李云龍，郭春穎，徐 敏，劉軍柱，孫建敏

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)，北京 100083；2.中國(guó)地質(zhì)工程集團(tuán)公司，北京 100083)

1 六道灣煤礦簡(jiǎn)介

六道灣煤礦塌陷區(qū)位于烏魯木齊市水磨溝區(qū)七道灣鄉(xiāng)六道灣村至七道灣之間。塌陷區(qū)西段位于烏魯木齊市中心地帶，西面和南面緊鄰南湖路和外環(huán)路，東面臨近六道灣路，南面距烏魯木齊市政府700m。六道灣煤礦已有50多年的開(kāi)采歷史。塌陷區(qū)內(nèi)大槽煤層露頭處，呈條帶狀或串球狀塌陷坑。由于長(zhǎng)期開(kāi)采地下煤層，采空區(qū)及其影響范圍，己形成了4.4 km2的大面積地面塌陷及沉降變形區(qū)，嚴(yán)重破壞了地表地質(zhì)環(huán)境。

隨著六道灣煤礦不斷地向深部開(kāi)拓回采，塌陷區(qū)地面變形處于活躍期，巖移和地面冒落式塌陷隨時(shí)都有可能發(fā)生，危害十分嚴(yán)重。對(duì)六道灣煤礦西翼塌陷區(qū)地面變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以獲得有關(guān)地質(zhì)災(zāi)害危害性、實(shí)時(shí)沉陷變形量等信息。特別是通過(guò)長(zhǎng)期的觀測(cè)資料，掌握其變形規(guī)律，有助于了解地面沉降，地面變形的機(jī)理，為進(jìn)一步治理提供科學(xué)依據(jù)。

2 地質(zhì)概況

在構(gòu)造上，塌陷區(qū)屬六道灣井田的西翼，構(gòu)造特征基本上與六道灣井田整體構(gòu)造一致。塌陷區(qū)內(nèi)構(gòu)造簡(jiǎn)單，沒(méi)有明顯的斷裂破壞，地層產(chǎn)狀變化不大，東段走向?yàn)?0°左右，西段為64°～66°，在六道灣煤礦西二石門～西三石門一帶微向南凸呈弓形，傾向330°～336°。巖層傾角一般65°～75°，下段煤層(B1～B6)傾角較大，為65°～75°；上段煤層(B7～B33)傾角逐漸變?yōu)?0°～65°，局部54°。巖層淺部?jī)A斜較陡，傾角在70°～75°，個(gè)別可達(dá)80°，向深部變緩為50°～55°。巖層?xùn)|部?jī)A角較小，西部較大，東西部有6°之差?？偟淖兓?guī)律是：巖層傾角由南向北逐漸變小，由東向西逐漸變大，由淺到深巖層逐漸變緩。

六道灣井田位于準(zhǔn)南煤田東南部烏魯木齊礦區(qū)西部，塌陷區(qū)內(nèi)均為陸相沉積地層,以中新生界為主，其中以侏羅系分布最廣,新生界次之。塌陷區(qū)區(qū)域出露地層除南部的紅山背斜有二疊系分布外，在整個(gè)工作區(qū)及其南北廣大地區(qū)均分布著第四系松散沉積物，下伏地層為侏羅系含煤地層，侏羅系大部分被第四系所覆蓋。侏羅系包括下統(tǒng)的三工河組、中統(tǒng)的西山窯組、頭屯河組,其巖相為一套河湖相,泥炭沼澤沉積,三組地層中,含煤地層為西山窯組。第四系厚度由南向北逐漸增大，在六道灣煤礦西翼塌陷區(qū)一帶多為10～20m左右。

3 水文地質(zhì)概況

塌陷區(qū)地下水類型，除西部靠近烏魯木齊河床地帶分布有松散巖類孔隙水外，其余廣大地區(qū)均為碎屑巖類裂隙孔隙水。煤層開(kāi)采前，由于煤層和所夾的炭質(zhì)泥巖起相對(duì)隔水作用，煤層頂?shù)装搴畬踊ゲ贿B通或連通微弱。煤層開(kāi)采后，所有含水層均連為一體，地下水位埋深與上覆第四系砂卵礫石孔隙含水層相一致。地下水主要接受南側(cè)和西南、東南側(cè)地下徑流側(cè)向補(bǔ)給，遇強(qiáng)降雨天氣時(shí)，還接受少量降水入滲補(bǔ)給。地下水大體由南向北徑流，至六道灣路以北大部分以地下逕流方式向北排泄到鄰區(qū)，一部分排入六道灣煤礦的礦區(qū)排水系統(tǒng)，至該礦1JHJ立井以北排出地表。地下水型為SO4·Cl型，礦化度1～2 g/L。六道灣煤礦因采礦需要，通過(guò)采取井下排水措施，降低地下水位。1995～2002年間，整個(gè)礦區(qū)日排水量平均3 275.6 m3(136.5 m3/h)。豐水期為8～9月，最大日排水量4 389 m3(182.9 m3/h)；枯水期為4～5月，最小日排水量1 944m3(81 m3/h)。

