星村３组发生地面塌陷ꎬ造成农田下陷㊁公路开裂㊁堰塘渗漏等ꎮ２０１８年１０月９日荣星村３组发生地面塌陷导致道路拉裂㊁房屋倒塌ꎬ受当地政府和原市国土资源局掇刀分局委托ꎬ立刻开展宝龙石膏矿荣星村应急监测网的设计和建设ꎮ对荆门市高新区 掇刀区白庙街办辖区四家石膏矿采空区进行了补充调查ꎬ基本掌握了荆门市高新区 掇刀区白庙街道辖区石膏矿采空区分布特征㊁地面变形特征ꎮ在明确监测对象为地面变形主裂缝和周边重要设施后ꎬ结合荣兴石膏矿采空区分布特征确定了监测点的布设位置ꎮ宝龙石膏矿荣星村应急监测网于２０１８年１１月１３９７增刊卢雨岚等:荆门城区石膏矿采空区地面塌陷监测预警现状与展望图２㊀宝龙石膏矿荣星村应急监测网专业监测点分布图Ｆｉｇ ２㊀ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｍａｐｏｆｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｐｏｉｎｔｏｆＢａｏｌｏｎｇｇｙｐｓｕｍｏｒｅｓｅｃｔｉｏｎｉｎＲｎｇｘｉｎｖｉｌｌａｇｅ日完成建设ꎬ次日正式开展监测工作(图２)ꎮＪＣ０３监测点位于２０１８年１１月２３日塌陷坑处ꎬ分别于２０１８年１１月２３日和２０１９年１月３日监测数据出现异常情况ꎬ监测数据变化如图３ꎬＪＣ０３监测点与塌陷坑位置如图４ꎮ图３㊀宝龙石膏矿荣星村应急监测网ＪＣ０３监测点监测数据曲线图Ｆｉｇ ３㊀ＣｕｒｖｅｏｆｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｄａｔａｏｆＪＣ０３图４㊀荣星村３组塌陷坑位置图Ｆｉｇ ４㊀ＬｏｃａｔｉｏｎｍａｐｏｆｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｐｏｉｎｔＪＣ０３ａｎｄｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅａｒｅａ以上两次地面形变均被宝龙石膏矿荣星村应急监测网的ＪＣ０３监测点捕捉到了监测数据变化ꎬ当工作人员发现监测数据变化后及时上报相关部门ꎬ并同步前往现场进行复核ꎬ发布了预警信息ꎮ因地面塌陷地质灾害预警及时ꎬ采取措施得当ꎬ避免了人员伤亡等重大安全事故的发生ꎮ１.３㊀监测预警现状局限性通过对２０１５年至今荆门城区开展的监测项目的效果分析ꎬ宝龙石膏有限公司宝龙石膏矿㊁鑫斗石膏矿(整体塌陷区)均有较明显的监测效果ꎬ能有效反映出塌陷区地面变形特征ꎮ但对比其他类型的地质灾害监测预警ꎬ石膏矿采空区地面塌陷监测预警成功率还是较低的ꎮ无论是监测网点的布设㊁监测设备和方法ꎬ还是监测数据的综合分析ꎬ均存在过多局限性ꎮ１.３.１㊀监测网点布设大面积采空区的监测预警工程ꎬ地表监测点的数量和位置选定受限较多ꎮ(１)主要受限于监测项目立项较少ꎬ资金来源单一ꎮ该队目前开展的应急监测工作均属于公益性事业ꎬ资金来源为湖北省地质局ꎬ存在配套资金供给跟不上增长的监测需求的问题ꎻ其他非公益性监测项目均为地方政府出资和少量省级财政专项补助ꎮ基于项目资金有限ꎬ监测点位选定也存在保护对象布设限制ꎮ现状下ꎬ以优先居民和重要设施安全为首要原则ꎬ根据采空区的分布特征㊁变形特征和赋存条件ꎬ因地制宜地进行监测网点布设ꎮ因此ꎬ现有监测网络既无法覆盖荆门城区的全部石膏矿ꎬ也无法覆盖各矿区的采空区ꎬ于是难以归纳得到采空区地下整体变化趋势和规律ꎮ(２)采空区部分区域需要对采空区地质条件进行准确的研判ꎬ但荆门城区石膏矿开采时间久㊁矿权更迭导致石膏矿资料不全ꎬ难以收集ꎬ且收集资料与实际存在差异ꎮ同一石膏矿区不同部位的地质条件不同ꎬ导致监测参数随时间变化趋势特点并不相同ꎮ比如在切冒型 地面变形区ꎬ变形仅限于深坑区域ꎬ若该区域无监测仪器时则难以进行有效监测ꎬ监测效果不明显ꎮ因此ꎬ充分掌握采空区地下空间结构ꎬ才能准确地建立监测参数和模型ꎬ使监测网点布设少而精ꎬ力争以尽量少的监测点来达到监测预警预报的需求ꎮ１.３.２㊀监测设备与方法荆门城区石膏矿采空区当前均采用的是 地表宏观巡视＋地面裂缝自动监测＋ＧＮＳＳ自动监测 的监测模式ꎬ监测手段为地表位移形变监测ꎮ石膏矿采空区变形发生于地下ꎬ在地下采空区发生变形后经过一０８资源环境与工程㊀２０１９年㊀段时间才能影响到地表ꎮ从时效性上来说ꎬ地表监测方法所生成的数据成果是存在滞后的ꎮ１.３.３㊀监测数据分析荆门城区石膏矿采空区现使用的监测预警系统均为设备供应商提供ꎬ数据处理及转化均为供应商完成ꎬ监测数据分析主要是人为从平台获取结算后的数据进行人工分析ꎮ首先ꎬ由于平台提供数据并非原始数据ꎬ数据分析相对现实存在剥离ꎮ其次ꎬ人工分析偏重单点分析ꎬ主观因素较多ꎬ依赖经验ꎬ难以形成体系ꎮ２㊀展望与建议随着现代科学技术的发展和学科间的相互渗透ꎬ地质灾害监测预警高精度㊁自动化㊁实时化成为发展趋势ꎮ需要在不断巩固现有监测预警成效的基础下ꎬ探索利用前沿技术手段去提高石膏矿采空区地面塌陷监测预警成功率ꎮ２.１㊀监测网点布设原则标准化建议归纳总结现有地表位移形变监测工作经验ꎬ将监测点布设经验形成标准化原则ꎮ根据待建监测网级别㊁石膏矿采空区地质条件㊁监测对象㊁建网及维护经费量级等多个方面ꎬ编写形成«石膏矿采空区地面塌陷监测预警网点布设工作指南»ꎬ并在后续的监测预警工作中迭代更新标准原则和特殊情况ꎬ以保障监测经验成果的推广应用ꎮ２.２㊀监测网建设经济优化(１)建议根据监测项目类型合理争取项目资金ꎮ公益性监测工作建议根据荆门城区石膏矿采空区地面塌陷发展趋势及应急监测工作量综合评估ꎬ合理争取配套资金ꎮ非公益性监测项目需稳定并拓展资金来源ꎬ建议建立地质灾害监测专项资金ꎬ并根据石膏矿区责任主体的存在与否制订不同的资金筹措方式ꎮ对于责任主体存在的石膏矿区ꎬ责任主体需承担一定比例的监测网点建设及运行维护费用ꎻ对于责任主体已灭失的石膏矿区ꎬ需由地方政府和专项资金共同承担ꎮ(２)提高资金使用效率ꎬ最大化利用项目资金ꎮ在优先选择发展最为成熟㊁应用程度较高的监测技术的前提下ꎬ合理探索追求增强监测效果的高㊁精㊁尖监测技术ꎮ充分利用当地资源ꎬ采用群专结合的监测方式ꎻ对于危害程度较大的大型地质灾害体ꎬ择优选择专业化程度较高的监测技术方法ꎬ由专业人员进行操作㊁维护ꎻ对于危害程度低㊁规模小的灾害体ꎬ可选择操作简单㊁结果直观的宏观监测技术ꎬ由群测群防人员进行操作ꎮ(３)提高采空区地面塌陷监测预警成功率ꎬ进一步优化监测网经济性ꎮ目前荆门市高新区 掇刀区石膏矿采空区地面变形已进入高发阶段ꎬ且采空区范围内分布着众多企事业单位及重要基础设施ꎬ一旦产生规模变形ꎬ经济损失和社会影响巨大ꎬ因此在有限资金条件下为探索合理高效利用监测预警资金ꎬ选取具有代表性区域ꎬ利用新技术手段进行示范性监测预警研究十分必要ꎮ建议申请专项资金ꎬ选取小范围㊁具有典型代表的石膏矿采空区进行高㊁精㊁尖监测技术和方法探索ꎬ以期得到更有效㊁更经济的监测方式并推广运用ꎮ２.３㊀监测技术优化针对前期开展的监测预警效果的局限性和滞后性ꎬ基于现有的 地表宏观巡视＋地面裂缝自动监测＋ＧＮＳＳ自动监测＋综合监测 的监测方式ꎬ在巩固优化现有地表监测方法的基础上ꎬ建议拓展石膏矿采空区整体地表形变趋势研究方法探索ꎬ同时将监测方法探索从地表转至地下ꎮ针对石膏矿采空区整体地表形变趋势的研究和探索ꎬ可利用星载雷达干涉测量系统(ＩｎＳＡＲ)ꎮＩｎＳＡＲ技术已经发展成为一种较为常规的地表微小形变监测手段ꎬ目前已在国外的地表形变监测研究和应用中取得了较为显著的效果[３]ꎮ虽然该监测技术受制于卫星重访周期的限制ꎬ连续测量能力不足ꎬ难以满足石膏矿采空区地面塌陷快速变形活动的实效性ꎬ但因覆盖范围广㊁测量精度高等优点ꎬ可将该技术应用在探索研究石膏矿采空区地面塌陷的整体变化趋势上ꎬ为后续石膏矿采空区地表形变监测建网选点提供依据ꎮ针对石膏矿采空区监测结果滞后的问题ꎬ将探索研究地下监测新技术ꎮ笔者调查收集了应力场监测㊁地声监测㊁电磁场监测㊁灾害体温度监测㊁地下水动态监测㊁微震监测等多种地下监测技术ꎮ根据长期监测工作经验总结出采空区地面变形发生前兆及前期地面变形特征(采空区内气压变化㊁地下水位的变化㊁采空区顶板岩体发生的非弹性变形产生的地震波等)ꎬ选取了微震㊁地下水和气压三种较为成熟的地下监测技术进行综合试验ꎮ微震自动监测主要是监测采空区顶板岩体发生的非弹性变形所产生的地震波ꎻ地下水自动监测利用水位计测量监测井水位变化及变化速率ꎻ气压自动监测则是利用气压计测量监测采空区内气压变化及变化速率ꎮ综合以上新技术的探索研究ꎬ提出了 地表宏观巡视(新增遥感监测)＋地面裂缝自动监测＋ＧＮＳＳ自动监测＋微震自动监测地下水自动监测＋采空区气压自动监测 综合监测的方法ꎬ拟在荆门城区选取监测预警１８增刊卢雨岚等:荆门城区石膏矿采空区地面塌陷监测预警现状与展望示范区进行综合监测方法探索试验ꎬ通过试验尽快总结出行之有效的监测预警方案ꎬ在全省乃至全国推广应用ꎮ３㊀结语荆门城区石膏矿采空区地面塌陷监测预警技术在近几年虽取得了一定的成效ꎬ但地质灾害监测是集多种学科为一体的综合技术体系ꎬ只有充分掌握采空区的物质组成及力学特征㊁空间结构㊁动力成因类型㊁变形破坏特征㊁发育阶段等因素ꎬ依据不同监测技术方法的应用特点ꎬ做好监测技术的优化工作ꎬ才能保证监测效果ꎮ未来需要更充分地把握地质灾害的形成发展规律ꎬ才能更进一步地提高石膏矿采空区地面塌陷监测预警成功率ꎬ总结归纳推广应用ꎮ参考文献:[１]㊀卢开华ꎬ苏宏ꎬ刘先武.