第23卷 第3期 地质灾害与环境保护 Vol.23, No.3
2 0 1 2年9月 Journal of Geological Hazards and Environment Preservation September 2012
文章编号: 1006-4362(2012)03-0073-03
收稿日期: 2012-03-23 改回日期: 2012-06-11
煤矿采空区地表塌陷危害程度
分级标准研究及应用
张鑫1,武志德2,潘恺3
(1.黄河勘测规划设计有限公司,郑州 450003;2.中国石油探勘开发研究院廊坊分院,廊坊 065007;
3.北京中色资源环境工程有限公司,北京 100012)
摘要: 为评价较大区域塌陷发育特征和危害程度,在调查15个煤矿采空区的基础上,按城区、乡镇、
村庄和农田荒地四个不同区域,建立塌陷危害程度分级标准。并以此标准对郑煤米村煤矿进行危害程
度分区,绘制大比例尺塌陷危害分区图。同时针对不同的分区及其塌陷危害程度,提出相应的塌陷治理
措施。
关键词: 采空塌陷;分级标准;米村煤矿;治理措施
中图分类号: TD167;P642.26 文献标识码: A
1 引言
我国是世界主要产煤大国,长期大规模煤矿开
发活动为国家经济建设做出了大贡献,但煤矿开采
开发引起的矿区地质环境问题,在一些地区已经成
为制约经济和社会发展的重要因素,严重影响了人
民生命财产安全和正常生活秩序。煤矿环境地质问
题形成与开采方式、环境地质背景以及煤矿企业的
规模、管理体制等密切相关。我国地域辽阔,地质条
件复杂,开采条件各异,且煤矿企业规模和管理体制
也存在很大差别,因此,煤矿开采活动引发的矿山环
境地质问题类型多、分布广,主要可以归纳为资源损
毁、地质灾害、环境污染三大类,包括:①矿产资源开
发压、占、毁损土地资源严重;②采矿活动引发的地
面(沉)塌陷、地裂缝、边坡失稳等地质灾害问题突
出;③矿产资源开发过程中的“三废”排放污染环境
造成公害,采矿活动造成了地下水均衡系统破坏,加
剧了矿区水土流失和土地沙化。这些灾害中又以采
空区塌陷地质灾害对矿区环境影响最大,严重威胁
着矿区的经济发展和人民群众的生命财产安全,因
此防治采空区塌陷地质灾害已经成为当前防灾减灾
中的突出问题,将采空区塌陷地质灾害进行科学区
划对防灾减灾的综合治理具有重要意义[1,2]。
2 分级标准的建立
到目前为止,以往的针对采空塌陷区危害程度
的分级,都是针对具体的工程建设项目或特定的区
域而开展并对其的危险性进行评估,且标准都是根
据具体工程临时而定,因此出现的标准十分繁多,且
不利于区域性的对比。尚未有针对大比例尺煤矿采
空塌陷区严重程度的分类标准,来评价采空塌陷区
的发育特征及危害程度。如何在原有工作基础上提
出较大区域性(如省域范围)、大比例尺的采空塌陷
危害程度分级,统一相关分级标准,为地方政府提供
更加翔实的、统一的采空塌陷范围及危害程度图件,
以便为制定相应的治理措施提供依据已成为当前的
一个难题。
为研究经济合理的煤矿采空塌陷区综合治理方
法,给矿山地质环境治理工作规划提供依据。首先
在研究采空区地表塌陷地质灾害特点的基础上,通
过对河南米村煤矿、平顶山平煤一矿等15个煤矿采
空塌陷区的调查,在总结所有采空塌陷区上各类建
筑物以及原有景观变化的基础上,并结合《建筑物、
水体、铁路及其主要井巷留设与压煤开采规范》中的
砖混结构建筑物损坏等级及《县(市)地质灾害调查
与区划基本要求》,同时根据煤矿采空塌陷区所在位
置不同、建筑物的特点及其经济发展趋势,将调查区
域分为4类:①城区;②乡镇;③村庄;④农田及荒
地。提出了大比例尺(1∶5 000)采空塌陷区严重程
度的分级标准(表1),最后根据分级后的区划对具
体的工程通过 MAPGIS软件实现可视化,并提出相
应的治理措施[3~5]。
表1 采空塌陷区严重程度划分标准表
Table 1 Standards of gob subsidence damage degree
位置
主要划
分依据
塌陷严重区
(Ⅳ级)
塌陷次严重区
(Ⅲ级)
塌陷轻微区
(Ⅱ级)
无塌陷区
(Ⅰ级)
城区
城区房屋多为
框架结构和砖
混结构,抵抗变
形 能 力 较 大。
根据建筑物破
坏程度及地面
塌陷情况
多数房屋出现严重交叉裂缝并贯
穿墙体,宽度大于30mm;门窗严
重变形打不开关不上,窗玻璃自动
破碎;墙体外鼓歪斜严重;地板砖
自动破碎、翘起、错位;钢筋混凝土
梁、柱裂缝沿截面贯通;梁端抽出
明显大于60mm;路面严重塌陷变
形中断交通;原来雨天不积水的区
域现在雨天积水严重;由于塌陷影
响,整座城市搬迁的老城区
部分房屋出现裂缝并贯穿墙体,
宽度20~30mm;门窗变形难以
开关,窗玻璃自动产生裂纹;墙
体外鼓歪斜明显;钢筋混凝土
梁、柱裂缝沿截面部分贯通;梁
端抽出30~60mm;路面塌陷
