2015年莊旺開采沉陷治理及措施最后修改1

治理地面塌陷及裂隙的安全措施一、礦區(qū)自然環(huán)境概況（一）礦井地理概況山西寧武大運(yùn)華盛莊旺煤業(yè)有限公司礦井位于寧武縣縣城東北方向直距約6.0km處后石湖村一帶，行政區(qū)劃屬鳳凰鎮(zhèn)管轄，其井田地理坐標(biāo)為東經(jīng)112°21,44〃?112°22,23〃，北緯39°59/44〃?39°01,54〃。1、交通位置井田北中部有大運(yùn)公路通過，向西南行程6.0km可達(dá)寧武縣煤炭集運(yùn)站，距陽方口煤炭集運(yùn)站約11.0km,也可通往寧（武）一靜（樂）鐵路，或通往寧（武）一靜（樂）線，交通運(yùn)輸較為便利。2、地形、地貌本井田地處管涔山脈東麓，整體地勢(shì)為南北高中間低，最高處位于井田北部，海拔標(biāo)高為1745.00m,最低處位于井田內(nèi)中部的溝內(nèi),海拔標(biāo)高為1476.00m,最大相對(duì)高差269.00m,屬中山區(qū)。井田內(nèi)地表大范圍被第四系中、上更新統(tǒng)地層覆蓋，局部出露基巖^03、地表水及河流本井田屬海河流域桑干河水系。井田內(nèi)地表水系不發(fā)育，只發(fā)育一些沖溝，由于降水量小，基本上無積水，只有雨季才有水流經(jīng)過，地表水基本匯于溝谷，向西流出井田，匯入恢河。4、氣象本井田屬典型的大陸性氣候，氣候寒冷，遲暖早寒，晝夜溫差較大，四季分明，冬季嚴(yán)寒長(zhǎng)達(dá)7個(gè)月，根據(jù)忻州市寧武縣氣象站歷年觀測(cè)資料，年平均氣溫在5.8?6.3℃,最高氣溫在7月份，平均氣溫20℃,極端最高氣溫34.8℃,最低氣溫在1月份，平均-9.7℃,極端最低氣溫-27.2℃。全年無霜期約90d?130d，最大積雪厚度1.30m,凍土深度在1.50m,日照時(shí)數(shù)每年約2800h左右，年降水量為247.40mm?609.30mm,平均420.80mm,降水量主要集中于7、8、9三個(gè)月。年平均蒸發(fā)量1902.30mm,最大在5、6月份，最小在1月份，氣候特別干燥。霜凍期為11月上旬至次年3月上旬，風(fēng)向?yàn)槲骷拔鞅憋L(fēng)，風(fēng)期多集中在冬春兩季，最大風(fēng)速可達(dá)23m/s,年平均風(fēng)速3.5m/so5、地震據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）和《中國地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖》（GB18306-2001圖A1）,本區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.15go（二）井口及工業(yè)場(chǎng)地位置的選擇整合重組后山西寧武大運(yùn)華盛莊旺煤業(yè)有限公司礦井井田內(nèi)除原寧武縣大運(yùn)華盛煤礦莊旺井田外無其它煤礦和小窯生產(chǎn)。原寧武縣大運(yùn)華盛煤礦莊旺井田現(xiàn)有的工業(yè)場(chǎng)地位于井田的西北部，場(chǎng)地寬闊，場(chǎng)地內(nèi)共掘砌有主斜井和副斜井兩個(gè)井筒，另在井田的東北部風(fēng)井場(chǎng)地內(nèi)共掘砌有一個(gè)回風(fēng)立井，目前三個(gè)井筒均已延深到5號(hào)煤層，地面生產(chǎn)系統(tǒng)已基本建成。整合重組后山西寧武大運(yùn)華盛莊旺煤業(yè)有限公司礦井井田內(nèi)除原寧武縣大運(yùn)華盛煤礦莊旺井田上述三個(gè)井筒外，無其它不利用井筒和關(guān)閉井筒。