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西部煤矿采空区工程地质特点分析

2019/08/28 阅读:

[摘要]徐州西部矿区煤矿开采历史有60a,开采形成了大面积的采空区。西部矿区采空区的埋藏深度较大,地表沉陷范围广,沉陷差异也较大。通过对西部矿区煤矿开采资料的收集后,总结和归纳了西部采空区的特点,有利于掌握采空区地表移动规律。目前局部区域由于终采时间短,地表残余变形较大,尚存在不稳定的采空区,这对于建设工程的选址规划及土地利用造成不利的影响。研究西部采空区的特点,对该区域岩土工程勘察及场地稳定性和适宜性评价具有重要的意义。

[关键词]采空区;稳定性;适宜性

引言

徐州市西部由于煤矿地下的开采形成了大面积的采空区,导致地表形成了大范围的沉陷区。地表的沉陷严重影响了土地的利用和开发。截止到2016年12月,西部矿区的所有煤矿全部停采闭坑,多年来形成的沉陷区面积约11067公顷,涉及的行政区有徐州市鼓楼区、泉山区和铜山区刘集镇、柳泉镇、柳新镇、大彭镇、汉王镇[1]。随着徐州市经济的快速发展和城市规模的不断扩大,大量的建设项目需要落地,使建设用地形成了很大的需求,而西部矿区采空区的工程地质条件存在着差异,导致地表的稳定性和建设工程的适宜性也有所不同,因此,归纳和总结徐州市西部矿区的采空区特点对建设工程的岩土工程勘察和评价工作有着重要的意义。西部矿区主要煤矿有:徐州矿务集团夹河矿、庞庄矿、张集矿、垞城矿、义安矿、新河矿、卧牛山矿、九里山矿等8个国有统配煤矿及柳泉矿、柳新矿、王庄矿、拾屯矿、大刘矿、陈楼矿、马庄矿7个国营地方煤矿。

1地质概况

徐州西部煤田地处华北地层大区南缘,属华北地层大区晋冀鲁豫地层区徐-淮地层分区,区域地层沉积缺失奥陶系上统、志留系、泥盆系及石炭系下统,除震旦系与寒武系、奥陶系与石炭系呈假整合接触关系,第四系与其它各时代的地层呈不整合接触关系外,其它各地层皆呈整合接触关系[2]。西部矿区主要含煤向斜构造有闸河向斜和九里山向斜。闸河复向斜轴向北东60°左右,长26km,宽5km,南东翼倾角45~85°,北西翼倾角约30°,向斜内的煤矿有马庄矿、陈楼矿、新河矿、卧牛山矿和九里山矿。九里山向斜轴向北东40°,核部宽缓,为一压扭性宽缓斜歪复式向斜,由二叠系组成,地层倾角南东翼陡北西翼缓,向斜内的煤矿有义安矿、夹河矿、大刘矿、庞庄矿、拾屯矿、王庄矿、垞城矿、柳新矿、柳泉矿和张集矿[3]。矿界分布如图1所示。西部矿区开采的主要煤层按形成时代可划分为中二叠统下石盒子组煤层(1煤、2煤和3煤),下二叠统山西组煤层(7煤和9煤)和石炭统太原组煤层(20煤和21煤),其中下石盒子组和山西组的煤层是主要的开采层位。

2开采概况

2.1开采历史

徐州西部煤矿开采始于1958年,止于2016年底,开采时间约59a。相对于东部贾汪矿区历史较短,开采的高峰期集中在1985—2005年,2010年后各煤矿因资源枯竭及国家政策的调整陆续关闭,各矿累计开采煤炭约35000万t。西部各煤矿基本情况如表1所示。

2.2采空区分布

徐州西部采空区的分布范围大致分为3个相对独立的区域,即南部闸河煤田马庄矿至九里山矿采空区,呈南西至北东向长条状分布,中部九里山煤田义安矿至柳泉矿采空区,以夹河矿至庞庄矿分布的范围最广,开采形成的沉陷盆地已相互连接。西部张集矿采空区范围相对较小。徐州西部煤矿采空区分面如图2所示。

