林叢叢 曹利華 林基海

（1.山東省煤田地質規(guī)劃勘察研究院，山東 濟南 250104；2.中國建筑材料工業(yè)地質勘查中心山東總隊，山東 濟南 250104；3.山東正元數字城市建設有限公司，山東 煙臺 264670）

1 礦山地質環(huán)境

1.1 含煤地層

潘西煤礦地層自老而新分別為奧陶紀馬家溝群、石炭-二疊紀月門溝群、二疊紀石盒子群、侏羅紀淄博群三臺組、古近紀官莊群、第四系。煤巖系為華北型石炭－二疊系[1]，屬華北型海陸交互相沉積。太原組含煤13 層(8 ～20 煤)，含煤總厚度7.18m。山西組含煤7 層(1 ～7 煤)，含煤總厚度4.86m[2]，可采煤層4 層，分別為3、4、7、19 煤層，可采煤層平均總厚度5.05m。3煤層為薄或中厚煤層，較穩(wěn)定；4 煤層為薄煤層，較穩(wěn)定；7 煤層為薄煤層，不穩(wěn)定；19 煤層為中厚煤層，全區(qū)穩(wěn)定可采。礦井內3、4 煤層為氣煤，7、19 煤層為肥煤?？刹擅簩犹卣饕挥[表見表1。

1.2 構造

潘西煤礦地質構造復雜程度屬中等類型，屬簡單的單斜構造。煤礦范圍內共有大中型斷層27 條，其中落差大于100m 的6 條，落差50 ～100m 的5 條，15 ～50m 的16 條。煤礦范圍內以低角度正斷層為主，逆斷層少見，僅在東、西翼各有一條落差小于20m 的逆斷層。地層傾角由淺到深變大，局部地段受斷層影響變陡或變緩。礦井內巖漿巖活動比較強烈，但分布相對集中，且主要呈巖床侵入到侏羅系紅色砂巖和古近系地層中；在煤系地層中，多沿3、4 煤層頂底板和一灰頂底板侵入，7 和19 煤層也有不同程度的侵入。

表1 可采煤層特征一覽表

2 礦區(qū)開采現狀

礦井各可采煤層均有采動。3、19 煤層采空區(qū)面積最大，3 煤層采空區(qū)位于礦井中部及西南、西北部，礦井西南部、東部、東北部井筒煤柱處尚未開采。

4 煤層采空區(qū)分布于礦井西南部，礦井東部、西部及東北部尚未開采。因停采多年，當年采動對地面建（構）筑物造成的破壞已修繕處理，對現狀下地質環(huán)境基本無影響。

7 煤層采空區(qū)分布于礦區(qū)南部主斜井東側，其他尚未開采。因該煤層較薄，薄采空區(qū)面積小，已停采數年，對現狀下地質環(huán)境基本無影響。

19 煤層采空區(qū)位于礦井中部及西部，礦井東部、西部及東北部礦井邊界處未開采。

3 礦山塌陷現狀

潘西煤礦采礦活動對土地資源的影響分為礦山建設對土地資源的壓占和采煤造成的地面塌陷對土地資源的破壞和影響。潘西煤礦已損毀土地面積1340.64hm2，其中壓占損毀面積53.90hm2，為重度損毀；塌陷損毀面積1286.74hm2。已經損毀土地分布于礦區(qū)中部及南部，最大塌陷深度為1.17m，區(qū)內無積水，為輕度損毀。

4 塌陷預測

井工煤礦地表塌陷的預測技術包括了經驗預測、函數預測和概率預測三種[3]。潘西煤礦主要采用概率積分法進行地面變形預測，其原理是把整個開采單元分成無數個微小單元，因此整個開采過程對地表的影響等于各個微元開采后對地表的影響之和。

計算最大下沉值公式：W=M×q×cosα，單位mm；

最大傾斜值：i= W/r，單位mm/m；

最大曲率值：K=1.52×W/r2，單位10-3/m；

最大水平移動值：U=b×W，單位mm；

最大水平變形值：ε=1.52×b×i，單位mm/m。

式中：

W-最大下沉值，mm；

M-煤層開采厚度，m；

i-最大傾斜值，mm/m；

α-煤層傾角，°；

r-開采影響半徑，m；

q-下沉系數；

b-水平移動系數[6]。

4.1 預測參數選取

該礦采用走向長壁后退式采煤方法，已開采區(qū)域一般采用全冒落法管理頂板，村莊及其保護范圍內采用充填管理頂板。剩余可采區(qū)疊合面積約為6.59km2。因本礦剩余采區(qū)開采影響村莊較多，均為充填法開采。根據現場提供的實測沉陷參數，考慮本礦地質、煤層賦存條件、采煤方法及頂板管理方式等開采技術條件，采用沉陷預測參數與適用期預測參數相同，即下沉系數0.26，主要影響正切角2.2。沉陷預測參數見表2。

