采空區(qū)地面塌陷危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)

王聯(lián)軍

（新疆有色地質(zhì)勘查局地球物理探礦隊(duì) 烏魯木齊 830011）

新疆礦產(chǎn)資源極為豐富，近十幾年的礦業(yè)開發(fā)帶動(dòng)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，但是經(jīng)營(yíng)者追求經(jīng)濟(jì)效益，環(huán)境保護(hù)意識(shí)淡薄，大量的礦山無(wú)序過(guò)度開采，礦山局部地區(qū)誘發(fā)崩塌、滑坡、泥石流、采空區(qū)地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害，尤其是地面塌陷災(zāi)害。隨著新疆資源大開發(fā)的加速，地面塌陷災(zāi)害的預(yù)防與治理已迫在眉睫。本文以哈密紅石礦業(yè)有限公司銅鋅礦實(shí)地考察和礦區(qū)開采數(shù)據(jù)為依托，對(duì)礦山開采可能引發(fā)的地面塌陷的范圍進(jìn)行預(yù)測(cè)，為礦山的開采和治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 礦山概況

新疆哈密紅石礦業(yè)有限公司2000t/d銅鋅礦工程建設(shè)項(xiàng)目位于新疆哈密市西南部五堡鄉(xiāng)，建設(shè)項(xiàng)目中心地理坐標(biāo)為：東經(jīng) 91°55′53″，北緯 42°37′56″。西側(cè)緊鄰?fù)卖敺貐^(qū)鄯善縣，北距312國(guó)道約100km。

評(píng)估區(qū)屬低山丘陵區(qū)，地勢(shì)平坦。最低侵蝕基準(zhǔn)面573m標(biāo)高，最高山丘605.55m標(biāo)高，最大相對(duì)高差32.55m。低山丘陵為準(zhǔn)平原狀的丘陵地貌。寬谷中為平緩戈壁地貌，相間的低山丘陵為準(zhǔn)平原狀的丘陵地貌。評(píng)估區(qū)地形地貌較條件簡(jiǎn)單。

評(píng)估區(qū)場(chǎng)地揭露地層為全風(fēng)化～中等風(fēng)化凝灰?guī)r，局部有英安玢巖。礦區(qū)部分近地表0－5.0m深度內(nèi)普遍分布有第四系殘坡積物，局部地段可達(dá)10m左右，第四系殘坡積物結(jié)構(gòu)松軟，為碎土狀。

根據(jù)地下水賦存條件、水理性質(zhì)、水力性質(zhì)將評(píng)估區(qū)地下水劃分為基巖裂隙水，評(píng)估區(qū)無(wú)地表水分布。評(píng)估區(qū)地下水類型為碎屑巖類孔隙裂隙水，由中生界和第三系含水層組成。中新生界出露地段海拔不高，由于區(qū)內(nèi)降雨稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，地下水補(bǔ)給條件差，而巖層中又富含石膏、可溶鹽類，因此富水性較差，單井涌水量一般小于10 m3/d。水化學(xué)類型為Cl·SO4-Na·Ca型水。

該區(qū)域地下水主要接受大氣降水的垂直補(bǔ)給及區(qū)域地下水徑流補(bǔ)給，通過(guò)地面蒸發(fā)等排泄。地表水和地下水對(duì)工程建設(shè)的影響極小，評(píng)估區(qū)水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。

2 地面塌陷的預(yù)測(cè)

地面塌陷是指地表巖土體及賦存其中的水、氣所組成的綜合體系，在自然或人為因素作用下，產(chǎn)生各種破壞其穩(wěn)定平衡狀態(tài)的力學(xué)效應(yīng)，導(dǎo)致巖土體覆蓋層向下陷落，并在地面形成塌陷坑（洞）的一種地質(zhì)現(xiàn)象。

評(píng)估區(qū)為非巖溶區(qū)，紅海礦區(qū)、紅山礦區(qū)、紅石礦區(qū)均采用地下開采，礦體及其圍巖巖石性質(zhì)致密、堅(jiān)硬、完整，巖石質(zhì)量好-極好，穩(wěn)固性好。紅石礦區(qū)現(xiàn)有3個(gè)地下采場(chǎng)，分別是40114采場(chǎng)：采空區(qū)面積71.33㎡，頂板埋深472.5m，采空區(qū)深度33.5m；40117采場(chǎng)：采空區(qū)面積50㎡，頂板埋深465m，采空區(qū)深度26m和1203采場(chǎng)：采空區(qū)面積124㎡，頂板埋深393m，采空區(qū)深度21m。

紅石礦區(qū)采空區(qū)導(dǎo)水裂隙帶（冒落帶）最大高度計(jì)算。

依據(jù)礦山水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范（DB12719-91）中關(guān)于冒落帶導(dǎo)水裂隙帶最大高度的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。

40114采場(chǎng)、40117采場(chǎng)和1203采場(chǎng)巖體的傾角大約為61°-85°，頂板巖石抗壓強(qiáng)度為38.00-39.40 MPa，計(jì)算導(dǎo)水裂隙帶最大高度，選取公式Hc=0.5M計(jì)算冒落帶最大高度，經(jīng)計(jì)算，40114采場(chǎng)冒落帶最大高度為2m，導(dǎo)水裂隙帶最大高度31.7m；40117采場(chǎng)冒落帶最大高度2.02m，導(dǎo)水裂隙帶最大高度28m；1203采場(chǎng)冒落帶最大高度1.6m，導(dǎo)水裂隙帶最大高度23m。

礦山開采形成的采空區(qū)頂板埋深最小埋深33m，大于導(dǎo)水裂隙帶最大高度，不易引發(fā)地面塌陷，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查也未發(fā)現(xiàn)地面塌陷跡象，危害程度小，危險(xiǎn)性小。

表1 冒落帶導(dǎo)水裂隙帶最大高度經(jīng)驗(yàn)公式表

表2 冒落帶、導(dǎo)水裂隙帶最大高度計(jì)算一覽表

3 總結(jié)

本文根據(jù)礦山的數(shù)據(jù)資料，運(yùn)用數(shù)學(xué)方法計(jì)算出的采空區(qū)地面塌陷的位置和面積與根據(jù)實(shí)際情況和經(jīng)驗(yàn)評(píng)估得出的地面塌陷為位置和面積基本一致，對(duì)地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估工作應(yīng)該說(shuō)可以滿足其精度要求。

礦層地下開采形成的采空區(qū)以及開采過(guò)程中頂板穩(wěn)定性受自然和不確定人為因素的綜合作用，其評(píng)價(jià)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，并且其隨著地質(zhì)環(huán)境條件變化。即使預(yù)測(cè)采礦活動(dòng)不會(huì)引起地面塌陷，但隨著時(shí)間和條件的改變，也可能對(duì)建設(shè)工程造成破壞。所以，預(yù)測(cè)評(píng)估并不代表現(xiàn)狀評(píng)估，有一定的局限性。