2.3开采煤层及顶板特征

2.3.1下石盒子组煤层1煤直接顶板为砂质泥岩、局部地区直接顶板为灰黑色泥岩,性易碎、裂隙发育,易冒落。2煤为西部矿区的主采煤层,顶板为泥岩、粉砂岩、局部地区直接顶板为砂岩,顶板总体为软岩,易冒落。3煤顶板为砂岩或页岩,易冒落。

2.3.2山西组煤层7煤直接顶板为砂页岩,其大部分直接顶板与砂岩接触,中厚层状,致密坚硬,局部裂隙及节理发育,局部直接顶板为页岩,较为破碎,属中等冒落~难冒落顶板。9煤直接顶板多为砂岩,偶见泥岩伪顶,砂岩多为硅泥质胶结,具波状或微波状层理。其裂隙发育中等,顶板属中等冒落~难冒落顶板。

2.3.3太原组煤层20煤煤层结构简单,不含夹矸,顶板为石灰岩,21煤煤层结构单一,为不稳定的局部可采薄煤层;顶板为石灰岩;20煤与21煤之间间距约25m。西部矿区主要煤矿开采煤层情况如表2所示。

3采空区特点

从以上介绍可以看出,徐州西部矿区采空区特点与贾汪区煤矿采空区特点完全不同。西部矿区采空区特点归纳如下:①煤矿开采相对规范,采空区范围明晰,资料相对齐全。西部矿区主要为徐图2徐州西部煤矿采空区分布州矿务集团开采,其次为地方国营煤矿开采如华润天能集团、扬州矿务局等,未有地方小煤矿开采,开采相对规范;主要采煤方法为长壁采煤法;越界开采行为较少,开采资料相对齐全。②开采时间相对较晚。最早开采的煤矿为新河矿孤山井,开采时间为1958年,其余煤矿投产时间都在1960—1980年之间,开采最悠久的采空区距今约59a。③采空区埋藏深度相对较深,范围相对分散。西部矿区的采空区为中深层采空区和深层采空区,最深处约1300m,最浅处埋深约80m;绝大多数采空区埋深大于200m。④开采层数较多。西部矿区主要开采1煤、2煤、7煤和9煤,采空区的空间开采层数多为2~3层,局部有4~5层,采空区上下叠加增加了采空区的复杂性。⑤地表塌陷范围广,塌陷程度差异较大。由于开采深度相对较大,其塌陷范围也相对较广,一般在浅部和开采层数较多的区域,其塌陷程度也相对较大,形成大面积常年积水区,局部塌陷深度超过4m。⑥第四系厚度差异大。西部矿区第四系厚度总体由东南至西北渐厚,约25~130m,最厚处位于在张集矿区范围。第四系厚度差异对地表造成不同的变形特点。⑦分布较多的新采空区。截止到2016年底,所有煤矿全部停采关闭,近年来开采的矿山有,张集矿、柳泉矿、柳新矿、张小楼矿、拾屯矿、王庄矿、夹河矿、大刘矿,许多采空区仍然处于移动期内,地表残余变形量仍然很大。这种特点影响了地表土地的稳定性和建设工程的适宜性,是建设工程选址和规划需要重点考虑的岩土工程问题。

4结论

徐州西部采空区为国营煤矿开采,开采较规范,开采历史约60a,开采范围广,开采深度差异大,空间上多为2~3层采空区,大部分区域的采空区都处于残余变形期,局部区域由于终采时间较短,地表尚处于移动期,对工程建设影响较大。了解这些特点,有助于掌握地表移动的规律,并对西部矿区土地利用及岩土工程勘察工作具有重要的参考意义。

[参考文献]

[1]徐州国土资源局,江苏地质调查研究院.徐州城市地质调查报告[R].南京:江苏地质调查研究院,2017.

[2]徐州矿务集团有限公司.夹河煤矿关闭矿山(闭坑)报告[R].徐州:徐州矿务集团有限公司,2016.

[3]徐州矿务集团有限公司.张集煤矿关闭矿山(闭坑)报告[R].徐州:徐州矿务集团有限公司,2017.

作者:闫士民 汤志刚 单位:江苏省地质矿产局

西部煤矿采空区工程地质特点分析

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