二、2012—2014年礦井開采可能對(duì)地表造成的影響及可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害1、2012—2014年我礦主要以開拓回采巷道為主，巷道主要布置在井田東部502采區(qū)，回采主要采50204綜采工作面。根據(jù)相關(guān)資料調(diào)查分析整合重組后山西寧武大運(yùn)華盛莊旺煤業(yè)有限公司礦井井田內(nèi)除原寧武縣大運(yùn)華盛煤礦莊旺井田外無其它煤礦和小窯生產(chǎn)。該礦井田北東部與山西寧武德盛煤業(yè)公司相鄰，東部與山西寧武大運(yùn)華盛南溝煤業(yè)有限公司井田相接，西北部與大同煤礦集團(tuán)陽方口礦業(yè)公司石湖煤礦相鄰，東南角與大同煤礦集團(tuán)軒崗煤電有限責(zé)任公司梨園河煤礦相鄰，南部及西南部為空白井田。經(jīng)調(diào)查，周邊礦井與本礦相互之間無越界開采現(xiàn)象。鑒于以上情況，在采掘的過程中本井田可能會(huì)受周邊礦井采掘的影響，發(fā)生地表輕微變形產(chǎn)生裂隙或地面塌陷。2、井下采掘?qū)Φ孛娴挠绊戨S著回采工作面的不斷推進(jìn)，采空區(qū)范圍不斷擴(kuò)大，當(dāng)頂板自重超過頂板抗拉強(qiáng)度時(shí)，頂板巖土層會(huì)發(fā)生位移、斷裂，經(jīng)冒落、下沉變化之后，引起地表塌陷。地表塌陷后，會(huì)使荒坡上的農(nóng)田塌陷，但地面建（構(gòu)）筑物、各類防水（沙）、民用建筑物等保安煤柱設(shè)計(jì)合理，都不會(huì)出現(xiàn)塌陷；各種三下工程，如建（構(gòu)）筑物、維修、遷村購地等也留有足夠的保安煤柱均不會(huì)出現(xiàn)塌陷。保安煤柱留設(shè)詳細(xì)情況見井上下對(duì)照?qǐng)D。本區(qū)地表沉陷后主要災(zāi)害有兩種，一為氣候性災(zāi)害，二為地質(zhì)災(zāi)害。氣候性災(zāi)害主要有洪水、旱澇、風(fēng)災(zāi)、冰雹和霜凍。地質(zhì)災(zāi)害主要由泥石流、地震和由洪水引起滑坡、塌方；由地下開采可在地表引起地面的沉陷、裂縫、滑坡等。1)氣候性災(zāi)害井田內(nèi)地表水系不發(fā)育，只發(fā)育一些沖溝，由于降水量小，基本上無積水，只有雨季才有水流經(jīng)過，地表水基本匯于溝谷，向西流出井田，匯入恢河。本礦井工業(yè)場(chǎng)地位于一條溝中北側(cè)，工業(yè)場(chǎng)地其上游匯水面積為10.0km2，經(jīng)計(jì)算Qi/ioo=80.00m3/s，Qi/30O=93.70m3/s；原涵洞斷面為2m2圓管涵，不能滿足防洪排澇的需求,設(shè)計(jì)新增加涵洞寬5.0m,高5.50m,水流坡度為10%。，其最高洪水高度分別為3.40m,3.60m；工業(yè)場(chǎng)地處最高洪水位標(biāo)高為1495.10m,工業(yè)場(chǎng)地最低標(biāo)高為1496.30m,礦井主、副、風(fēng)井井口標(biāo)高分別為1503.905m、1506.759m、1539.743m,均高于最高洪水位標(biāo)高。因此，場(chǎng)地及井口不受洪水威脅。2)地質(zhì)災(zāi)害(1)地震與礦井穩(wěn)定性本礦井位于管涔山脈東麓，地表出露有二疊系山西組下石盒子組、上石盒子組地層，余者被第四系黃土覆蓋。據(jù)調(diào)查，該區(qū)歷次地震中，沒有出現(xiàn)新的地質(zhì)構(gòu)造。該礦井地面建筑、井筒、井下巷道等也沒有出現(xiàn)地震裂縫等現(xiàn)象，礦井較穩(wěn)定。