子陵铺石膏矿段地面塌陷分析与监测预警研究[Ｊ].资源环境与工程ꎬ２０１６ꎬ３０(１):８０－８４.[２]㊀梁巍ꎬ刘晋舒ꎬ杨苏ꎬ等.荆门市高新区 掇刀区石膏矿区地面变形监测预警示范工程可行性研究报告[Ｒ].武汉:湖北省水文地质工程地质勘察院ꎬ２０１８.[３]㊀韩子夜ꎬ薛星桥.地质灾害监测技术现状与发展趋势[Ｊ].中国地质灾害与防治学报ꎬ２００５ꎬ１６(３):１３８－１４１.(责任编辑:于继红)ＳｔａｔｕｓａｎｄＰｒｏｓｐｅｃｔｏｆＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄＥａｒｌｙＷａｒｎｉｎｇｏｆＧｒｏｕｎｄＳｕｂｓｉｄｅｎｃｅｉｎＧｏａｆｏｆＧｙｐｓｕｍＭｉｎｅｉｎＪｉｎｇｍｅｎＣｉｔｙＬｕＹｕｌａｎꎬＬｉＹｅꎬＬｉａｎｇＷｅｉ(ＨｕｂｅｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＨｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙꎬＪｉｎｇｚｈｏｕꎬＨｕｂｅｉ㊀４３４０２０)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄｄａｔａｉｎｔｈｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｗｏｒｋꎬｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｍｏｎｉ￣ｔｏｒｉｎｇａｎｄｅａｒｌｙｗａｒｎｉｎｇｗｏｒｋｉｎＪｉｎｇｍｅｎＣｉｔｙｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓｆｒｏｍｔｈｅｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓｏｆｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｎｅｔｗｏｒｋｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎꎬｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎꎬｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｄａｔａａｎａｌｙｓｉｓꎬｅｔｃ.Ｔｈｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｍｅａｎｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆｇｒｏｕｎｄｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄｅａｒｌｙｗａｒｎｉｎｇａｒｅｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄꎬａｎｄｔｈｅｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｍｐｒｅ￣ｈｅｎｓｉｖｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｎｅｔｗｏｒｋｏｆｇｒｏｕｎｄｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅｄｉｓａｓｔｅｒａｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｏｆｇｙｐｓｕｍｍｉｎｅｉｎＪｉｎｇｍｅｎＣｉｔｙꎻｇｒｏｕｎｄｃｏｌｌａｐｓｅꎻｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄｅａｒｌｙｗａｒｎｉｎｇ(上接第５５页)ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅＤｅｆｏｒｍａｔｉｏｎＣａｕｓｅｓｏｆＳａｎｍｅｎｄｏｎｇＬａｎｄｓｌｉｄｅｉｎＺｉｇｕｉＣｏｕｎｔｙꎬＴｈｒｅｅＧｏｒｇｅｓＲｅｓｅｒｖｏｉｒＡｒｅａＹａｎＷｅｉꎬＱｉｎＳｈｅｎｇꎬＤｉｎｇＹｕｊｉｎｇ(ＨｕｂｅｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＨｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙꎬＹｉｃｈａｎｇꎬＨｕｂｅｉ㊀４４３００２)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＴｈｉｓｐａｐｅｒｅｘｐｏｕｎｄｓｔｈｅｄｅｆｏｒｅｓｔａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＳａｎｍｅｎｄｏｎｇｌａｎｄｓｌｉｄｅｉｎＺｉｇｕｉＣｏｕｎｔｙｓｉｎｃｅｔｈｅｅｘｐｅｒ￣ｉｍｅｎｔａｌｉｍｐｏｕｎｄｍｅｎｔｉｎｔｈｅＴｈｒｅｅＧｏｒｇｅｓＲｅｓｅｒｖｏｉｒＡｒｅａ.ＴｈｅｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｄａｔａｏｆＳａｎｍｅｎｄｏｎｇｌａｎｄｓｌｉｄｅａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ.ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓꎬｍａｔｅｒｉａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｄａｔａｏｆＳａｎｍｅｎｄｏｎｇｌａｎｄｓｌｉｄｅꎬｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｒａｉｎｆａｌｌａｎｄｒｅｓｅｒｖｏｉｒｗａｔｅｒｌｅｖｅｌｖａｒｉａｔｉｏｎｏｎＳａｎｍｅｎｄｏｎｇｌａｎｄｓｌｉｄｅｉｓａｎａｌｙｚｅｄ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｒａｉｎｆａｌｌａｎｄｒｅｓｅｒｖｏｉｒｗａｔｅｒｌｅｖｅｌｖａｒｉａｔｉｏｎａｒｅｔｈｅｍａｉｎｆａｃｔｏｒｓｌｅａｄｉｎｇｔｏｌａｎｄｓｌｉｄｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ.Ｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｌａｎｄｓｌｉｄｅｉｓｔｒａｃｔｉｏｎｔｙｐｅ.Ｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｌａｎｄｓｌｉｄｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｓｍａｉｎｌｙｉｎｔｈｅｐｅｒｉｏｄｏｆｈｅａｖｙｒａｉｎｆａｌｌａｎｄｒｅｓｅｒｖｏｉｒｗａｔｅｒｌｅｖｅｌｄｅｃｌｉｎｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｌａｎｄｓｌｉｄｅＤｅｆｏｒｍａｔｉｏｎꎻｔｅｓｅｒｖｏｉｒｗａｔｅｒｌｅｖｅｌ２８资源环境与工程㊀２０１９年㊀。
荆门市子陵石膏矿区地面塌陷成因分析及发展趋势预测
