連云港新浦磷礦采空區(qū)地面塌陷預(yù)測(cè)探究

1、    連云港新浦磷礦采空區(qū)地面塌陷預(yù)測(cè)探究    胡克榮趙健摘 要：本文通過(guò)對(duì)連云港新浦磷礦采空區(qū)地面塌陷的情況介紹，結(jié)合采空區(qū)頂板巖體巖性、巖層產(chǎn)狀、節(jié)理發(fā)育狀況、頂板完整度等情況，采用了臨界法對(duì)采空區(qū)頂板厚度進(jìn)行計(jì)算，確定了可能引發(fā)地面塌陷的采深范圍，其結(jié)論與實(shí)際情況基本相符，說(shuō)明該方法對(duì)研究新浦磷礦采空區(qū)地面塌陷是一種可行的預(yù)測(cè)方法。關(guān)鍵詞：采空區(qū)；地面塌陷；頂板穩(wěn)定性；采深doi：10.16640/ki.37-1222/t.2015.23.0651 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(lái)，分別在-50m、-80

2、m、-240m中段淤泥流砂潰入坑道并引發(fā)地面塌陷52次，最近的一次發(fā)生在2013年12月23號(hào)，形成了直徑為108m的天坑。新浦磷礦地面塌陷給當(dāng)?shù)亟煌ㄟ\(yùn)輸、城市發(fā)展、工農(nóng)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生了嚴(yán)重影響，目前對(duì)采空區(qū)塌陷的預(yù)測(cè)分析還處于經(jīng)驗(yàn)積累和摸索階段。因此，對(duì)新浦磷礦采空區(qū)地面塌陷成因的研究是十分有必要的。2 地質(zhì)背景礦區(qū)位于揚(yáng)子地臺(tái)北部邊緣，與華北地臺(tái)相接，大別-蘇魯超高壓變質(zhì)帶東段南側(cè)，郯廬斷裂帶東側(cè)，錦屏倒轉(zhuǎn)背斜東（正常）翼。礦區(qū)地層由東海群朐山組（pt1dhq）、海洲群錦屏組（pt2haj）和云臺(tái)組（pt2-3hay1-1）及上覆第四松（q）散碎屑沉積物所組成。礦區(qū)位于錦屏倒轉(zhuǎn)背斜的南東正常翼

3、的北段，為一單斜構(gòu)造，巖層走向10°18°，傾向100°108°，傾角34°46°。礦區(qū)內(nèi)所見(jiàn)變質(zhì)巖為片巖類、片麻巖類、大理巖類、磷灰?guī)r類及花崗質(zhì)混合片麻類。區(qū)內(nèi)有小的斷裂構(gòu)造存在，沿走向均不連續(xù)。礦區(qū)內(nèi)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(gè)含水層。第四系和風(fēng)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(lián)系不明顯。礦體賦儲(chǔ)存于錦屏組第一段含磷大理巖，白云二長(zhǎng)片麻巖，云母片巖中。共有三條具開(kāi)采價(jià)值礦體。以7號(hào)礦體為主，位于上部，其次為13號(hào)（系7號(hào)礦體分段）、11號(hào)、29號(hào)礦體

4、及11號(hào)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(gòu)造簡(jiǎn)單，無(wú)褶斷裂構(gòu)造。礦體向北東側(cè)伏，側(cè)伏角28°。3 采空區(qū)基本概況3.1 開(kāi)采概況新浦磷礦自1967年開(kāi)始基建，1976年試產(chǎn)，經(jīng)過(guò)30多年的采礦活動(dòng)，現(xiàn)共有十個(gè)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?，F(xiàn)-320m中段、-360m中段為生產(chǎn)中段，-400m中段為開(kāi)拓工程中段。3.2 采空區(qū)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

5、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(biāo)高處地面塌陷面積達(dá)24410m2。為防范采空區(qū)繼續(xù)塌陷，不再采用分段崩落法采礦，而使用房柱法，同時(shí)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(kāi)來(lái)，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(hào)，該采空區(qū)在-250m中段發(fā)生了地面塌陷，形成了直徑為108m的天坑。4 采空區(qū)地面塌陷預(yù)測(cè)分析新浦磷礦采空區(qū)頂板穩(wěn)定性主要與巖體巖性、巖層產(chǎn)狀、節(jié)理發(fā)育狀況、頂板完整度和礦層厚跨比等有關(guān)。根據(jù)礦區(qū)實(shí)際開(kāi)采情況，本次計(jì)算將巖石的內(nèi)摩擦角取47°

6、，巷道寬度b 對(duì)-50m中段的巷道取2.0m，采礦區(qū)取礦房保安礦柱之間的距離12m，考慮到采礦時(shí)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(fēng)化層按最大厚度80m，重度取20 kn/m3，建筑物考慮到未來(lái)承建20層左右的樓房300kpa，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。自地表起算，增加第四系及風(fēng)化層的厚度80m，結(jié)合上表數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)認(rèn)為，-50m中段的2m巷道穩(wěn)定性差，采深在地面以下194.1m以淺地區(qū)為不穩(wěn)定區(qū)，采深在地面以下194.1-251.2m范圍穩(wěn)定性差，采深在地面以下251.2m以深地區(qū)為較穩(wěn)定區(qū)。5 結(jié)論本次估算的臨界深度251.2m與新浦磷礦塌陷坑實(shí)際情況相符，但礦區(qū)在開(kāi)采過(guò)程中受地質(zhì)環(huán)境條件的變化以及人為不確定因素的綜合影響，其對(duì)采空區(qū)地面塌陷的預(yù)測(cè)自然是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，本文的分析方法只是把力學(xué)與礦山工程中的相關(guān)理論應(yīng)用于采空區(qū)地面塌陷的預(yù)測(cè)評(píng)