大雁礦區地面塌陷監測方式及塌陷發育規律研究

鄧燕　苑宏超　邢永勝　劉慧芬

摘要：內蒙古大雁礦區由于采礦活動，形成了采空區，采空區上方產生了地面塌陷地質災害，本文通過對大雁礦區地形地貌、地層巖性及開采方式進行分析，總結了大雁礦區塌陷形成的機理，為后期礦區環境治理提供參考。

內蒙古自治區地域遼闊，礦產資源豐富，是我國重要的能源和原材料基地，素有“東林西鐵，遍地是煤”之美譽，區內煤炭能源基地眾多、儲量大。各種不同的采礦方式產生的地面塌陷無論從形成機理，還是表現特征上都有很大差異，對不同地區和不同的開采方式形成的地面塌陷，以及歷史遺留的地面塌陷和新形成的地面塌陷發育規律研究，需要因地制宜。大雁礦區自二十世紀八十年代以來，隨著礦業開發強度的逐年加大，引發的地面塌陷（沉陷）地質災害無論從規模上還是分布范圍上都在逐年增加。對大雁礦區礦山地面塌陷進行全面系統的調查研究，采用合理的監測方法，為找出塌陷發育規律和特征提供理論依據，為以后科學可行的治理方案和治理措施提供依據。

1.礦區概況

1.1交通位置

大雁礦區位于大興安嶺西麓的海拉爾河中游，隸屬于內蒙古自治區呼倫貝爾市鄂溫克族自治旗巴彥鎮，礦區東接牙克石市，西連海拉爾區，南鄰巴彥嵯崗蘇木，北至海拉爾河與陳巴爾虎旗相望。地理坐標為東經：120°10′12″～120°39′09″，北緯：49°06′18″～49°17′17″。礦區面積約230km²。

1.2地形地貌、地層巖性

大雁礦區地勢為四周高中部低，呈盆地狀，海拔標高在640m～900m之間，屬寒溫帶大陸性半干旱氣候，平均降水量為348mm。地下水類型可分為第四系松散巖類孔隙水、煤系孔隙、裂隙水，水位埋深5m～15m。植被類型為寒溫型草甸草原，土壤類型以淡黑鈣土和暗栗鈣土為主。礦區北部及南部有水系和沼澤。

根據區域地質及礦區鉆探資料，大雁煤田出露地層由下往上主要有：中生界白堊系下統龍江組（K_u）的陸相中酸性火山一沉積巖組合，白堊系下統梅勒圖組（K_1m）的中基性火山巖夾中酸性火山碎屑巖及火山碎屑沉積巖，白堊系下統大磨拐河組（K1d）的含煤碎屑巖層，白堊系下統伊敏河組（K_1ym）的含煤地層及第四系海拉爾組（Q_h）的松散沉積物。

1.3煤層分布特征

大雁礦區含煤地層為中生界白堊系下統伊敏組和下部大磨拐河組。上部的伊敏組巖性為泥巖、粉砂巖夾煤層，含3層煤，目前在露天開采；下部大磨拐河組巖性為凝灰碎屑巖、泥巖、砂巖夾煤層，可劃分為上、中、下三個巖段，厚度在24m-335m之間，含煤12層，為本區最有經濟價值的含煤地層，其中27、28、30煤層為主采煤層，埋深70m～290m之間，頂板巖性細砂巖為主粉砂巖次之，結構較簡單。該段煤層全部為井工開采，開采方式為機械化綜放回采，頂板管理方式為全陷落法。地表為第四系松散沉積物，厚度在6m～52m之間。

2.礦區地面塌陷監測

2.1礦區地面塌陷監測區現狀

本工程主要監測受地下采動影響地面塌陷情況，此工程監測點布設位置位于雁南礦區第17勘探線至第20勘探線之間，煤層及圍巖屬白堊系下統大磨拐河組中部含煤巖段。監測的采面為雁南礦東翼28-2煤層二段，工作面走向長度為1614米，工作面傾向長度為180米，煤層平均傾角為8°，煤層平均厚度為6.62米，平均采后為4m～6m，煤層平均采深為187.0米。該工作面利用綜放回采工藝，開采水平在+550m～+350m。工作面對應地表高程在650m左右，地勢較為平坦，大部分為耕地。