第３２卷第１期２０１８年㊀３月资源环境与工程ＲｅｓｏｕｒｃｅｓＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ＆ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ ３２ꎬＮｏ １Ｍａｒ.ꎬ２０１８收稿日期:２０１７－０８－２１ꎻ改回日期:２０１８－０１－０５作者简介:刘波(１９７９－)ꎬ男ꎬ高级工程师ꎬ水文地质与工程地质专业ꎬ从事水工环地质调查与研究工作ꎮＥ－ｍａｉｌ:ｌｉｕｂｏ７９０６１２＠１６３ ｃｏｍ荆门市子陵石膏矿区地面塌陷成因分析及发展趋势预测刘㊀波ꎬ陈江军ꎬ王国强ꎬ陈尧尧ꎬ王鹏来(湖北省地质局水文地质工程地质大队ꎬ湖北荆州㊀４３４０２０)摘㊀要:阐述荆门市子陵石膏矿采空区地质背景条件和地面塌陷特征ꎬ对地面塌陷的影响因素和形成原因进行综合分析ꎬ合理预测子陵矿区地面塌陷的发展趋势ꎬ并针对子陵石膏矿区存在的地面塌陷问题提出有效的防治对策建议ꎮ关键词:石膏矿ꎻ采空区ꎻ地面塌陷ꎻ成因分析ꎻ防治对策中图分类号:Ｐ６４２.２６㊀㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀㊀文章编号:１６７１－１２１１(２０１８)０１－０１０２－０７ＤＯＩ:１０.１６５３６/ｊ.ｃｎｋｉ.ｉｓｓｎ.１６７１－１２１１.２０１８.０１.０２２㊀㊀荆门市子陵石膏矿区位于荆门市城市规划区范围ꎬ区内石膏矿产资源丰富ꎬ开发历史悠久ꎬ矿产资源的开发一方面保证了国民经济发展对矿物质材料的需求ꎬ另一方面也不同程度地造成大气㊁水源和土壤的污染ꎬ破坏自然景观和植被ꎬ诱发一系列矿区地质环境问题[１]ꎮ其中影响最为严重㊁危害最大的地质环境问题当属石膏矿采空区地面塌陷ꎬ由于地面塌陷在时间上具突发性ꎬ空间上具破坏性ꎬ产生的垂直位移变形会对原始地形地貌破坏严重ꎬ对地表工民性建筑㊁交通㊁农业㊁水电及通讯等基础性设施极具危害性[２]ꎮ据资料统计ꎬ自２００８年以来ꎬ子陵石膏矿累计发生地面塌陷２８次ꎬ总面积达０.１５ｋｍ２ꎬ采空区地面塌陷频繁发生ꎬ严重影响了荆门市的城市规划建设和威胁矿区周边居民的生命财产安全ꎮ当前荆门市正值经济快速发展㊁全面建成小康社会的重要时期ꎬ石膏矿采空区引起的地质环境问题已经成为制约荆门市经济可持续发展和地质环境保护防治对策的重要瓶颈ꎬ开展荆门市石膏矿采空区地面塌陷的防治工作已经刻不容缓ꎮ然而ꎬ迄今为止ꎬ荆门市石膏矿采空区地面塌陷的成因分析研究工作还未展开ꎬ影响地面塌陷形成因素尚不明确ꎬ无法有效预测采空区的发展趋势ꎬ石膏矿区地面塌陷问题难以得到有效控制ꎮ因此ꎬ急需开展子陵石膏矿采空区地面塌陷成因分析ꎬ查明地面塌陷形成的影响因素ꎬ预测采空区的发展趋势ꎬ对保障矿区百姓生命财产安全㊁矿区土地的利用以及重大基础设施建设规划具有十分重要的现实意义[３]ꎮ１㊀子陵石膏矿地质条件及开采概况１.１㊀矿区地质条件子陵石膏矿区位于鄂西山地与江汉平原过渡带ꎬ属低缓丘陵地貌区ꎬ总体地势为西北高㊁南东低ꎮ矿区新华夏系第二构造沉降带㊁江汉凹陷西缘荆门向斜东翼的南段ꎬ区域构造主要为南漳 荆门断裂ꎬ断裂性质较为复杂ꎬ属多期复合性断裂ꎮ受其影响ꎬ下盘子陵铺矿段地层在近东西向压扭构造应力作用下ꎬ拖褶形变为一个平缓的向斜构造ꎮ子陵矿区主要被第四系覆盖ꎬ与下伏地层不整合接触ꎬ石膏矿层赋存于白垩系上统跑马岗组(Ｋ２ｐ)ꎬ矿层埋藏较浅㊁品位较高ꎬ与围岩呈互层状产出ꎮ矿层直接顶板围岩为泥岩㊁膏质泥岩㊁粉砂岩等ꎬ抗压强度低ꎬ属软质岩石ꎬ遇水易软化㊁泥化㊁崩解ꎬ坚固性㊁稳定性差ꎬ井下形成采空区后易造成冒顶等不良工程地质现象ꎬ不能直接作为矿房顶柱(图１)ꎮ石膏矿层(体)结构致密ꎬ属半坚硬岩石ꎬ完整性㊁连续性好ꎬ工程地质性质优于顶板围岩岩性ꎮ根据矿山多年的采矿经验ꎬ回采矿房时保留１~２ｍ的顶柱ꎬ以保护矿房顶柱不冒顶ꎬ并保持泥岩㊁膏质泥岩㊁粉砂岩等隔水层的完整性ꎬ以防上部孔隙 裂隙水流入矿坑ꎮ矿区水文地质条件简单ꎬ开采过程中构成矿床充水的含水层均位于矿层之上ꎬ主要含水层有第四系孔隙潜水含水层㊁古近系夹马槽组(Ｅｊｍ)砂岩孔裂隙含水层ꎮ第四系孔隙潜水及基岩风化带孔隙 裂隙水主要图１㊀荆门市子陵石膏矿工程地质剖面图Ｆｉｇ １㊀ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｆｉｌｅｏｆＺｉｌｉｎｇｇｙｐｓｕｍｍｉｎｅｉｎＪｉｎｇｍｅｎｃｉｔｙ１.第四系松散残坡积含碎石粉质粘土岩组ꎻ２.古近系夹马槽组软弱中厚层粉砂质泥岩夹泥质粉砂岩岩组ꎻ３.白垩系上统跑马岗组软弱中厚层粉砂质泥岩夹泥岩岩组ꎻ４.含碎石粉质粘土ꎻ５.粉砂质泥岩ꎻ６.泥质粉砂岩ꎻ７.泥岩ꎻ８.石膏ꎻ９.钻孔及编号ꎻ１０.采空区ꎮ受大气降水补给ꎮ区内矿山采取地下方式开采ꎬ由于全年井筒开拓过程中穿越上部浅层含水岩层ꎬ造成浅层地下水渗入井下ꎬ局部采矿区内由于打穿上部预留石膏矿层及含水岩层ꎬ顶板漏水ꎬ矿床充水主要含水层均位于矿层之上ꎬ矿层与主要含水层之间也有较厚的隔水层存在ꎬ因此矿床为间接充水方式ꎬ矿层之上的含水层可通过裂缝㊁构造破碎带及打穿顶板隔水层之间的通道补给矿床ꎮ１.２㊀矿区开采概况荆门市子陵铺镇石膏矿山始建于２０世纪９０年代初ꎬ由福桥㊁新桥㊁曾庙㊁宝安及金陵５家石膏矿山组成ꎬ矿区面积约２.７６ｋｍ２ꎮ２０余年来ꎬ子陵铺镇石膏矿矿山企业在经营体制上经历了集体与私营企业的转型ꎮ矿山主要开采矿层为Ⅷ㊁Ⅸ㊁Ⅹ石膏层ꎬ矿床埋深在４０~１２０ｍꎮ该石膏矿矿层采用斜井开拓方式ꎬ以巷道采矿法与房柱采矿法混合采矿ꎬ采空区回采主要为沿倾向后退式回采ꎬ矿房回采一般采用沿走向前进式推进ꎬ顶板采用预留石膏层护顶ꎬ矿房间预留矿柱ꎮ在历经２０余年的地下采矿后ꎬ矿区内形成了大量未经处理的采空区域ꎮ依据荆门市国土资源局东宝分局提供的矿山井上㊁井下对照图及收集资料综合分析ꎬ目前矿山形成的采空区总面积约１.１６ｋｍ２ꎬ约占矿区总面积的４２％ꎮ１.３㊀采空区分布及规模子陵石膏矿采空区面积约１.１６ｋｍ２ꎬ采空区大致呈南北向分布于矿区的中部及东北部一带ꎬ采空区南北长约２４００ｍꎬ东西宽约１５００ｍꎬ其中以金陵㊁新桥石膏矿采空区面积相对较大ꎬ而以福桥㊁宝安两矿山采空比例较大ꎬ各矿山采空区规模基本情况见表１ꎮ采空区的分布主要与矿层发育厚度㊁地表工程的表１㊀子陵石膏矿采空区规模一览表Ｔａｂｌｅ１㊀ＬｉｓｔｏｆｇｏａｆｓｃａｌｅｏｆＺｉｌｉｎｇｇｙｐｓｕｍｍｉｎｅ矿区矿区面积/ˑ１０４ｍ２采空区平面面积/ˑ１０４ｍ２比例/％备注福桥１６.１３００１９.４９７５１２０超界采空区５００７５ｍ２新桥９４.００００３４.２６５０３６.５采空区重叠４１０００ｍ２曾庙３７.４４００４.７９００１２.８宝安３１.６６００１８.０９７５５８超界采空区２９５７５ｍ２金陵９７.４６５７３９.６４７５４０.７合计２７６.６９５７１１６.２９７５４２.０分布情况及矿山开采方案设计有关ꎬ矿层发育厚度受区域构造作用影响较大ꎬ当矿层较薄时ꎬ在预留护顶膏层３ｍ的前提下ꎬ采矿性价比不高ꎬ因此前期矿山开采主要针对矿层厚度较大的地段ꎬ从而形成目前的采空区分布格局ꎮ１.４㊀采空区形态及结构子陵镇石膏矿经二十余年的地下采矿活动ꎬ矿区内形成了大面积采空区域ꎬ根据收集的矿山井下开采资料与勘查核实ꎬ采空区整体空间形态受区内向斜构造及矿床沉积形态控制ꎬ采空区大致为一 锅底 形状发育ꎬ整体以中部低洼ꎬ四周扬起为特征ꎮ采空区底板埋深４０~１２０ｍꎬ采空区高６~９.５ｍꎬ以矿区中部矿层较厚(１０~１５ｍ)㊁采空区埋深较大(１００~１２０ｍ)㊁采空高度大(８~１０ｍ)ꎬ四周矿层较薄㊁埋深较浅㊁采高小为特征[４]ꎮ采空区结构主要由矿柱㊁矿房及围岩组成ꎬ采空区３０１第１期刘㊀波等:荆门市子陵石膏矿区地面塌陷成因分析及发展趋势预测因形成的时段不同ꎬ不同时期存在开采及管理模式上的差异ꎬ因而在采空区空间结构上有所不同ꎮ子陵石膏矿区五家矿山关停前采空区空间结构见表２ꎮ曾庙及金陵石膏矿矿柱预留尺寸较大ꎬ新桥及宝安矿矿柱预留尺寸较小ꎻ矿房尺寸以福桥及曾庙矿较大ꎬ新桥及宝安矿较小ꎻ采空区高度以曾庙及福桥最高ꎬ新桥最低ꎻ护顶层厚度以福桥及曾庙矿最大ꎬ新桥矿最小ꎮ采空区顶㊁底板岩石均为粉砂质泥岩ꎬ因顶板泥岩工程地质条件较差ꎬ一般在开采过程中均留有不等厚度的石膏层作护顶ꎬ其中以福桥㊁曾庙矿预留护顶膏层的厚度相对较大(２~３ｍ)ꎬ新桥矿护顶高度最小(１~２ｍ)ꎮ表２㊀采空区空间基本结构Ｔａｂｌｅ２㊀Ｂａｓｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｇｏａｆｓｐａｃｅ矿山名称矿柱平均尺寸/ｍˑｍ矿柱平均间距/ｍˑｍ采空区平均高度/ｍ护顶层厚度/ｍ福桥５.