樂山市五通橋區煤礦采空區調查及評價

刁建鐘

(四川省煤田地質局一三五隊， 四川 瀘州市 646000)

為推動“十三五”規劃項目，響應樂山市重大項目3年攻堅實施方案，擬在樂山市五通橋區建設新型工業基地，該區域煤炭資源較為豐富且開采歷史久遠，規劃的基地范圍內有5個影響較大的礦山。規劃用地范圍內采煤引起的地面變形、沉降等地質災害，將直接影響規劃區整體布局及建設方案的可行性，故需對五通橋區新型工業基地規劃用地區域進行采空區地質災害調查，并對采空區的場地穩定性和工程建設適宜性進行評價，確保工業基地的安全。

1 采空區的現狀調查

1.1 位置及地質環境

采空區位于樂山市五通橋區東南部，屬于三級盆地中切丘陵區。區域地勢北高南低，北東高南西低。

采空區的大地構造位置處于上揚子臺拗(Ⅱ級)，峨眉山斷拱(Ⅲ級)，峨邊穹斷穹(Ⅳ級)與四川臺拗(Ⅱ級)，四川臺坳(Ⅲ級)，威遠～龍女寺臺穹(Ⅳ級)的接合部位的老龍壩北斜的南東冀。構造以近南北向與北東東向穹窿構造為主，斷裂不發育。

采空區內大面積出露侏羅系中下統自流井組(J1-2z)地層，在河流溝谷等低矮寬緩地帶出露有第四系全新統(Q4)地層，其地層由新至老分別為：第四系全新統松散地層、沙溪廟組、自流井組、三疊系須家河組基巖地層。其中三疊系上統須家河組為調查區的主要含煤地層，煤巖系總厚度為461.31～491.67 m。

1.2 煤層概況

采空區內煤炭資源豐富，可采煤層為K10、K7煤層，局部可采煤層為K9、K6煤層，從上至下分別為：

K10煤層最大厚度1.10 m，最小厚度0.29 m，頂、底板均為粘土巖和砂質粘土巖，上距侏羅系自流井組底部約100 m，下距K9煤層11～13 m。

K9煤層平均厚0.42 m，頂、底板均為粘土巖和砂質粘土巖，上距K10煤層11～13 m。

K7煤層最大厚度2.07 m，最小厚度0.77 m，頂板為含炭質粘土巖夾煤線，底板為薄層狀炭質粘土巖和粘土巖，上距K10煤層約200 m，下距K6煤層17～22 m。

K6煤層最大厚度0.49 m，頂板為砂質、炭質粘土巖，底板為薄層狀炭質粘土巖和粘土巖，上距K7煤層17～22 m。

1.3 煤礦開采現狀

區內煤礦開采歷史悠久，主要涉及到的礦井有兩類，一是關閉礦井(聯益煤礦、平橋煤礦)，二是生產(在建)礦井(廟兒山煤礦、龍壩煤礦(在建)、龍洞灣井)，其相對位置見圖1。

圖1 采空區礦井位置

(1) 聯益煤礦位于樂山市五通橋區金粟鎮廟兒山村境內，主采K10、K9煤層。煤礦于2002年關閉，關閉前，其礦山范圍內K10、K9煤層已基本采空。

(2) 平橋煤礦位于金粟鎮平橋村和印盒山村境內，主采K9、K10煤層，因資源枯竭，于2007年12月31日永久關閉。

(3) 廟兒山煤礦位于樂山市五通橋區金粟鎮廟兒山村境內，采礦許可有效期自2011年9月22日至2020年12月20日。該礦采用斜井開拓，目前正開采K10煤層，且已接近尾聲，K7煤層尚未開采。

(4) 龍壩煤礦位于樂山市五通橋區，為在建礦井，采礦許可有效期自2013年11月22日至2032年8月2日。該礦開采K6、K7、K10煤層，目前該礦井只進行主要巷道的開拓建設，除前期建設工作外，井下開采工作尚未進行。