2.2地面塌陷監測點布置

本次監測共布設監測點26個，在采面走向方向布設15個，傾向方向上布設9個，各監測點點間距為50m。其觀測線長度走向749.85m，傾向長400.40m。為了進行測量，布設控制點5個。

2.3監測點的測量

監測點的觀測工作于2012年9月20日開始，每10天進行一次觀測。2013年9月20日結束，觀測時間為一年，共觀測34次。

2012年9月20日到年末，通過監測，所有監測點未受采動影響，2013年1月25日的監測結果顯示監測點Z15下沉量為0.3米，這是工作面距離Z15測點70米，說明在本地區地質條件下采深200米左右時，采動影響超前范圍為70米左右。隨著工作面的推進，監測點均開始塌陷，這是進入下沉活躍期觀測，當工作面的回采推進一定距離后，地表下沉速度大于50mm/月。2013年4月30日測點Z15的下沉值為4.391米，與前后幾次的觀測值比較，可以得出Z15測點進入穩定期。工作面在2013年6月25日停采，通過各測點的觀測數據顯示到2013年8月末基本處于穩定期。

3.地面塌陷發育規律。

3.1大雁礦區地面塌陷類型

通過對大雁礦區礦山地面塌陷實地調查研究，歸納總結出了大雁礦區地面塌陷的主要類型為連續型沉陷即沉陷盆地，局部地區由于頂板的二次垮落形成較為平緩的塌陷坑。

3.2大雁礦區地面塌陷發育規律

連續型沉陷是指在采動的影響下，地表從原有標高向下沉降，在采空區上方地表形成一個比采空區面積大很多的沉陷區域，并最終形成地表移動盆地。連續型沉陷主要是由大規模深部開采形成的，地表變形在時間和空間上呈連續、漸變式發展，變形有明顯的規律性。地表移動盆地的形成，改變了地面原有的形態，引起了地表高低、坡度及水平位置的變化。連續型沉陷可以分為沉陷盆地及盆地邊緣地裂縫。

3.2.1沉陷盆地

在大雁沉陷盆地內，不同部位移動和變形的性質及大小各異。在采空區上方地表平坦，采動影響范圍內沒有大的地質構造的條件下，最終形成的地表移動盆地可劃分為兩個區域（見圖1）：

（1）移動盆地的中間區域，稱為中性區域。位于盆地的中央部位，此范圍內地表均勻下沉，地表下沉值達到該地質采礦條件下應有的最大值，一般不出現裂縫。

（2）移動盆地的邊緣區域，包括內邊緣區域和外邊緣區域。內邊緣區域稱為壓縮區域，位于采空區邊界附近到最大下沉點之間。在此范圍內，地表下沉值不等，地表移動向盆地的中心方向傾斜，產生壓縮變形，一般不出現裂縫。外邊緣區域，又稱為拉伸區域。位于采空區邊界到盆地邊界之間，此區域內地表下沉不均勻，地表移動向中心方向，產生拉伸變形，當拉伸變形超過一定數值后，地面產生拉伸裂縫。

3.2.2沉陷盆地邊緣地裂縫

即上述外邊緣區域，這一區域是沉陷盆地伴生地裂縫的主要分布區。

4.結論

地面塌陷監測結果為：本地區采深在200m以上時，地表呈現均勻緩慢下沉，一般不出現裂縫，但采深在100m左右時地表可見明顯的裂縫。在大雁地區地質條件下，采深200m左右時，采動影響超前范圍為70m左右。下沉速度約為55mm/天。采動后5個月基本穩定。

大雁礦區地面塌陷的主要類型為連續型沉陷即沉陷盆地，局部地區由于頂板的二次垮落形成較為平緩的塌陷坑。