４ˑ４.３７.３ˑ６.１６.５１~２新桥６.９ˑ５.０９.７ˑ７.４８.７５２~３曾庙７.８ˑ５.９８.２ˑ７.４９.５２~３宝安６.１ˑ３.８７.３ˑ６.６７.５１.５~３金陵１０.４ˑ３.５７.４ˑ６.８８１.５~３２㊀子陵石膏矿区地面塌陷特征荆门市子陵矿区发生采空型地面塌陷２８处ꎬ在５个矿区均有分布ꎬ其中分布在曾庙(１０处)㊁新桥(６处)㊁福桥(５处)㊁宝安(４处)以及金陵(３处)ꎮ地面塌陷总面积约１５.３ˑ１０４ｍ２ꎬ占矿山采空区面积１２.７％ꎮ子陵石膏矿区地面塌陷形式主要以单坑(洞)㊁零星㊁季节性发育为主ꎬ其平面发育形态多呈椭圆形㊁圆形发育ꎬ塌陷坑深度一般在５~３０ｍꎬ单坑发育面积一般在５０~３００００ｍ２ꎮ２.１㊀地面塌陷类型子陵石膏矿区地面塌陷按塌陷形态可分为 深坑式 塌陷和 锅底形 塌陷两种地面塌陷类型(图２)ꎮ 深坑式 塌陷面积较小(一般<２０００ｍ２)ꎬ如Ｔ９㊁Ｔ１６㊁Ｔ２６地面塌陷ꎬ其塌陷深度较大ꎬ塌陷形状呈反漏斗状ꎬ地表呈圆形㊁椭圆形ꎬ塌陷面积小于采空区面积ꎬ陷坑周壁岩层出露清晰ꎬ岩石近垂向微张裂隙较发育ꎬ粉砂岩㊁砂岩中的塌陷断面较平直㊁光滑ꎬ塌陷区中下部形态受岩石构造裂隙控制性较强ꎬ多以方形或不规则多边形发育ꎬ小面积地面塌陷往往变形较剧烈ꎬ虽然影响范围不大ꎬ但对地表形成的破坏性及危险性较大ꎮ锅底形 塌陷区面积较大(２０００~３００００ｍ２)ꎬ其中心塌陷深度一般在５~１０ｍ左右ꎬ塌陷坑形态较为舒缓ꎬ呈 锅底形 内倾渐变式发育ꎬ局部边㊁角一带图２㊀荆门市石膏矿区地面塌陷类型(修改自王官宝等[５])Ｆｉｇ ２㊀ＴｙｐｅｏｆｇｒｏｕｎｄｃｏｌｌａｐｓｅｉｎｇｙｐｓｕｍｍｉｎｉｎｇａｒｅａｉｎＪｉｎｇｍｅｎ偶有 坑中坑 发育ꎬ其内坑发育规模一般<１００ｍ２ꎬ深度一般在２~８ｍ左右ꎮ大面积地面塌陷往往形成的影响范围较大ꎬ虽变形模式相对柔和ꎬ但其对地表建筑物破坏性较大[６]ꎮ照片１㊀ 深坑式 地面塌陷Ｐｈｏｔｏ１㊀Ｓｕｒｆａｃｅｃｏｌｌａｐｓｅｏｆ Ｄｅｅｐｐｉｔ照片２㊀ 锅底形 地面塌陷Ｐｈｏｔｏ２㊀Ｓｕｒｆａｃｅｃｏｌｌａｐｓｅｏｆ Ｐａｎｂｏｔｔｏｍ２.２㊀塌陷变形特征根据塌陷坑地表变形特点及形态发育特征ꎬ塌陷区大致分为中间均匀下沉区及危险变形移动区ꎮ均匀下沉区位于塌陷区中心部位ꎬ发育范围一般较小ꎬ约占总塌陷区面积５％~１２％ꎬ但在小面积塌陷中其中部沉降区所占比例较大ꎬ该区平面发育形态与整体塌４０１资源环境与工程㊀２０１８年㊀陷区形态较一致ꎬ具明显均匀性沉降特点ꎬ常形成塌陷区中心部位的平坦地块ꎬ中间沉降区裂缝一般不发育ꎬ多以宽度小(０.２~３ｃｍ)㊁延伸短(０.５~５ｍ)为特征ꎬ地面塌陷后中间下沉区往往易形成积水或泥化现象ꎮ小面积地面塌陷主要以中心部位的垂直塌陷为主ꎬ其外围移动变形区范围一般较小ꎬ该区发育宽度一般<１５ｍꎬ以地表松散岩土的拉裂变形为主ꎬ岩土垂直位移量较小(一般<５ｃｍ)ꎮ地面拉裂缝多呈弧形㊁不均一发育ꎬ缝体延伸一般约１~８ｍꎬ缝宽一般<１５ｃｍꎬ可视深度一般<２ｍꎬ总体趋势由内至外裂缝规模逐渐减小ꎬ变形减弱ꎮ大面积地面塌陷时ꎬ其移动变形区范围一般较大ꎬ地表出现有拉裂㊁倾斜㊁跌落等多项变形特征ꎬ其变形规模也远大于小面积地面塌陷ꎬ拉裂缝以弧形㊁环形拉裂缝为主ꎬ外围裂缝在发育长度㊁宽度及垂直位移量上明显大于内区ꎬ根据区内发生的Ｔ１２㊁Ｔ１３㊁Ｔ１５３起规模较大的地面塌陷看ꎬ其变形移动区范围约５０~１００ｍꎬ外围拉裂缝一般连续性好ꎬ延伸长一般在５０~３００ｍ左右ꎬ缝宽一般在０.２~１.８ｍꎬ最大可视深度>５ｍꎬ基本形成了较为完整的环形裂缝ꎬ裂缝由外及内渐稀ꎬ规模渐小ꎻ移动区倾斜㊁跌落变形明显ꎬ其变形程度呈外(移动区外侧)大内(移动区内侧)小特点ꎬ移动区外边缘段的跌落坎高度一般在０.５~１.５ｍꎬ跌落坎发育角度一般>６０ʎꎬ塌陷倾斜角度一般在８ʎ~２０ʎꎬ在接近中间区时其倾斜㊁跌落变形不明显ꎮ照片３㊀小面积塌陷中间区形态Ｐｈｏｔｏ３㊀Ｆｏｒｍｏｆｓｍａｌｌａｒｅａｃｏｌｌａｐｓｅｏｆｍｉｄｄｌｅａｒｅａ３㊀地面塌陷形成原因分析３.１㊀地面塌陷影响因素分析３.１.１㊀岩土体工程地质条件荆门市子陵石膏矿开采矿层主要为白垩系上统跑马岗组革集亚组石膏山段含膏岩系ꎬ上部覆岩主要为古近系夹马槽组及白垩系上统跑马岗组粉砂岩㊁粉砂质泥岩及泥岩组成ꎮ古近系粉砂岩天然抗压强度为１１.２~１３ＭＰａꎬ白垩系泥岩抗压强度为６.９~８.５ＭＰａꎬ粉砂岩抗压强度为１０.１~１２.２ＭＰａꎬ含膏泥岩抗压强度为１１.８~１４.６ＭＰａꎬ力学强度低ꎬ均属软质岩类[７]ꎮ室内测试岩石软化系数为０.２９２~０.４７５ꎬ岩石吸水极易软化ꎬ在室内泥岩饱和试验中ꎬ岩样浸泡１２ｈ后全部崩解ꎬ充分说明区域内含泥成分较高的岩石遇水软化特性十分明显ꎬ矿层直接顶板为粉砂岩泥质ꎬ遇水软化后其岩石力学强度迅速降低ꎬ极易导致坑道顶板层面或裂隙切割部位形成崩落[８]ꎮ照片４㊀大面积地面塌陷边缘拉裂缝Ｐｈｏｔｏ４㊀Ｅｄｇｅｃｒａｃｋｏｆｌａｒｇｅａｒｅａｓｕｒｆａｃｅｃｏｌｌａｐｓｅ３.１.２㊀矿区构造构造作用与地面塌陷关系:子陵矿区２８处采空区地面塌陷ꎬ大致位于区域向斜构造核部的地面塌陷为１３处ꎬ向斜核部的地面塌陷数量占总地面塌陷数的４６.４％(如图３)ꎻ曾庙石膏矿采空区右侧发育一条正断层ꎬ并造成了对曾庙矿区地层错断ꎬ曾庙石膏矿１０处地面塌陷均发育在该正断层附近ꎻ福桥石膏矿发育两条小断裂ꎬ两条小断裂上各发生１次地面塌陷ꎬ其中Ｔ２８于２０１６年４月９日发生ꎬ对四干渠的输水灌溉带来了极大影响ꎻ从地面塌陷的规模上看ꎬ仅发育于构造核部的Ｔ５㊁Ｔ１２㊁Ｔ１３以及发育在曾庙石膏矿正断层附近的Ｔ１５四处地面塌陷面积约９３８３０ｍ２ꎬ占子陵石膏矿区总塌陷面积的６１.２％[９]ꎮ受荆门断裂影响ꎬ矿区基本由一拖褶形成的平缓向斜构造组成ꎬ局部发育的次级断裂级构造不仅对地层的完整性形成破坏ꎬ同时也易切穿隔水层ꎬ形成良好的导水通道ꎬ该时代地层中断裂构造往往因形成年代较晚ꎬ构造带岩石较破碎㊁胶结程度一般较差ꎬ常被视为不良工程地质建筑地段ꎬ不利于地层的整体稳定ꎬ为采空区变形提供了条件ꎮ５０１第１期刘㊀波等:荆门市子陵石膏矿区地面塌陷成因分析及发展趋势预测图３㊀矿区构造作用与地面塌陷位置对应图Ｆｉｇ ３㊀Ｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｍａｐｏｆｔｈｅｔｅｃｔｏｎｉｃａｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｉｎｉｎｇａｒｅａａｎｄｔｈｅｇｒｏｕｎｄｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ１.矿界ꎻ２.实测四干渠ꎻ３.正断层ꎻ４.矿名ꎻ５.采空区ꎻ６.塌陷坑ꎻ７.向斜构造ꎮ３.１.３㊀采空区空间结构及埋深条件采空区埋深与地面塌陷的关系:子陵石膏矿区小于临界覆岩深度(７０ｍ)范围的采空区约占总采空区面积的５０％ꎮ据统计２８处地面塌陷中ꎬ发生在采空区埋深<７０ｍ的采空区塌陷１８处ꎬ埋深>７０ｍ的采空区塌陷１０处ꎬ约占已发地面塌陷灾害的６４.３％ꎮ采空区空间尺寸大小与合理结构组成是决定采空区稳定性基本条件ꎬ当矿房尺寸过大或矿柱尺寸过小时ꎬ矿柱及顶板岩石承重压力过大ꎬ容易形成对矿柱或顶板岩层的破坏ꎮ当采空区高度越大时ꎬ冒落带㊁导水裂隙带就越大ꎬ上覆岩层在纵向的变形范围就越大ꎬ采空区越不稳定ꎮ当采空区顶板发生冒落㊁崩落等变形时ꎬ在上部覆岩中易形成 三带 变形区ꎬ如采空区覆岩厚度小于临界覆岩变形厚度时ꎬ采空区变形将波及到地表形成地面塌陷ꎮ３.１.４㊀采空区充水条件采空区充水与地面塌陷的关系:矿区于２００９年１２月全部关停ꎬ除北部金陵矿因其他原因井下排水工作一直持续到２０１２年１２月ꎬ其余几个矿区均停止井下排水工作ꎮ２０１２年１２月前ꎬ金陵石膏矿未出现过地面塌陷的情况ꎬ停止井下排水工作后ꎬ于２０１４年金陵石膏矿出现了Ｔ２１㊁Ｔ２３两次地面塌陷的情况ꎻ其余矿区随着采空区充水时间加长ꎬ矿区充水面越来越大ꎬ地面塌陷数量呈现逐年增多的趋势ꎬ子陵矿区２８次地面塌陷中２４次地面塌陷均是发生在采空区充水之后ꎮ３.１.