表2 充填開采法開采時沉陷預測參數匯總表

4.2 預測結果

根據“三下”規(guī)程、煤層開采厚度、采深及表2 各個參數，運用地表移動與變形預計系統(tǒng)軟件模擬預測，計算出全礦井資源開采后產生的地表移動變形最大值見表3。最大塌陷下沉值為1168.52mm，最大傾斜值為2.76mm/m，最大水平變形值為1.36mm/m。

表3 全礦井開采后地表變形最大值

參照水澆地損毀程度分級標準相應評價因子對塌陷土地的損毀程度進行評價，把土地損毀等級圖疊加到土地利用現狀圖，通過CAD 繪圖計算后，預測塌陷影響的面積約1276.83hm2，土地下沉值≤500mm 的塌陷區(qū)面積為745.45hm2，土地下沉值大于500mm 的塌陷區(qū)面積為531.38hm2，地表水平變形小于4.0mm/m，地表傾斜小于6.0mm/m，地表下沉值小于1.5m，地表變形程度較輕，無中重度損毀。

4.3 預測塌陷影響程度分析

根據現場調查資料，本區(qū)第四系正常潛水位埋深約6～8m，雨季潛水位埋深約4～6m。而經預計，礦井剩余儲量開采后最大沉陷深度約1.17m，因此，礦井剩余儲量開采后地表一般不會形成沉陷積水區(qū)。

由于地表沉陷影響造成的地表坡度變化在0～0.0035 之間，礦井地形為山間盆地低緩丘陵，地形本身存在一定坡度，因此，沉陷對地表坡度影響較小。

根據以往開采經驗，當拉伸變形大于6mm/m時，地表可能產生地表裂縫。本礦井剩余儲量開采產生的最大拉伸變形4.55mm/m，因此，一般不會因采動沉陷產生地表裂縫。

另外，本礦井剩余可采塊段面積小，煤層埋藏深度大，煤層厚度小，采動后，地面下沉平穩(wěn)緩慢，因此，未充分采動區(qū)域沉陷影響變形值不大。地形地貌景觀的影響為較輕，大多經過村民簡單平整處理，與原地貌幾無差別。村莊受采動影響較小，村莊建筑物破壞等級為Ⅰ級，大部屬極輕微損壞，不需維修，少量房屋經過簡單修整即可正常居住。因此，塌陷區(qū)損毀程度為輕度損毀。

5 治理措施

按照“預防為主、防治結合”的原則，要求礦山嚴格按開采設計留設工廣、礦界和斷層煤柱，在保證開采安全的同時，也起到一定減輕地面塌陷的作用。對下步將要動用的煤層采用充填法管理頂板，進一步研究充填工藝，保證充填效果，降低對地面影響，對地面建構筑物進行最大程度的保護。

礦山閉坑后，對地面沉陷區(qū)采取削高填低、回填整平、植被重建措施，以求地面沉陷區(qū)與周圍地形地貌景觀盡可能的協(xié)調。對沉陷區(qū)土地進行平整，恢復原土地資源的使用功能，減少經濟損失。對受損的村莊進行維修，要定時監(jiān)測，及時維修，保證人員安全和居民生產生活的正常進行。

地面沉陷區(qū)所影響的礦區(qū)公路，要進行監(jiān)測，及時進行維修，保證交通暢通、安全，道路兩側栽植護路林。

6 結論

本礦山煤炭開采主要引發(fā)的地質災害為地面沉陷，造成土地資源、村莊建筑物等受到影響或損壞，因此地質災害恢復治理工程主要為地面塌陷治理。預測礦井煤層開采塌陷影響的面積約1276.83hm2，最大塌陷深度小于1.5m，屬于輕度損毀，經簡單平整后，即可消除破壞影響，恢復土地使用功能。