(2)滑坡、泥石流、崩塌災(zāi)害莊旺煤業(yè)有限公司通過地面物探和實(shí)地考察，在本區(qū)東北角有東西長(zhǎng)273.3m，南北寬170m的塌陷區(qū)域，其周圍有11條地面裂縫，長(zhǎng)25m?100m,裂縫寬1cm?30cm,大部為南北向分布，原因可能為古空積水區(qū)造成的，滑坡、泥石流、崩塌等情況未發(fā)現(xiàn)?，F(xiàn)已治理完成。3)礦井水文環(huán)境礦山在開采過程中，礦井水大部分排出地表，順地形自然坡度流向下游，大部分滲入地下，少部分流入恢河，對(duì)地表河流造成污染。對(duì)排到地表的礦井水，應(yīng)先處理凈化再排放，或用于農(nóng)田灌溉。煤層的開采，會(huì)導(dǎo)致地下水水位下降，巖石風(fēng)化殼裂隙或孔隙水部分滲透或被疏干，破壞了地下水的均衡系統(tǒng)。開采過程中應(yīng)采取有效措施，防止開采層上部的風(fēng)化殼裂隙水漏失，保證當(dāng)?shù)卮迕竦娜诵笥盟?。?duì)地下水，地表水的保護(hù)和利用是開采遇到的主要地質(zhì)環(huán)境問題。礦井排水部分滲入地下，對(duì)地下水資源造成污染。隨著生產(chǎn)規(guī)模的增加和采空面積增大，礦井水會(huì)越來越多，最終形成排出一滲入一排出惡性循環(huán)的狀態(tài)，且破壞和污染范圍會(huì)逐步加大，因此，加強(qiáng)礦井水的處理工作是采礦過程中一項(xiàng)重要任務(wù)之一。為防止礦井排水對(duì)井田水文環(huán)境的污染，礦井排水經(jīng)統(tǒng)一凈化處理后，可作為井下、地面除塵和綠化用水水源，生產(chǎn)過程中盡量回收利用礦井水，減少其它途徑供水量，外排廢水應(yīng)經(jīng)污水處理后，達(dá)標(biāo)排放，最大限度地降低井下礦井排水對(duì)環(huán)境造成的一系列不良影響。4)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)本礦井經(jīng)兼并重組整合后，隨著井田面積的擴(kuò)大，井下開采面積的增加，生產(chǎn)規(guī)模的提高，預(yù)測(cè)將加劇地質(zhì)災(zāi)害影響程度。(1)地面裂縫、地面塌陷變形本井田地處管涔山脈東麓，整體地勢(shì)為南北高中間低，最高處位于井田北部，最低處位于井田內(nèi)中部的溝內(nèi)，屬中山區(qū)。井田內(nèi)地表大范圍被第四系中、上更新統(tǒng)地層覆蓋，局部出露基巖。隨著本礦井井田面積的擴(kuò)大，井下開采面積的增加，生產(chǎn)規(guī)模的提高，預(yù)測(cè)將會(huì)產(chǎn)生局部地面塌陷和局部地面變形現(xiàn)象，地面變形的主要表現(xiàn)形式可能是地面沉降、彎曲、地面裂縫等，在煤層頂板基巖較薄，松散層較厚的地段，可能會(huì)發(fā)生陷落柱或塌陷坑。(2)崩塌、滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)井田內(nèi)現(xiàn)狀條件下，崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害不發(fā)育，隨著井下開采面積的增加，開采深度的加大，地下水位的進(jìn)一步下降，將引起地表變形，使原有地表狀態(tài)打破，應(yīng)力狀態(tài)重新分布，在地下應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生變化的情況下，存在局部發(fā)生崩塌與滑坡的可能性，但造成的危險(xiǎn)性較小。(3)水資源破壞預(yù)測(cè)隨著開采深度的增加、開采范圍的增大及開采時(shí)間的延續(xù)，疏干漏斗不斷擴(kuò)大，引起區(qū)域性水位下降，造成井泉干枯，影響礦井周圍地區(qū)的人畜用水。