５㊀粗放型采矿活动粗放型采矿与地面塌陷的关系:因为矿山关停多年ꎬ井下硐室环境复杂ꎬ采空区状况仅限于对前人资料的收集及调查访问所得ꎬ经从事过井下开采工作多年的矿工描述:曾庙㊁新桥以及福桥矿山发生的２１起地面塌陷部位ꎬ其井下均存在有不规范开采现象ꎬ主要表现为矿柱预留过小㊁护顶膏层厚度过小㊁重复采动等ꎮ同时ꎬ新桥㊁福桥以及宝安石膏矿存在有明显的越界超采现象ꎬＴ５㊁Ｔ１２㊁Ｔ１３㊁Ｔ１５㊁Ｔ２８５处规模较大的地面塌陷均发生在越界超采部位ꎬ初步分析矿山粗放型开采模式对后期地面塌陷的影响较大ꎮ３.２㊀地面塌陷成因综合分析荆门市子陵石膏矿经多年开采形成的采空区面积大ꎬ空间结构较复杂ꎬ影响采空区稳定的因素较多ꎬ根据２００８年以来发生在矿区内的２８处地面塌陷的发育分布规律㊁变形特点ꎬ结合区域水文㊁工程地质环境条件及矿山工程特点进行综合分析ꎬ子陵石膏矿发生采空区地面塌陷的主要原因为:采矿作业不规范㊁区域岩土工程地质条件差㊁矿区地下水浸泡㊁软化作用及矿区构造作用等ꎮ(１)采矿作业是一个较为复杂的工程ꎬ科学合理的工程设计及采矿工艺规范化是矿山安全的重要保障ꎬ子陵石膏矿建矿较早ꎬ长期以来属集体㊁私企性质ꎬ缺乏规范性开采程序及矿山安全保护意识ꎬ局部矿柱受到了超强回采与剥离ꎬ对矿房空间尺寸没有严格控制ꎬ护顶膏层的厚度没有按要求预留等ꎬ导致采空区空间结构不合理ꎬ地应力过度集中ꎬ对矿柱㊁顶板形成破坏ꎬ从而引发采空区变形ꎮ(２)矿区地层主要沉积为第三系 白垩系粉砂岩㊁泥质粉砂岩㊁粉砂质泥岩及泥岩ꎬ岩石沉积年代较新ꎬ泥质㊁粉砂质胶结程度不高ꎬ岩石力学强度较低ꎬ属软 半坚硬岩类ꎬ采空区形成后ꎬ覆岩压力主要集中在预留矿柱及采空顶板岩层上ꎬ矿柱及采空围岩在风化㊁疲劳性破坏作用下ꎬ岩石强度方面表现为明显劣化性ꎬ岩石强度逐渐低于采空形成期时的静力强度ꎬ当采空区出现应力失衡时ꎬ采空区发生变形破坏ꎮ(３)地下水在接受大气降雨补给后ꎬ通过岩石裂隙㊁构造带及巷道等多个渠道进入下伏采空区ꎬ矿区岩６０１资源环境与工程㊀２０１８年㊀石力学强度低ꎬ泥质成分含量较高ꎬ地下水在运移过程中ꎬ不仅能软化岩石结构面ꎬ降低岩体结构内力ꎬ同时在入渗到采空区后形成积水ꎬ对矿柱㊁围岩进行长期浸泡㊁软化ꎬ使岩石力学强度急剧下降ꎬ矿柱失效后采空区变形ꎮ(４)矿区基本位于区域向斜构造的核部ꎬ受构造营力作用ꎬ核部地段的岩石其完整性相对较差ꎬ力学强度较低ꎬ不利于地段岩石的稳定ꎮ矿区内局部发育的小型断裂构造不仅对矿层连续性造成错断ꎬ岩石的完整性受到破坏ꎬ形成工程地质条件 薄弱 地段ꎬ同时也为矿区地下水运移创造了良好条件ꎮ统计发生在向斜轴部及断裂构造区域内的塌陷点约２５处ꎬ占全矿区已发地面塌陷总数的８９.３％ꎮ４㊀地面塌陷发展趋势预测及防治对策建议４.１㊀地面塌陷发展趋势预测采空区变形主要由复杂井下工程及地质环境的不断恶化造成ꎬ其影响因素较多ꎬ各因素间相互作用复杂ꎬ以下主要根据采空区分布情况及塌陷分布㊁变形情况等ꎬ进行综合性分析后对子陵石膏矿采空区进行地面塌陷变形趋势预测ꎮ子陵石膏矿区采空区面积１.１６ｋｍ２ꎬ约占矿区总面积４２％ꎮ据统计:２００８年７月－２０１６年４月子陵石膏矿区发生采空区地面塌陷２８处ꎬ累计塌陷面积约１５.３ˑ１０４ｍ２ꎬ仅占矿山采空区面积１２.７％ꎮ目前ꎬ地面塌陷面积远小于矿区采空区面积ꎬ在今后很长一段时间内ꎬ子陵矿段仍有出现大规模塌陷的可能ꎮ子陵矿区东北区域分布有金陵石膏矿和宝安石膏矿ꎬ其中金陵石膏矿采空区分布面积大ꎬ地面塌陷发生次数少㊁面积小ꎮ金陵石膏矿采空区面积占总采空区面积的３４.３％ꎬ仅发生３次地面塌陷ꎬ塌陷面积也不足总塌陷面积７％ꎬ分析其主要原因是矿区关停后ꎬ金陵石膏矿持续抽水至２０１２年底ꎬ目前采空区尚未形成大量积水ꎮ但该区域采空区面积大ꎬ分布连续ꎬ随着采空区积水增多ꎬ石膏矿柱遭到地下积水浸泡㊁软化作用后ꎬ发生大面积地面塌陷的可能性较大ꎮ宝安石膏矿虽塌陷次数较少ꎬ但地面塌陷面积相对较大ꎬ以Ｔ１３塌陷坑为典型代表ꎬ当采空区经历了地面塌陷变形后ꎬ采空区空间得到了充填或挤压ꎬ采空区空间变小ꎬ后期的变形将日趋缓和ꎬ塌陷区再次发生强烈的㊁大规模的地面塌陷可能性不大ꎮ但前期钻孔资料可知ꎬ目前宝安石膏矿积水达到一定高度ꎬ并且积水量有进一步增加的趋势ꎬ采空区石膏矿柱长期在水的作用下将逐渐失去支撑作用ꎬ从而会更快的引发采空区覆岩失稳变形ꎮ因此ꎬ可以预测宝安石膏矿出现大规模地面塌陷的可能性小于金陵石膏矿ꎬ但其目前的稳定性远差于金陵石膏矿ꎬ短期内出现塌陷的可能性相对较大ꎮ子陵矿区中部区域分布有新桥石膏矿和福桥石膏矿ꎬ采空区呈连续分布面积较大ꎬ并在该区域存在大面积的重复采动区域(开采２层石膏矿区域)ꎮ该区域采空区越界开采情况严重ꎬＴ５㊁Ｔ１２两次大规模的地面塌陷均发生在矿区交界部位ꎮ子陵矿区中部地段石膏矿品位高㊁厚度大ꎬ后期开采预留矿柱(面积比和宽高比)较小ꎻ矿山关停后ꎬ由于该采空区地势较低ꎬ易形成汇水区ꎬ采空区矿柱较其他区域更早被破坏ꎻ矿区的上覆岩层在子陵铺向斜的构造作用影响下ꎬ岩层的完整性遭到破坏ꎬ更易发生采空区地表变形ꎮ该区域在Ｔ５㊁Ｔ１２㊁Ｔ１７塌陷区继续出现塌陷可能性不大ꎬ主要以后期地表缓慢变形为主ꎮ但在其他区域ꎬ特别是两个矿区越采区域和重复采动区域ꎬ出现大规模的塌陷的可能性较大ꎮ目前在两矿区交界部位也发现了两条正在发育地裂缝ＬＦ１㊁ＬＦ２ꎬ指示该区域目前已经处于不稳定状态ꎬ随时有出现塌陷的可能ꎮ子陵矿区西部区域分布为曾庙石膏矿ꎬ曾庙石膏矿采空区面积相对较小ꎬ但其采空区埋深浅ꎬ采高大ꎮ该区域早期采矿粗放ꎬ井下采空区结构较差ꎬ采空区整体处于不稳定状态ꎮ据统计ꎬ曾庙石膏矿发生地面塌陷次数较多ꎬ但总体上以小规模塌陷坑为主ꎬ仅在矿区北部出现的Ｔ１５塌陷坑面积相对较大ꎮ根据前期钻孔资料ꎬ目前曾庙石膏矿采空区充水水位达到一定高度ꎬ由于与其他矿区缺乏水力联系ꎬ其水位普遍高于其他矿区ꎮ该区域采空区发生地面塌陷变形的可能性较大ꎬ但由于该区域采空区形成规模有限ꎬ预测该采空区域变形将以小面积地面塌陷为主ꎮ矿山关停后井下抽水活动停止ꎬ采空区水位呈逐年上升趋势ꎬ矿区软质岩层遇水软化特征明显ꎬ采空区积水对矿柱㊁底板及围岩的浸泡㊁软化作用日渐增强ꎬ现状表明地下水对矿柱的浸泡㊁软化作用明显ꎬ采空区充水将已经成为诱发采空区地面塌陷或变形的第一影响要素ꎬ采空区充水趋势很大程度上将影响下伏采空区变形的走势[１０]ꎮ目前子陵石膏矿区采空区已发地面塌陷面积约１２.７％ꎬ石膏矿采空区变形发展空间较大ꎬ矿山关停后采空区无人管理㊁硐室围岩体结构破坏加剧㊁矿坑充水趋势明显等不利因素日渐突出ꎬ子陵石膏矿区采空区变形将呈明显加剧趋势ꎮ７０１第１期刘㊀波等:荆门市子陵石膏矿区地面塌陷成因分析及发展趋势预测。
房柱法开采石膏矿采空区失稳机理及稳定性研究的开题报告
房柱法开采石膏矿采空区失稳机理及稳定性研究的开题报告一、选题背景和研究意义随着经济的快速发展和人们生活水平的提高，建筑、装修、化肥、水泥等行业对石膏矿资源的需求越来越大。
而房柱法开采石膏矿已经成为一种常用的采矿方法。
在石膏矿开采过程中，采空区域可能会发生失稳问题，给矿山安全生产带来较大的影响。
本研究拟以房柱法开采石膏矿采空区失稳机理及稳定性为研究内容，探究采空区的失稳机理和稳定性评价方法，为矿井安全生产提供理论指导和技术支持。
二、研究内容和方法本研究的主要内容包括采矿条件的调查，采空区的空间结构分析、稳定性分析和失稳机理分析。
具体研究步骤如下：（1）采矿条件调查。
对石膏矿采矿条件进行调查，包括矿井规划、矿床地质、岩石力学性质、温度湿度等环境条件。
（2）采空区的空间结构分析。
通过现场调查和矿山地质资料，对石膏矿采空区的空间结构进行分析，包括采空区的形状和大小、岩层结构、节理和裂隙等特征。
（3）稳定性分析。
利用数值模拟方法对石膏矿采空区的稳定性进行分析，建立稳定性分析模型，包括地应力场分析、岩体力学参数测定和稳定性评价等。
（4）失稳机理分析。
通过现场调查和采样测试，综合分析采空区的失稳机理，包括采动破坏、孔隙水压力变化等因素对采空区稳定性的影响。
三、预期研究结果和意义本研究将系统分析房柱法开采石膏矿采空区的失稳机理和稳定性评价方法，预期达到以下几个方面的研究结果和意义：（1）深入了解房柱法开采石膏矿采空区的空间结构和力学性质，为矿山安全生产提供理论基础和技术支持。
（2）建立稳定性分析模型，为采空区的稳定性评价提供可靠的方法和技术。
（3）综合分析失稳机理，深入探究采矿活动对采空区稳定性的影响，为矿山安全生产提供科学的防范措施和规避策略。
浅析石膏矿采空区的稳定性
