邊金云

【摘要】以8.0Mt/a 某煤礦項(xiàng)目為例，采用概率積分法對(duì)井田近期、中遠(yuǎn)期的沉陷影響進(jìn)行了預(yù)測，結(jié)果表明煤礦開采會(huì)導(dǎo)致地表形態(tài)變化，地表將產(chǎn)生動(dòng)態(tài)裂縫，地表沉陷影響范圍較大，損毀程度較為嚴(yán)重，重度損毀主要發(fā)生在林地、草地，上述預(yù)測結(jié)果能為后續(xù)提出合理的礦山地質(zhì)環(huán)境治理與土地復(fù)墾措施提供理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】煤礦項(xiàng)目 ?沉陷預(yù)測

一、項(xiàng)目概況

某煤礦設(shè)計(jì)規(guī)模8.0Mt/a，服務(wù)年限74.4年，開采方式為井工開采。全井田范圍內(nèi)共含可采煤層6層，不可采煤層5層。井田范圍內(nèi)無文物古跡、重大設(shè)施及其他需特殊保護(hù)的敏感目標(biāo)，井下保護(hù)煤柱類型主要包括井田境界煤柱、工業(yè)場地保護(hù)煤柱、主要井巷保護(hù)煤柱、斷層煤柱等。

二、預(yù)測模式

本預(yù)測采用的是根據(jù)概率積分法編制的“地表移動(dòng)與變形計(jì)算”程序，輸入相關(guān)參數(shù)，程序自動(dòng)計(jì)算各種變形數(shù)據(jù)。

預(yù)測模式采用國家煤炭局《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》中所推薦的模式。

三、地表移動(dòng)變形參數(shù)的選取

地表移動(dòng)變形計(jì)算的主要參數(shù)有下沉系數(shù)q、主要影響角正切tgβ，水平移動(dòng)系數(shù)b，拐點(diǎn)偏移距S和開采影響傳播系數(shù)k等。這些參數(shù)的取值主要與煤層開采方法、頂板管理方法、上覆巖層性質(zhì)、工作面寬度、重復(fù)采動(dòng)次數(shù)以及采深采厚比等因素有關(guān)。

本礦區(qū)為新建礦區(qū)，基本尚未開發(fā)，礦區(qū)無巖移觀測資料。因此本預(yù)測根據(jù)井田勘探報(bào)告，參考《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》確定地表沉陷預(yù)測參數(shù)，見表1。

四、預(yù)測與影響分析

（一）地表形態(tài)變化預(yù)測結(jié)果

為了體現(xiàn)遠(yuǎn)粗近細(xì)、邊生產(chǎn)邊復(fù)墾的思想，并為工程量計(jì)算提供基礎(chǔ)，根據(jù)開采工作面接續(xù)情況，結(jié)合復(fù)墾時(shí)序要求，將開采時(shí)間劃分為近期、中遠(yuǎn)期，各階段的開采最大變形值見表2。

（二）地裂縫分析

開采前30年內(nèi)預(yù)計(jì)工作面最大水平變形為88.95mm/m，結(jié)合巖性特征，一般地表水平變形拉伸值大于4mm/m將可能出現(xiàn)裂縫，礦區(qū)煤層開采時(shí)，地表將會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)裂縫。隨著工作面的推進(jìn)，當(dāng)裂縫區(qū)受到壓縮變形時(shí)，裂縫區(qū)會(huì)有閉合現(xiàn)象。較小、較淺的裂縫會(huì)在拉伸變形的影響下完全閉合;對(duì)于較大、較深的地表裂縫，雖有不同程度的減小，但最終不能恢復(fù)到原始地表形態(tài)，形成永久裂縫，這些永久裂縫將會(huì)對(duì)地表土層產(chǎn)生一定的影響。另外，在各煤層開采邊界上方，由于只受到水平拉伸變形的影響，當(dāng)水平拉伸變形疊加時(shí)，可能出現(xiàn)一些地表永久裂縫，且邊界上方的裂縫一般不會(huì)自行閉合，這些永久裂縫的深度一般不會(huì)超過4m。

（三）地表沉陷影響范圍預(yù)測結(jié)果

沉陷預(yù)測程序計(jì)算的地表沉陷范圍為以地表下沉10mm等值線劃定的沉陷區(qū)域，經(jīng)計(jì)算，井田近期、中遠(yuǎn)期塌陷影響范圍依次為1384.95hm2、4850.11hm2。

（四）沉陷土地范圍確定及損毀程度分級(jí)

（1）村莊損毀程度分析。井田范圍內(nèi)有少量零散村莊分布，房屋結(jié)構(gòu)主要為單層磚混結(jié)構(gòu)。通過對(duì)沉陷結(jié)果分析，有部分零散居民位于10mm下沉等值線內(nèi)。參照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》中的磚混（石）結(jié)構(gòu)的建筑物損毀（保護(hù)）等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)測中遠(yuǎn)期受影響村莊的損毀程度為Ⅱ、Ⅳ級(jí)。

（2）對(duì)公路的影響。有1條場外聯(lián)絡(luò)公路從井田西側(cè)南北向通過，其中有142.29m位于井田內(nèi)部，均不在開采影響范圍內(nèi);另設(shè)置一條進(jìn)場道路，長約4km;一條運(yùn)煤公路，長約2km，全部位于井田內(nèi)部，進(jìn)場道路均不在開采影響范圍內(nèi)，運(yùn)煤公路有962m位于開采影響范圍內(nèi)，采煤引起的地表沉陷及變形可能對(duì)局部路面造成破壞，應(yīng)采取必要的修復(fù)措施。

（3）各階段的損毀范圍與程度。在10mm沉陷等值線的基礎(chǔ)上，以《土地復(fù)墾方案編制規(guī)程》（第3部分：井工煤礦）附錄B作為判定依據(jù)，進(jìn)行土地?fù)p毀程度劃分。沉陷范圍內(nèi)的土地利用現(xiàn)狀及損毀程度見表3。

五、結(jié)論

本文采用的概率積分法可以對(duì)煤礦開采活動(dòng)產(chǎn)生的地表沉陷狀況進(jìn)行較為準(zhǔn)確的預(yù)測，進(jìn)而為落實(shí)合理的礦山地質(zhì)環(huán)境治理與土地復(fù)墾措施提供依據(jù)，達(dá)到防止地質(zhì)災(zāi)害、降低土地資源破壞以及改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境的目的。