(5) 龍洞灣煤礦位于樂山市五通橋區金粟鎮境內，采礦許可有效期限為1年(目前正在辦理采礦證)，核準開采K10煤層。

2 場地穩定性和工程建設適宜性評價

2.1 場地穩定性評價

場地穩定性評價以采空區終采時間為主要因素，結合地表移動變形特征因素綜合判別。

聯益及平橋煤礦為關閉煤礦，關閉時間分別為2002年和2007年，終采時間超過730天(2年)，按終采時間確定采空區穩定性等級為穩定。

鑒于調查區煤礦開采K10煤層，主要采用充填法管理頂板，矸石充填時以墻式(條帶式充填法)為主，少量采用垛柱式堆砌于采空區。據調查與訪問，采空區未發現井水、地表水漏失、地表明顯變形現象，說明地表變形是連續的，按變形特征確定采空區場地穩定性等級為穩定～基本穩定。

2.2 工程建設適宜性評價

工程建設適應性評價需綜合考慮采空區穩定性現狀、采空區特征，并結合擬建工程規模及重要性等級和變形要求，分析采空區對工程的影響程度。

由前述可知，調查區場地穩定性等級為穩定～基本穩定，而該規劃區擬建工程重要性等級及變形要求尚不能明確，故在調查區為穩定～基本穩定的狀態下，對重要擬建工程、變形要求高的建(構)筑物影響程度為大～中等；對一般擬建工程、變形要求一般的建(構)筑物影響程度為中等；對次要擬建工程、變形要求低的建(構)筑物影響程度為中等～小。

采空區采深為80～120 m，根據采空區特征定性分析采空區對工程的影響程度為中等。

綜上所述，工程建設對采空區穩定性影響強度的評價為：采空區對擬建工程影響為中等，進行一般及次要擬建工程建設，且在規劃、建筑、結構等措施中，能較好地控制采空區剩余變形對擬建工程的影響，則該區基本適宜建設。但對重要的、變形要求高的擬建工程適宜性較差。

2.3 未來礦區開采的影響

廟兒山、龍壩及龍洞灣煤礦均在采礦證有效期內，將對場區范圍內K7、K6等煤層進行開采。

K7煤層埋深約300 m，K6煤層上距K7煤層17～22 m，層間距與采深相比很小，故將二層煤視為一層，總采高為1.9 m(取K7、K6煤層的平均厚度之和)。按全垮落法管理頂板煤層上覆巖層類型為以砂、泥巖等軟硬相間巖石，地表移動與變形計算參數取值見表1。

表1 覆巖移動與變形參數取值

場區煤礦在完全開采K6、K7煤層的情況下，地表變形參數(斜率、曲率、水平變形等)見表2。

根據不同損壞程度下的斜率、曲率和水平變形限值，確定輕、中和重度損壞的采深，詳見表3。

根據表3可知：規范建設用地范圍內的煤礦在充分開采K6、K7煤層后，輕度損壞的平均采深為484 m，中度損壞的平均采深為290 m，嚴重損壞的平均采深為127 m。規劃用地范圍內K7煤層的平均埋深大于300 m，因此，調查區范圍內的煤礦(廟兒山煤礦、龍壩煤礦)在充分開采K6、K7煤層后，規劃用地范圍處于中等損壞地區。

按照曲率、傾斜、水平變形等3項指標的計算結果，并考慮地表變形值對建筑物的損壞等級，將可能對地表建筑物(磚混結構建筑物)造成的損壞等級為Ⅱ級(輕度損壞)。

由于調查區位于7度抗震設防區，故在該區域建設磚混結構建構筑物時應考慮抗震與抗采動雙重設防。

表2 規劃用地范圍內未來采空區變形參數

表3 不同損壞程度下的最低采深

3 結 論

(1) 采空區地質構造簡單，斷層及不良地質現象不發育。

(2) 以終采時間為主要因素,結合地表移動變形特征因素綜合判定，采空區屬穩定～基本穩定區，場區基本適合建筑。

(3) 采空區對擬建工程影響為中等，進行一般及次要擬建工程建設，且在規劃、建筑、結構等措施中，能較好地控制采空區剩余變形對擬建工程的影響，則該區基本適宜建設。但對高層建筑和變形敏感類建筑的適宜性較差。

(4) 未來場區內的煤礦完全開采K6、K7煤層后，規劃用地范圍處于中等損壞地區。

(5) 采空區建設磚混結構建構筑物時應考慮抗震與抗采動雙重設防。