4 煤層特征

六道灣井田共含煤33層，其中可采煤27層，33層煤從下到上編號(hào)依次為B1～B33。煤層走向52°～65°，傾向322°～335°，傾角在63°～88°之間，一般為67°～78°，全部為急傾斜煤層，賦存穩(wěn)定。現(xiàn)生產(chǎn)水平可采煤層平均總厚度117.07～175.45 m。

井田內(nèi)的可采煤層可分為上、下兩段4個(gè)煤層組：下段包括B1～B6，其中B1和B2為第1組，B3～B6為第2組；上段包括B7～B33，其中B7～B20為第3組，B21～B33為第4組。下段兩個(gè)組為特厚煤層，其中第1組(B1+2)稱為南大槽，第2組(B3+4+5+6)稱為北大槽。上段兩個(gè)組為薄、中厚和厚層煤層形成的兩組近距離煤層群。

5 開(kāi)采歷史

六道灣煤礦投產(chǎn)至今，已累計(jì)生產(chǎn)原煤3 100萬(wàn)t，按礦井最終開(kāi)采水平為+300 m標(biāo)高計(jì)算，目前已探明的剩余地質(zhì)儲(chǔ)量為18 716.6萬(wàn)t，剩余工業(yè)儲(chǔ)量為12 874.1萬(wàn)t。

六道灣煤礦礦井開(kāi)拓方式，采用立井階段石門開(kāi)拓。在20世紀(jì)80年代以前，開(kāi)采規(guī)模較小，其開(kāi)采方法主要采用水平分層放頂式、倉(cāng)儲(chǔ)式、斜坡落垛式等采煤方式。80年代以后，六道灣煤礦在+650m水平東翼采區(qū)北大槽，使用急斜水平分段綜采放頂煤采煤技術(shù)。礦井共劃分為四個(gè)水平，分別為：+650m水平；+540m水平；+430m水平；+300m水平。其中+650m水平已采完。各水平沿煤層走向劃分為五個(gè)采區(qū)，分別為：東一采區(qū)；東二采區(qū)；西一采區(qū)；西二采區(qū)；西三采區(qū)。中央石門距東一、西一石門間距350 m，采區(qū)間石門間距為550 m。

目前，南大槽西二石門東至西一石門西開(kāi)采到+540 m水平標(biāo)高，采深達(dá)到230 m左右；北大槽從中央石門至西二石門東，已開(kāi)采到+510 m水平標(biāo)高，開(kāi)采深度達(dá)303 m左右；北大槽以北的煤層群，已開(kāi)采到+650 m水平，采深達(dá)到180 m左右；部分小槽煤在西一采區(qū)(包括B13、B14、B18、B19、B20各槽煤)，已采到+540 m水平，采深達(dá)270 m左右。六道灣煤礦西翼采區(qū)已于2007年6月25日停止采掘作業(yè)。

6 六道灣煤礦變形觀測(cè)

6.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

六道灣煤礦西翼塌陷區(qū)范圍為變形監(jiān)測(cè)工作區(qū)，根據(jù)六道灣煤礦的實(shí)際情況，我們選用剖面線狀觀測(cè)站布點(diǎn)方式。剖面線狀觀測(cè)站是目前各礦區(qū)用得較多的一種布站形式，是在選擇的特定方向上布點(diǎn)成直線形(除縱六線因條件限制不能布成直線，設(shè)少量轉(zhuǎn)點(diǎn)而成折線形)。本監(jiān)測(cè)區(qū)由6條傾向觀測(cè)線(縱向觀測(cè)線)和2條走向觀測(cè)線(橫向觀測(cè)線)組成一個(gè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)。

網(wǎng)絡(luò)采用2級(jí)布網(wǎng)的方法，以高精度、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)六道灣煤礦西翼塌陷區(qū)地面沉降和水平移動(dòng)。一級(jí)網(wǎng)為監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)，作為GPS監(jiān)測(cè)地面沉降的基準(zhǔn)，該網(wǎng)由4個(gè)點(diǎn)組成，分布在監(jiān)測(cè)區(qū)周圍的沉降影響帶以外。地層相對(duì)穩(wěn)定。二級(jí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)為沉降監(jiān)測(cè)的基本網(wǎng)，由八條線構(gòu)成，共計(jì)80個(gè)點(diǎn)組成。在監(jiān)測(cè)區(qū)煤層開(kāi)采深度較深的東南(中央石門至西一石門)部布設(shè)點(diǎn)密集，在西部(西二至西三石門)較疏。在煤層較寬的監(jiān)測(cè)區(qū)南部的南大槽、北大槽布置較密集，北部較疏松。監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置如圖1所示。

6.2 變形監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

監(jiān)測(cè)工作始于2007年12月4日，監(jiān)測(cè)周期為4年，監(jiān)測(cè)時(shí)間間隔為前三個(gè)月，每10天監(jiān)測(cè)一次，之后每月監(jiān)測(cè)一次。截至2008年10月4日，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果如表1所示。

