連云港新浦磷礦采空區地面塌陷預測探究

胡克榮　趙健

摘 要：本文通過對連云港新浦磷礦采空區地面塌陷的情況介紹，結合采空區頂板巖體巖性、巖層產狀、節理發育狀況、頂板完整度等情況，采用了臨界法對采空區頂板厚度進行計算，確定了可能引發地面塌陷的采深范圍，其結論與實際情況基本相符，說明該方法對研究新浦磷礦采空區地面塌陷是一種可行的預測方法。

關鍵詞：采空區；地面塌陷；頂板穩定性；采深

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.065

1 引言

連云港新浦磷礦始建于1967年，位于連云港市濱河新城以北，自建礦以來，分別在-50m、-80m、-240m中段淤泥流砂潰入坑道并引發地面塌陷52次，最近的一次發生在2013年12月23號，形成了直徑為108m的天坑。新浦磷礦地面塌陷給當地交通運輸、城市發展、工農業發展產生了嚴重影響，目前對采空區塌陷的預測分析還處于經驗積累和摸索階段。因此，對新浦磷礦采空區地面塌陷成因的研究是十分有必要的。

2 地質背景

礦區位于揚子地臺北部邊緣，與華北地臺相接，大別-蘇魯超高壓變質帶東段南側，郯廬斷裂帶東側，錦屏倒轉背斜東（正常）翼。礦區地層由東海群朐山組（Pt1dhq）、海洲群錦屏組（Pt2haj）和云臺組（Pt2-3hay1-1）及上覆第四松（Q）散碎屑沉積物所組成。

礦區位于錦屏倒轉背斜的南東正常翼的北段，為一單斜構造，巖層走向10°～18°，傾向100°～108°，傾角34°～46°。礦區內所見變質巖為片巖類、片麻巖類、大理巖類、磷灰巖類及花崗質混合片麻類。區內有小的斷裂構造存在，沿走向均不連續。礦區內含水層主要為第四系孔隙潛水和承壓含水層（組）以及基巖裂隙巖溶承壓含水層兩個含水層。第四系和風化帶（-80m以上）含水層與（-80m以下）巖溶裂隙承壓含水層的水力聯系不明顯。

礦體賦儲存于錦屏組第一段含磷大理巖，白云二長片麻巖，云母片巖中。共有三條具開采價值礦體。以7號礦體為主，位于上部，其次為13號（系7號礦體分段）、11號、29號礦體及11號礦體，位于下部，礦體呈似層狀。夾層一般1-2層，巖性以含磷大理巖為主，片麻巖夾層較少。構造簡單，無褶斷裂構造。礦體向北東側伏，側伏角28°。

3 采空區基本概況

3.1 開采概況

新浦磷礦自1967年開始基建，1976年試產，經過30多年的采礦活動，現共有十個中段分別為：-50m中段、-80m中段、-120m中段、-160m中段、-200m中段、-240m中段、-280m中段、-320m中段、-360m中段、-400m中段。現-320m中段、-360m中段為生產中段，-400m中段為開拓工程中段。

3.2 采空區地面塌陷概況

曾在1978年4月至1980年4月期間，–50m中段由于采用分段崩落法采礦，致使第四系流砂和淤泥多次潰入坑道，并引起地面塌陷，特別是1983年11月24日在-42.2m標高處地面塌陷面積達24410m2。為防范采空區繼續塌陷，不再采用分段崩落法采礦，而使用房柱法，同時加大了-80m中段的頂柱和間柱，使-80m以下的采礦和-50m中段隔離開來，防止礦層頂板冒落連通第四系砂層和淤泥。但 2013年12月23號，該采空區在-250m中段發生了地面塌陷，形成了直徑為108m的天坑。

4 采空區地面塌陷預測分析

新浦磷礦采空區頂板穩定性主要與巖體巖性、巖層產狀、節理發育狀況、頂板完整度和礦層厚跨比等有關。

根據礦區實際開采情況，本次計算將巖石的內摩擦角φ取47°，巷道寬度B 對-50m中段的巷道取2.0m，采礦區取礦房保安礦柱之間的距離12m，考慮到采礦時部分保安礦柱受損，B取15m，巖層的重度 取27kN/m3 ，P0=第四系重力+建筑物荷載=520-820kPa，取值考慮到地表為第四系松散沉積物及風化層按最大厚度80m，重度取20 kN/m3，建筑物考慮到未來承建20層左右的樓房300kPa，計算結果見表1。

自地表起算，增加第四系及風化層的厚度80m，結合上表數據預測認為，-50m中段的2m巷道穩定性差，采深在地面以下194.1m以淺地區為不穩定區，采深在地面以下194.1-251.2m范圍穩定性差，采深在地面以下251.2m以深地區為較穩定區。

5 結論

本次估算的臨界深度251.2m與新浦磷礦塌陷坑實際情況相符，但礦區在開采過程中受地質環境條件的變化以及人為不確定因素的綜合影響，其對采空區地面塌陷的預測自然是一個復雜的系統工程，本文的分析方法只是把力學與礦山工程中的相關理論應用于采空區地面塌陷的預測評價，存在一定的局限性，對新浦磷礦的塌陷探究還需進一步系統的研究。

參考文獻：

[1]國家煤炭工業局.建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程[S].北京：煤炭工業出版社，1999.

作者簡介：胡克榮（1983-），男，助理工程師，主要從事：水工環地質工作。endprint