隨著各煤層的進(jìn)一步采動(dòng)，將導(dǎo)致原有冒落帶及導(dǎo)水裂隙帶高度逐漸向上擴(kuò)展，將破壞各煤層以上所有地下含水層所處的地質(zhì)構(gòu)造。（4）礦井排水、肝石排放對(duì)地表、地下水影響礦井在開采過程中酸性礦井水的排放是對(duì)區(qū)域水環(huán)境造成污染的重要原因之一，其危害性是長(zhǎng)期的，其潛在影響是無法估量的。另外礦井在建設(shè)過程中會(huì)有大量的肝石排放，在采掘過程中會(huì)排放大量煤肝石，矸石堆在雨水淋濾作用下，分離出硫、磷、氟等有害成分，對(duì)地下水及地表土壤構(gòu)成一定程度的污染。在地下水疏排過程中，還會(huì)將巖、煤層中的有害元素帶入地下水中，使水質(zhì)變壞，排出的地下水如不經(jīng)處理，作為污水排放，會(huì)引起地表水質(zhì)的污染，對(duì)地表生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響。3、鑒于以上開采后的沉陷對(duì)礦井的影響，須留設(shè)安全煤柱。井田邊界煤柱留20m，水平大巷之間留30m，兩側(cè)留30m煤柱，工業(yè)場(chǎng)地按H級(jí)保護(hù)，立井按I級(jí)保護(hù)，斜井按ni級(jí)保護(hù)，大運(yùn)公路按H級(jí)保護(hù)，地面村莊按ni級(jí)保護(hù)，再根據(jù)表土層和基巖厚度（表土移動(dòng)角45°,基巖移動(dòng)角70°）計(jì)算保安煤柱。當(dāng)?shù)V井報(bào)廢時(shí)，預(yù)計(jì)護(hù)巷煤柱損失可回收50%左右。三、地面塌陷治理及安全技術(shù)措施1、塌陷程度地面塌陷是指地表巖、土體在自然或人為因素作用下向下陷落，并在地面形成塌陷坑（洞）、垮落段、下沉、裂隙等動(dòng)力地質(zhì)現(xiàn)象。隨著采掘進(jìn)度的不斷推進(jìn)，根據(jù)采動(dòng)影響程度分為地表輕微形變、地表塌陷比較嚴(yán)重和地表嚴(yán)重塌陷破壞等3種情況，采取不同的治理措施。⑴地表輕微變形的土地:這類形變一般不影響農(nóng)田耕種及山林、植被生長(zhǎng)。對(duì)農(nóng)田可適當(dāng)給予整平費(fèi)，由土地使用者自己整修即可恢復(fù)土地使用。山林、植被自然恢復(fù)。此種類型適宜恢復(fù)到原有土地狀態(tài)。⑵地表塌陷比較嚴(yán)重的土地:需對(duì)地表裂縫和坡坎進(jìn)行填充、整平。對(duì)受影響的山林、植被進(jìn)行扶正、移栽和重新植草，達(dá)到林業(yè)復(fù)墾。⑶地表嚴(yán)重塌陷破壞的土地:這類土地由于受塌方的作用，農(nóng)田將減產(chǎn),土地?cái)?shù)量減少，山林、植被不能正常生長(zhǎng)等2、地面塌陷區(qū)治理及安全技術(shù)措施（1）定期巡查制度，每月15日巡查一次，進(jìn)入雨季每月巡查2次，降雨前、降雨后各巡查一次，對(duì)可能受到影響的區(qū)域提前治理。（2）對(duì)已發(fā)現(xiàn)塌陷前兆現(xiàn)象的地區(qū)應(yīng)加強(qiáng)地表位移和地面建筑物變形監(jiān)測(cè)，通常在地面已經(jīng)開裂或建筑物開裂、傾斜的某些部位設(shè)置一定的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，然后可采用肉眼和皮尺等進(jìn)行位移或變形的定期觀測(cè)，觀測(cè)頻率可每天觀測(cè)一次。如果發(fā)現(xiàn)位移或變形速度加快，則要加密觀測(cè)，同時(shí)要立即報(bào)警：對(duì)井下回采、掘進(jìn)、開拓和地面疏排地區(qū)的監(jiān)測(cè)，應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)北上山兩條大巷開拓方向覆蓋層厚度小于10米的巖溶地段和人群居住、建筑物集中的地段。