浅析石膏矿采空区的稳定性作者：聂增明梁成友来源：《神州》2010年第24期摘要：现代经济发展的多元化需求，推动了石膏矿产资源的地下开采。
石膏矿的矿体和围岩岩体结构较软。
多采用房柱采矿法开采，随着开采深度和面积的扩大，石膏矿层采空区的安全稳定性问题趋向突显，影响到石膏矿业的安全生产和规划。
探究石膏矿采空区的安全处理方法，对于石膏资源矿采的科学管理具有重要意义。
关键词：石膏矿开采采空区稳定性安全措施石膏矿采空区是由人为采掘石膏资源而形成的地下空洞。
现代石膏原料的市场化需求，加速了石膏矿产资源的地下开采，在石膏矿料开采过程中，开采工艺、采掘方式的不断研发，造成了石膏矿采的采空区域不断增大。
由于石膏矿区特殊的地质结构，以及矿采技术的局限性，导致了石膏矿采空区稳定性能减弱。
造成了很大安全隐患。
新形势下，探究科学合理的石膏矿采管理方法，确保矿采安全性能，是现代石膏矿业开采管理的重要措施，本文通过针对影响采空区稳定性因素分析，阐述了石膏矿采空区的安全处理方法。
一影响石膏矿源采空区稳定性的因素：地质构造，是影响现代矿业开采的重要因素。
石膏矿业开采，需要针对矿区地质构造以及开采条件进行科学综合的分析。
含矿层顶底板耢石的稳固性，是矿层开采技术实施的重要条件。
影响石膏采空区稳定性的因素主要包括以下方面：1空区岩体构造矿源地质结构的强度，是影响石膏采空区稳定性能的主要因素。
我国石膏矿源的周围岩体地质构造不同，由于岩体地面承载能力以及受压引力等不同，往往会导致采空区的顶板冒落塌陷或变形开裂，造成工程塌方或透水事故发生。
2空区顶板跨度顶板跨度的大小是采空区稳定性的重要因素。
影响采空区顶板跨度的因素主要是岩体性质、开采深度、上覆岩层的重力倾角以及开采空间的大小等。
一般来说，开采空间的跨度越大。
顶板中央部位出现的拉应力也越大，严重时造成顶板塌陷发生。
3矿区积水因素以矿柱支撑体系为核心的房柱式采矿方法，采空区的稳定性状态是由矿柱和矿房项板两个基本要素共同决定的。
荆门城区石膏矿采空区地面塌陷监测预警现状与展望
荆门城区石膏矿采空区地面塌陷监测预警现状与展望卢雨岚; 李业; 梁巍【期刊名称】《《资源环境与工程》》【年(卷),期】2019(033)0z1【总页数】5页(P78-82)【关键词】荆门城区石膏矿采空区; 地面塌陷; 监测预警【作者】卢雨岚; 李业; 梁巍【作者单位】湖北省地质局水文地质工程地质大队湖北荆州 434020【正文语种】中文【中图分类】P642.26; TD853.391+.2荆门市矿产资源开发利用历史悠久、强度高、规模大。
特别是改革开放以来,随着国民经济的发展和地质勘探工作的逐步深入,矿业开发日益壮大,各种经济类型矿业企业蓬勃兴起,得到了迅猛发展,20世纪90年代末期形成了以石膏矿为主的矿业开发体系(图1)。
图1 荆门城区石膏矿区分布图Fig.1 Distribution map of Jingmen urban area gypsum ore section1.石膏矿区；2.中心城区。
荆门市城区石膏矿矿产资源丰富,开采历史悠久,形成了大范围的采空区。
中心城区内矿区总面积约42.89 km2,采空区面积约11.95 km2,各矿区累计发生地面塌陷近百次,塌陷总面积约3.854 km2。
塌陷集中分布在东宝区的子陵铺镇和掇刀区的白庙街办—麻城镇一带。
地面变形产生的垂直位移变形量大,对原始地形地貌破坏严重,对地表工民性建筑、交通、农业、水电及通讯等基础性设施危害较大。
石膏开采形成的采空区改变了矿区地层应力结构,破坏了地下含水层,使地下水位下降、地表干旱、地表营养物流失,土地质量下降甚至丧失使用价值。
近年来,荆门市石膏矿采空区地面塌陷频繁发生,严重影响了资源开发利用、生态环境和城市建设,甚至危及人民的生命财产安全、影响社会的稳定。
截至2018年,荆门城区范围内的所有石膏矿已全部关闭,关闭后的石膏矿采空区前1—3年为变形活跃期,为切实保障石膏矿采空区及影响区居民生命财产安全,地方政府采取了关闭辖区内因地面变形影响居民安全的石膏矿并全部实施搬迁避让的措施。
采空区建筑地基的稳定性分析和施工处理方法
采空区建筑地基的稳定性分析和施工处理方法摘要：结合工作实践，探讨了采空区建筑地基的稳定性分析方法及工程实践中对采空区的常用处理方法，对采空区建筑物的布置及其抗变形结构设计等都具有重要的理论和实际运用价值。
关键词：采空区，建筑地基，稳定性分析，施工处理方法在过去几十年中，我国中西部煤炭资源的开发对国民经济的发展做出了巨大贡献。
但由于煤炭资源的开采，在中西部地区的一些老能源基地造成了大规模、大范围的采空塌陷区，导致上覆岩体冒落、断裂和弯曲，使岩体力学强度降低，造成老采空区上方建筑地基的承载能力下降。
随着西部大开发战略和基础建设的加速实施，以及小城镇建设的不断发展，可供建筑的地面严重不足，一些地区的公路、铁路、厂房、住宅楼等不得不穿越或建立在老采空区上方。
在这些静荷载或动荷载作用下，有可能使原本处于相对平衡状态的冒裂带岩体重新“活化”，使冒裂带岩体再压密、地下残留空洞再冒落，导致地表产生附加移动和变形，进而使新建建筑物沉降、局部开裂、倾斜、直至倒塌。
因此，开展对老采空区建筑地基稳定性评价及其变形破坏规律的研究工作，对老采空区建筑地基的处理、采空区建筑物的布置及其抗变形结构设计等都具有极其重要的理论和实际运用价值。
1、采空区建筑物地基的稳定性分析老采空区建筑地基的危害程度及稳定性评价在国内外都属于一个较新的课题。
在老采空区上方修建建筑物的关键问题是对老采空区建筑地基的稳定性评价问题。
目前，我国的相关分析方法有以下三种。
1.1力平衡分析法[1]如图1所示，矿层采空后其顶板岩块ABCD 因重力W 的作用而下沉，两边的楔体ABM 和CDN 也对其施加水平压力P 。
因此，在AB 和CD 两个面上又受到因P 的作用而产生的摩阻力f 的抵抗。
现取采空段(巷道)单位长度为计算单元，则作用在巷道顶板的压力为:Q=W-2f （1）W=B H γ。
f =P tan φ=21γH 2(45°-2φ) （2） P=2Hγtan 2(45°-2φ) （3）式中:Q ———巷道单位长度顶板上所受的压力，kN/m ；W ———巷道单位长度顶板上所受的总重力，kN/m ；P ———楔体ABM 和CDN 作用在AB 和CD 面上的主压应力的最大值，kN/m ； f ———巷道单位长度侧壁的摩阻力，kN/m ；H ———巷道顶板的埋藏深度，m ；B ———巷道宽度，m ；φ———岩层的内摩擦角，(°)。
石膏矿采空区稳定性的研究
石膏矿采空区稳定性的研究摘要：采空区的稳定在采取留设合理的矿柱尺寸的基础上，还要利用井巷工程的矿渣，对采空区进行充填，计采取矿柱法和充填法相结合的方法处理采空区，从而保证采空区的稳定和采场的安全，并且对地表不造成破坏.关键词：采空区不冒落、矿柱法、充填法、目前，石膏矿多采用房柱法开采，采用留设矿柱支撑采空区。
根据多年实践经验,留设各种矿柱来保持采空区的长期稳定是不可靠的，还应采取新的办法，使采空区保持足够的长期强度。
一、石膏矿开采安全现状和课题研究意义㈠、石膏矿开采安全现状石膏矿山在开采过程中用留设石膏护顶板来保证采场的安全稳定，由于层状顶板中存在软弱夹层，通过对单、双层状顶板的分析研究可知，在顶板中存在不同程度的拉应力。
由于石膏顶板及其上覆岩层抗拉强度低，在开采扰动下，顶板容易形成受拉而断裂；采矿方法不合理，遗留的采空区不做任何处理，客观上给顶板大面积冒落创造了条件，大规模采空区的存在是石膏矿山安全开采的极大隐患。
㈡、课题研究意义我国70％的石膏资源是地下开采，石膏矿的矿体和围岩主要为软弱岩体，大多数采用房柱采矿法开采，随着开采深度的增加和采空区面积的扩大，采空区稳定性问题越来越重要，它直接关系到矿山安全生产和深部矿体的开采规划。
分析各种常见采空区处理方法，结合研究矿山的具体情况，提出可行的工程措施。
二、采空区处理的一般办法(一)、采空区处理的一般方法采空区是矿山生产的重大危险源，是矿山顶板大面积冒落的前提条件，需及时对形成的采空区进行安全处理。
目前常用以下的处理方法：1、矿柱支撑法留永久矿柱或构筑人工石柱处理空区。
但从长远来说，矿柱可能由于风化、侵蚀、剥蚀、片帮等作用而破坏，最终导致整个空区塌陷。
2、填充法用填充法填充空区，是从坑内外将废石或湿式等填充材料通过车辆运输或管道输送送入采空区，将采空区充填密实来消除采空区。