表1塌陷區(qū)沉降觀測(cè)部分?jǐn)?shù)據(jù)單位m

測(cè)點(diǎn)日期2-052-062-072-082-197-012008-12-14825 045824 945825 942826 238826 574829 0732008-12-23825 041824 940825 938826 233826 574829 0752008-1-3825 044824 944825 941826 235826 574829 0732008-1-13825 040824 941825 939826 235826 573829 0742008-1-26825 041824 942825 938826 234826 574829 0752008-2-2825 038824 938825 936826 230826 568829 0662008-2-16825 040824 940825 936826 233826 572829 0682008-2-28825 038824 938825 936826 231826 567829 0652008-3-29825 039824 939825 935826 232826 569829 0662008-4-29825 028824 928825 927826 221826 558829 0652008-5-29825 028824 931825 929826 219826 557829 0662008-6-28825 017824 920825 918826 209826 546829 0542008-7-27825 012824 914825 914826 205826 542829 0532008-8-30825 014824 916825 915826 206826 543829 0532008-9-30825 012824 915825 913826 206826 542829 0522008-10-30825 011824 913825 912826 205826 540829 050

圖1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置圖

根據(jù)表1數(shù)據(jù)，采用matlab軟件編程，繪制出了地面沉降量的等值線圖(圖2)，圓圈為監(jiān)測(cè)點(diǎn)。由圖2可以看出：

圖2 地面沉降等值線圖

①圖2中黃色線為塌陷區(qū)邊界。沉降量最大區(qū)域在北大槽西一至至西二石門之間，此處煤層的采深最深，采深為303 m左右，沉降量最大達(dá)到18 mm。其次是西一采區(qū)的第三組煤(B13～B20煤層)，采深為270 m左右，沉降量最大15 mm。這說(shuō)明采深越深，沉陷量較大。②監(jiān)測(cè)區(qū)邊界沉降量很小，這說(shuō)明監(jiān)測(cè)區(qū)的邊界是穩(wěn)定的。地層為急傾斜煤層，煤層平均傾角為70°。頂板底板巖性主要為砂巖。塌陷形成的塌陷盆地中心，基本在采空區(qū)正上方，煤層頂板方向受影響范圍較大，底板受影響范圍較小。根據(jù)觀測(cè)資料，圖解計(jì)算出移動(dòng)盆地頂板邊界角為35～37°，底板邊界角為60～62°。③地面沉降變形具有突變性、間歇性。監(jiān)測(cè)點(diǎn)會(huì)在短時(shí)間內(nèi)突然發(fā)生移動(dòng)變形。如7-01觀測(cè)點(diǎn)，在4月29日、6月29日這兩個(gè)觀測(cè)周期中沉降變形顯著，而在其它時(shí)間沉降量微小，或未發(fā)生沉降。④地面沉降以前主要是南北大槽煤層形成的兩個(gè)條帶狀塌陷槽和三四組煤的串珠狀塌陷坑，現(xiàn)在地面沉降主要集中在煤層開(kāi)采深度較深的區(qū)域。而在煤層開(kāi)采較淺的區(qū)域，沉降量很小，如西二石門以西。這說(shuō)明深部煤層開(kāi)采引起的地面沉降，已成為地面沉降的主要因素。地面沉降變形仍在繼續(xù)，尚未穩(wěn)定。

7 討論與建議

(1)監(jiān)測(cè)區(qū)上部雜填土松散，受降雨、積雪融化等因素影響，冬季、夏季沉降數(shù)據(jù)變化劇烈，地面沉降量顯著。分析可適當(dāng)考慮消除這部分影響，以反映巖層的巖移規(guī)律。

(2)沉降量最大的區(qū)域也是點(diǎn)位布置最集中的區(qū)域，說(shuō)明監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置是合理的。監(jiān)測(cè)區(qū)西二石門以西，由于煤層采深淺，停采時(shí)間長(zhǎng)，沉降變形不明顯；而中央石門至西二石門之間，由于開(kāi)采水平較深，且停采時(shí)間不長(zhǎng)，地面沉降變形尚未穩(wěn)定，因此還需要長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。

[1] 新疆地質(zhì)工程勘查院. 新疆烏魯木齊市外環(huán)路服務(wù)區(qū)項(xiàng)目建設(shè)用地地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估報(bào)告[R]. 2004，4.

[2] 武曉忠，張勤，劉忠.西安地面沉降與地裂縫GPS監(jiān)測(cè)網(wǎng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究[J]. 測(cè)繪技術(shù)裝備, 2006,2(8).

[3] 黃聲享，尹暉，蔣征.變形檢測(cè)數(shù)據(jù)處理[M]. 武漢:武漢大學(xué)出版社,2003.

[4] 何滿潮. 工程地質(zhì)數(shù)值法[M]. 北京：科學(xué)出版社，2006：9-15.