除了對(duì)地面和建筑物的變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)還應(yīng)對(duì)附近的民井、機(jī)井、水塘的水位、水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)報(bào)警。（3）視險(xiǎn)情發(fā)展將人、物及時(shí)撤離險(xiǎn)區(qū)。在發(fā)現(xiàn)塌陷前兆時(shí)即應(yīng)制定撤離計(jì)劃。（4）對(duì)于以形成的塌陷坑、下沉地段及低洼處，應(yīng)在其外圍挖設(shè)排水溝引流避免雨水滲入造成二次塌陷。（5）對(duì)于以發(fā)現(xiàn)塌陷前兆的地段，一方面應(yīng)盡快聯(lián)系該區(qū)域村委，在其外圍拉設(shè)警戒線，制作牌板懸掛于醒目處，另一方面組織工人、村民對(duì)該地段塌陷情況及影響范圍進(jìn)行通報(bào)，避免有人誤入塌陷區(qū)造成事故。（6）對(duì)以發(fā)生塌陷的地段且出現(xiàn)塌陷坑的，應(yīng)對(duì)塌陷坑進(jìn)行及時(shí)填堵，以免影響建筑物的穩(wěn)定。其方法是投入片石，上鋪砂卵石，再上鋪砂，表面用粘土夯實(shí)，經(jīng)一段時(shí)間的下沉壓密后用粘土夯實(shí)補(bǔ)平。（7）在地面工程建設(shè)過程中應(yīng)堅(jiān)決避開曾有塌陷發(fā)生且其穩(wěn)定性差尚有活動(dòng)跡象的地段。（8）工程設(shè)計(jì)和施工中要注意消除或減輕人為因素的影響；如設(shè)置完善的排水系統(tǒng)，避免地表水大量入滲，對(duì)已有塌陷坑進(jìn)行填堵處理，防止地表水向其匯聚注入等。（9）對(duì)建筑物附近的地面裂縫應(yīng)及時(shí)填塞，地面的塌陷坑應(yīng)攔截地表水防止其注入。（10）對(duì)嚴(yán)重開裂的建筑物應(yīng)暫時(shí)封閉不許使用，待進(jìn)行危房鑒定后才確定應(yīng)采取的措施。（11）出現(xiàn)塌陷前兆的區(qū)域內(nèi)禁止種地、放牧、行人、建設(shè)等危險(xiǎn)作業(yè)，原有建筑物要限期拆除，禁止任何人員和設(shè)備未經(jīng)批準(zhǔn)進(jìn)入該區(qū)域，確需進(jìn)入時(shí)，要有必要的安全防范措施，避免發(fā)生事故。3、地面塌陷區(qū)治理方法1）填堵法：填堵法是一種最常見的治理方法。一般用于塌陷坑較淺小時(shí)的處理。當(dāng)陷坑內(nèi)有基巖出露時(shí)，首先在坑內(nèi)填入塊石、碎石做成反濾層，或采用地下巖石爆破回填，然后上覆粘土夯實(shí)。陷坑內(nèi)未出露基冉，塌陷坑危害較小時(shí)，可回填塊石或用粘土直接回填夯實(shí)2）跨越法：跨越法是用于塌陷坑較大，而回填又困難的陷坑處理方法。該方法是采用堅(jiān)實(shí)穩(wěn)固的跨越結(jié)構(gòu)，使得陷坑上的荷載通過跨越結(jié)構(gòu)而作用在可靠的土體或巖體上。3）強(qiáng)夯法：通常在強(qiáng)夯法是把10?20噸的夯錘起吊到一定高度（10?40米），然后讓其自由落下，造成較大的沖擊對(duì)土體強(qiáng)力夯實(shí)4）灌注法：把灌注材料通過鉆孔或巖溶洞口進(jìn)行注漿，其目的是強(qiáng)化土洞或洞穴充填物、填充巖溶洞隙，攔截地下水流、加固建筑物地基。5）深基礎(chǔ)法。對(duì)一些深度較大，同時(shí)跨越結(jié)