3、封闭和隔离空区主要措施有封闭空区与外界相通的巷道，设置隔离层将上部空区与下部空区作业隔开，在密闭隔离的空区上部开通往地表的“天窗”，使空区冒落产生的冲击气浪可以从天窗冲出地表，以此保护巷道及作业区的安全。
石膏矿采空区积水对矿柱稳定性的影响分析
石膏矿采空区积水对矿柱稳定性的影响分析廖文景(长沙矿山研究院, 湖南长沙 410012)摘 要:以矿柱支撑体系为核心的房柱式采矿方法,采空区的稳定性状态是由矿柱和矿房顶板两个基本要素共同决定的。
以湖南某石膏矿为例,结合室内力学参数实验,采用B ie n ia w sk i 强度公式和二维弹塑性有限元分析程序,分别对干燥采场和泡水采场的矿柱稳定性进行了对比分析。
实验结果表明,石膏矿石泡水后其抗压及抗拉强度分别降低至78%,62%。
矿柱安全系数计算结果表明,矿柱长期泡在水中,其安全系数下降较大,对采空区稳定性有较大的影响。
关键词:石膏矿;房柱采矿法;采空区;矿柱稳定性目前国内大部分石膏矿采用房柱法开采。
大多数中小型石膏矿山由于开采不规范,遗留下大量未做处理的采空区,有的已危及安全生产,甚至危及到整个地区的生态环境安全,成为非煤矿山的一大安全隐患。
近年来,石膏矿山采空区失稳事故频频发生,2001年5月18日,广西合浦县恒大石膏矿发生重大冒顶事故,造成29人死亡,直接经济损失456万元;2005年11月6日,河北省邢台县尚汪庄石膏矿区的康立石膏矿、林旺石膏矿、太行石膏矿发生特别重大坍塌事故,造成33人死亡,直接经济损失774万元;2006年8月19日,湖南省石门县天德石膏矿由于违法、违规开采老采空区保安矿柱,引起老采空区顶板大面积垮塌,造成9人死亡和地表大面积塌陷;2006年9月11日,南京石膏矿发生特大透水事故,虽未造成直接人员伤亡,但造成了巨大的经济损失。
因此,石膏矿山采空区的稳定性评价及治理已成为一个迫切而紧要的课题。
本文以湖南某石膏矿为例,结合室内力学参数实验,分析了采空区积水对矿柱稳定性的影响。
1 采空区失稳的形式及主要原因以矿柱支撑体系为核心的房柱式采矿方法,采空区的稳定状态是由矿柱和矿房顶板两个基本要素共同决定的。
随着矿床开采的持续进行,采空区面积越来越大,当采空区失稳时,将引发一系列的地质灾害。
石膏矿采空区处理方法研究
石膏矿采空区处理方法研究我国大多数石膏资源是地下开采，但是在开采的数量、工艺、装备和安全技术条件等方面都不能与煤炭和金属矿山相比。
石膏矿的矿体和围岩属中软弱和软弱岩体的较多，大多采用房柱采矿法开采。
随着开采深度的增加和采空区面积的扩大，采空区的稳定性问题越来越重要，它直接关系到矿山安全生产和深部矿体的开采规划。
老采空区处理问题对石膏矿山预防和减少事故具有重要意义。
目前对采空区处理的研究工作主要针对的是煤矿和金属矿山，在非金属矿山方面尤其在石膏矿山发面相对比较落后。
在石膏矿开采中，由于开采工艺、开拓方式及采掘布置的特殊性及老空区的遗留特点，必须进行针对性的研究。
本文通过石膏矿开采的特点及采场结构参数合理性研究，采空区的应力分布状态与开采过程中地应力的变化规律及采空区、矿柱及顶板的稳定性的研究，运用FLAC<sup>3D</sup>三维有限差分方法，模拟开采过程中地应力的变化规律，计算采空区、矿柱及顶板的稳定性，找出采空区的高应力区以及塑性区，总体评价典型采空区的稳定性，针对典型采空区的稳定状态及应力分布特点提出相应采空区的安全处理措施。
分析各种常见采空区处理方法，并结合研究矿山的具体情况，提出切实可行的工程措施。
石膏矿山采空区顶板大面积冒落是由于矿柱破坏失去支撑能力后，使顶板悬露面积扩大，受拉破坏发生的。
通过对石膏矿山采矿技术条件和自然地质条件的研究，认为：石膏矿山采用的采矿方法、采场结构参数不合理，而且不对采空区进行处理，是造成石膏矿顶板垮落事故的重要诱因，采空区的存在是矿山安全生产的极大隐患，是矿山的重大危险源。
通过对所研究矿山采空区稳定性的研究，并结合石膏矿床的赋存特点，提出采用改进的无底柱分段崩落采矿法开采。
此方法可以提高矿山的回采率并可消除由于采矿形成的采空区。
依据研究矿山开采的实际情况，推荐使用无底柱分段崩落采矿法进行开采，同时结合实际处理历史遗留的老采空区的实验方案。
石膏矿采空区治理方案设计及效果分析
总第191期2021年第1期山西化工SHANXI CHEMICAL INDUSTRYTotal191No.1,2021奏题讨谑DOI：10.16525/l4-1109/tq.2021.01.31石膏矿采空区治理方案设计及效果分析张晓芳（长治市潞城区应急救援指挥中心，山西长治047500）摘要：针对石膏矿采空区处理不当所引起的一系列安全事故，以某石膏矿为例在分析其基本情况的基础上，对比采空区不同治理方式的优劣势，确定以充填采空区为治理方式，并确定了与该治理方式相匹配的充填材料及固化剂的比例，最后对充填效果进行分析。
关键词：石膏矿；采空区；充填材料；混合固化剂；充填效果中图分类号:TD876+.1文献标识码:A文章编号：1004-7050（2021）01-0087-02引言石膏普遍应用于工业和建筑行业，其主要成分为硫酸钙，可用于模型制作、食品添加剂、水泥缓凝剂等。
由于石膏具有非常重要的应用价值被广泛开采,从而导致在石膏顶部的岩层、土壤等形成自由空间，这就是所谓的采空区。
采空区由于破坏了原地表及石膏矿顶板围岩的平衡状态，极易出现坍塌的风险，进而对正常生产以及居民的正常生活造成影响皿。
故，需采取合理的方式对石膏矿的采空区进行治理。
本文将以某石膏矿为例对其采空区进行治理，并对治理效果进行验证。
1工程概况该石膏矿所处位置交通发达并贯穿有铁路，矿区褶皱构造的走向为NE-SW,褶皱构造相对平缓且稳定，其倾向为135。
〜149。
,倾角值为5。
〜15。
；矿区次级构造主要形式为小断层，其走向将近EW方向，且倾角为60。
〜80。
该石膏矿内石膏层呈现层叠状态,石膏层的整体走向为NE方向，倾角为5。
〜15。
，倾斜方向为135°〜140。
该石膏矿采空区的周边没有河流、池塘等，且该矿区所处地区降雨量很小。
因此，该石膏矿的水文条件很简单。
目前，该石膏矿采用巷道和房柱式相结合的方式进行开采。
经探测，该石膏矿的开采深度已达50.2m，开采工作面的断面形状为矩形，对应矩形的宽度为14m,高度为2.2m〜6.1m。
疏港公路石膏矿采空区稳定性评价
疏港公路石膏矿采空区稳定性评价摘要：采空地面塌陷是江苏省邳州石膏矿区最主要的地质灾害类型，具有突发性、偶然性、隐蔽性等特点，拟建的疏港公路从石膏矿采空区上方穿越，在该区以往地质工作研究的基础上，对石膏矿采空区进行了工程地质调查、钻孔勘察等工作，对采空区顶板及矿柱进行稳定性计算，对石膏矿矿柱局部、整体进行数值模拟分析，对采空区场地稳定性进行分析与评价，提出防治措施，为疏港公路建设提供了技术支撑。
关键词：石膏矿；采空区；公路；数值模拟；稳定性分析1引言江苏省邳州石膏矿区是华东地区最大的石膏矿产地之一，开采历史已有30多年，由于以往开采技术落后，技术管理水平低，当地石膏矿的开采，提升了当地经济，提高了居民收入，但随之产生的采空区也造成了严重的地面塌陷地质灾害隐患[1~3]。
自随着第一起石膏矿采空地面塌陷于2005年3月发生以来，后续连续发生多起采空地面塌陷，且有规模扩大及频率加快的趋势，采空地面塌陷造成石膏矿生产井损坏甚至报废、居民房屋损坏、农田损毁等严重后果[4]。
邳州疏港公路工程起自苏鲁交界处，止于连霍高速公路邳州西互通，全长约51公里，其中部分里程段从邳州市四户镇石膏矿矿区二矿段和三矿段矿区范围内经过，具体在K6+640~K6+700、K6+980~K7+020、K7+120~K7+500里程段分布有石膏矿采空区或开拓巷道。
为保证新建公路的安全，需查明场地下地质条件、采空区分布情况和采空区特征，评价石膏矿采空区的稳定性，为疏港公路建设提供技术支撑。
2采空区工程地质概况2.1地层岩性场地第四系松散层厚度约55.0~60.0m，为第四系全新统（Q4）、上更新统（Q3）及中更新统（Q2）沉积物；基岩为大汶口组下段（E2-3dw1），岩性主要为砂岩、粉砂质泥岩、砂砾岩、粘土岩，夹膏盐泥岩和石膏。
2.2石膏矿层特征含膏岩层（E2-3dw1-2）根据石膏分布特征，分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个含膏岩带（层），Ⅰ膏带位于下部，膏层厚度约 3.16m；Ⅱ膏带位于中上部，含两层膏层，膏层厚度分别为1.73～2.39m、1.29～8.72m；Ⅲ膏带位于上部，含两层膏层，其中Ⅲ-2层厚1.15～34.05m，为矿区主采矿层。
房柱法开采石膏矿采空区失稳机理及稳定性研究
房柱法开采石膏矿采空区失稳机理及稳定性研究摘要：近几年来，随着我国国民经济的不断增展，我国社会的建设也加快了步伐，经济建设的增长对石膏等非金属需要量不断扩大，我国石膏的年开采量一般以10%的速度向上增长。
目前，大多数石膏矿山采用房柱开采法开采石膏，开采后的采空区对人们的生命安全造成了严重的影响，严重威胁着矿区的安全。
近年来，随着安全事故的发生率越来越高，采空区稳定性研究具有越来越重要的作用，文章对房柱法开采石膏矿区采空区的失稳机理进行研究。
关键词：房柱法石膏矿采空区失稳机理在我国，石膏矿区的采矿方式普遍采用房柱法进行开采，然而，房柱法开采的方式会导致矿区出现许多采空区，随着我国对石膏用量的不断增加，采空区越来越多，在矿区开采的过程中，不少矿区的稳定性严重不足导致采空区的安全事故越来越多，对人们的生命安全造成了严重的影响。
据有关研究表明，采空区的稳定性主要由矿柱和顶板决定，因此，在保证采空区稳定性方面，要更加注重矿柱和顶板的稳定与安全。
下面对石膏矿区的采空区的失稳机理和采空区的稳定性进行详细的阐述。
一、采空区稳定性的类型随着我国社会发展和经济增长步伐的不断加快，我国对石膏的需求量越来越大，到目前为止，我国石膏矿区的主要采矿方式是房柱法，房柱法的开采方式主要以矿柱为核心，房柱法的开采方式使得矿区出现许多采空区，采空区的稳定性主要有矿柱和顶板所决定，据有关研究表明，我国房柱法开采石膏矿区的采空区的稳定性主要有以下几种类型：一是矿柱和矿房的稳定性状态，由于矿区从上覆岩层到地表的稳定性均属于弹性变形的状态下，而地表下沉部分的稳定性则是由覆岩的弹性、矿柱的弹塑性和顶板的压入量共同构成。
二是在矿柱稳定的情况下，矿房中的顶板岩层部分的稳定性，顶板岩层的稳定性是由于在矿房顶板岩层中具有平衡的拱结构，而矿房的地表下沉部分则是仍有具有弹性的岩层变形所导致的，顶板的变形又会对地表的下沉造成巨大的影响。
三是在矿房顶板稳定的情况下，矿柱的稳定性遭到破坏，这主要是由于矿柱上的载荷量超过了矿柱本身所能够承载的负荷量，从而导致矿柱坍塌，使得地表出现大范围的塌陷情况。
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第三系夹 马槽 组 （ Ｅ ｊ ｍ） ： 顶部 为薄层一 中厚 层状 粉 砂岩 、 细砂岩 与粉 砂质泥岩 、 泥质粉 砂 岩互层 ， 具水平 层 理及交错层 理。 中、 上部 以中厚层 状钙质 长石 石英砂 岩
为主， 夹 泥质 粉砂 岩 、 粉 砂岩 及 粉砂 质 泥 岩 。下 部 以 粉
０ 引 言
子陵铺石膏矿段石膏开采始 于 １ ９ ８ ４年 ， 首建金陵矿 ， １ ９ ９ １ 年又建新桥矿 ， １ ９ ９ ３年再建 曾庙 、 宝安 、 福桥矿 ， 均采 取房柱法开采 。随着开采 时间推移 ， 不 同程度诱发地面塌
６度 地震 烈度 内 。 １ ． ２ 区域 地层 岩性 及力 学参数
第２ ７卷 第 ５期
２ ０ １ ３年 １ ０月
资源环境与工程
Ｒｅ ｓ ｏ ｕｒ ｃ ｅ ｓ Ｅｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎｍｅ ｎ ｔ＆ Ｅｎ ｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
Ｖ０ １ ． ２７． Ｎｏ ． ５
０ｃ ｔ ． ． ２ ０１ ３
子 陵铺 石 膏 矿段 采 空 区稳 定 性 分析 及 对 研 究
发育 ， 坡高 ｌ ５—２ ０ ｍ。 该 区域属 亚热 带温 暖季 风型气 候 ， 气候 适 宜 ， 雨 量
石膏 山段为 矿 区 内主要 含膏 岩 系 ， 平 均厚 度 １ ７ １ ． ８ ６ ｍ， 其 中夹 ３段 含 膏 层 ， 平均厚度为 ８ 。 ７ １ ｍ、 ２ ． ６ ６ ｍ、 １ ８ ． ２ ５ ｍ。 桥坡 段为层 状钙 质粉砂 岩 与钙 质粉 砂 质泥 岩 互层 ， 夹 多层薄 膏层 。岩体 力学 参数 如表 １ 。
１ ． ３ 地质 构造 该 矿段位 于荆 （ 门） 一南（ 漳） 断裂 带 的 中段 ， 该 断
充 沛 。气 象 资 料表 明 ， 区域 年平 均 气 温 ｌ ６℃ 左 右 ， 最 低气 温 一１ ４℃ ， 最 高气 温 ４ ０℃ 。境 内雨 量 充沛 ， 年 平 均 降雨 量 ９ ８ ７ ｍ ｍ， 历 年降雨 量 ９ ８ ０—１ ２ ７ ４ ｍ ｍ， 降雨变
化率较大。地震资料表 明， 本 区处在 ５级地震危险区，
收 稿 日期 ：２ ０ １ ３— ０ ５— ０ ３；改 回 日期 ：２ ０ １ ３— ０ ８—２ ｌ
裂 近南北 走 向 ， 断层 面倾 向东 ， 属压 扭性 断 裂 。受其 影 响， 东 盘 的子 陵铺段 在下 降过程 中 ， 拖褶 形 变为 一个 平 缓 的 向斜构造 ， 向斜长 约 ４ ０ ０ ０ ｍ， 宽约 ２ ０ ０ ０ ｍ， 核 部 为第三 系夹 马槽 组 地 层 ， 翼 部 由 白垩 系 上 统 跑 马 岗组
１ 矿 区开采环境特征
１ ． １ 自然地理 环境
砂质 泥岩 、 粉砂岩 、 泥质粉 砂岩 为主 ， 夹 细粒 长石石 英砂 岩 。矿区仅揭露夹 马槽组 下部地层 ， 厚度 约 １ Ｏ～ ２ ０ ｍ。
子 陵铺石 膏矿 段位 于荆 门市 以北 ５～１ ０ ｋ ｍ处 ， 属 东 宝 区子 陵铺 镇 辖 区 ， 为 荆 门市 近郊 。矿 段 南 北 长 约 ３ ． ５ ｋ ｍ， 东 西宽 约 １ ． ９ ｋ ｍ， 东 侧 有 焦柳 铁 路 、 ２ ０ ７国道
子陵铺石膏矿段属于新华夏系第二沉降带一 江汉
盆 地低西 缘 。该地域 地层 由老 到新 为泥 盆 系 、 石炭系 、 二 叠系 、 白垩 系 、 第 三系 以及第 四系 ， 其 中缺 失侏 罗 系 、
陷地质灾害等矿山地质环境问题。荆门市政府因地制宜 三 叠 系 。地 层岩性 分述 如下 ： 出台城市规划 区矿产 资源控制 开采 相关 政策 ， ２ ０ １ ０年底 第 四系 （ Ｑ） ： 主要 为场 坡 积 物 ， 冲积 物 。 由粉 砂 质
卢开华 ，苏 宏 ，李 聃 ，邓 波
（ １ ． 荆门市国土资源 局， 湖北 荆门 ４ ４ ８ ０ ０ ０ ；２ ． 荆州市 国土资源局， 湖北 荆州 ４ ３ ４ ０ ０ ０ ）
摘
要 ：荆 门子陵铺石膏矿 关停后 ，地面塌陷频率加快，对地表水利设施及公路交通造成重大影响。根据采空区
子 陵铺矿段石膏矿全部关停 。经过 ２ ０多年开采 ， 形 成采 空区 １ ０． ２ ２万 。石 膏 矿停 产 后 ， 采 空 区积水 ， 房柱 浸 泡， 在埋深浅 、 采 空高 、 水 浸泡 等三个 方 面因素 叠加 作用 下， 采空 区地面塌陷频率加快 。
粘土、 含碎石粉质粘土 、 腐植土及人工植土等组成 。厚
经过 ， 乡村公 路纵 贯全 区 ， 交 通便 利 。
白垩系上 统跑 马岗组 （ Ｋ Ｐ ） ： 分为革集亚组和木 店 亚组 ， 在本 区仅 控制 到 革 集 亚组 。根 据 岩 性及 组 合
特征 ， 将革集 亚 组分 为 石 膏 山段 、 桥坡 段 两个 岩性 段 。
矿 段处 于丘 陵 与汉 江 平 原 过 渡 地形 带 ， 属低 缓 丘 陵地貌 区 ， 总体 地 势 为 西北 向南 东 渐低 。 区 内最 高 点 位 于矿 区西北 角 ， 高 程约 １ ９ ０ ｍ； 最 低点 位 于矿 区东 南 角， 高程约 ７ ５ ｍ。 区 内沟 谷 宽 缓 ， 丘 脊 一 般 呈 浑 圆状
空间尺 度及 围岩 性质 ，从预 留矿柱 大 小 、护 顶层 厚度 、上 覆岩 层厚 度判 定该矿 段 采 空 区是 不稳 定 的 ，危 险状 态评
估属Ⅱ 级重大危险源，具有重大危险性。提 出了充填治理、监测预警和合理避让相结合的综合防治措施。 关键词 ：子 陵铺矿段 ；采空 区；稳定性分析 ；对策研究 中图分类号 ：Ｔ Ｄ ８ ５ ３ ． ３ ９ １ ． ２ 文献标识码 ：Ｂ 文章编号 ：１ ６ ７ １ —１ ２ １ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５— ０ ６ ７ ６— ０ ５