变形明显对交通造成影响;原来
雨天不积水的区域现在雨天有
积水现象
个别房屋出现裂缝,没贯
穿墙 体,宽 度 小 于 20
mm;门窗变形不明显;墙
体外鼓歪斜不明显;钢筋
混凝土梁、柱有少量裂
缝;梁 端 抽 出 小 于 30
mm;路面无明显塌陷变
形
调查过程中没
有发现任何建
筑物破坏及明
显地面塌陷现
象
乡镇
乡镇房屋多为
砖木结构和砖
混结构,抵抗变
形 能 力 较 小。
根据建筑物破
坏程度及地面
塌陷情况
多数房屋出现严重交叉裂缝并贯
穿墙体,宽度大于30mm;门窗严
重变形打不开关不上,窗玻璃自动
破碎;墙体外鼓歪斜严重;地板砖
自动破碎、翘起、错位;原来雨天不
积水的区域现在雨天积水严重;由
于塌陷影响,整座乡镇搬迁的老
区;乡镇周边农田出现较多宽度大
于10cm、延伸大于50m的地裂缝
及直径大于10m的塌陷坑
部分房屋出现交叉裂缝并贯穿
墙体,宽度20~30mm;门窗变
形难以开关,窗玻璃自动产生裂
纹;墙体外鼓歪斜明显;原来雨
天不积水的区域现在雨天有积
水现象;乡镇周边农田出现宽度
5~10cm、延伸小于50m的地
裂缝及直径5~10m的塌陷坑
个别房屋出现裂缝,没贯
穿墙 体,宽 度 小 于 20
mm;门窗变形不明显;墙
体外鼓歪斜不明显;乡镇
周边农田出现少量地裂
缝及直径小于5m 的塌
陷坑
调查过程中没
有发现任何建
筑物破坏及明
显地面塌陷现
象
村庄
村庄房屋多为
砖木结构和土
筑平房,抵抗变
形能 力 小。根
据房屋破坏程
度及地面塌陷
情况
村庄多数房屋出现严重交叉裂缝
并贯穿墙体,宽度大于30mm;墙
角开裂宽度大于20mm;门窗严重
变形打不开关不上,窗玻璃自动破
碎;墙体外鼓歪斜严重;土筑平房
严重毁坏不能居住;梁下支撑处两
侧墙壁开裂变形严重;村庄整体搬
迁后的老庄;村庄周围农田出现较
多裂缝、塌陷坑;原来雨天不积水
的区域现在雨天积水严重
村庄部分房屋出现交叉裂缝并
贯穿墙体,宽度20~30mm;墙
角开裂宽度10~20mm;门窗变
形难以开关,窗玻璃自动产生裂
纹;墙体外鼓歪斜明显;土筑平
房毁坏较严重经维修才能居住;
梁下支撑处两侧墙壁有开裂变
形现象;村庄周围农田有较多裂
缝、塌陷坑出现;原来雨天不积
水的区域现在雨天积水
个别房屋出现裂缝,没贯
穿墙 体,宽 度 小 于 20
mm;门窗变形不明显;墙
体外鼓歪斜不明显;村庄
周边农田出现少量地裂
缝及塌陷坑
调查过程中没
有发现任何建
筑物破坏及明
显地面塌陷现
象
农
田
及
荒
地
该区没有房屋
的破坏情况,只
能根据地表的
塌陷特征划分
地裂缝纵横交错,宽度大于10cm,
延伸大于200m;塌陷坑成群分
布,直径大于10m的超过50%;整
体塌陷量大于1m地面沦为池塘;
隐伏裂缝较多造成耕地无法浇灌
有明显地裂缝宽度小于10cm,
延伸短;塌陷坑较多,直径大于
10m的少于50%;局部地方塌
陷大于1m沦为池塘
地裂缝少,宽度小,延伸
短;个别地方有塌陷坑且
直径小;整体塌陷量小
没有明显塌陷
特征,整 体 塌
陷没有监测资
料,肉 眼 难 以
发现
3 煤矿采空塌陷区标准应用
3.1 煤矿的基本概况
米村煤矿位于新密煤田西北部,在新密县城西
10km的米村乡及牛店镇境内,距郑州市50km。
米村井田略呈西北窄、东南宽的梯形,其四界为自然
边界:西南面以前高村断层与王庄煤矿分界,东南方
以张湾断层为界,西北和东北方向为煤层露头为界。
其范围东西长约9km,南北宽1.7~3.2km。矿区
的地形属一古老的冲积、洪积裙,东、西、北三面环
47 地质灾害与环境保护 2012年
山,呈箕形盆地,相对高差100m左右。米村煤矿
共5个煤组,含16层煤,主要开采两层煤,煤层的平
均厚度为4.23m,开采深度在220m左右,顶板管
理为全部垮落式,工作面采用分层长壁采煤法,此种
开采方式必然带来大面积的地表采空塌陷。
3.2 采空塌陷的分布规律
米村煤矿采区内分布着乡镇、村庄、农田,调查
面积共20.17km2,在调查过程中建立了5条调查
路线,120个调查点,结合调查结果,通过相应的标
准进行分级,并绘制了1∶5 000的塌陷严重程度分
区图,其中严重塌陷区面积为1.21km2,次严重塌
陷区面积为8.95km2,轻微塌陷区面积6.19km2,
无塌陷区面积3.82km2。总体特征为:矿区中西部
塌陷较严重,南部及北部的铁路沿线基本没有塌陷。
塌陷严重区零星地分布在三个地方,由南向北依次
为无塌陷区、轻微塌陷区、塌陷次严重区、轻微塌陷
区、无塌陷区,塌陷严重区在次严重区的南部及北部
都有分布。
塌陷严重区:分布在不同的三个地方,在南部的
司家庄、潭村小学一带,呈近椭圆形;在最南部的刘
沟、南吴村一带,呈半圆形;在北东部的于湾一带,呈
椭圆形。该区内房屋破坏严重,多数房屋墙体裂缝
宽度达12~30cm,延伸1.2~3.0m,门窗严重变形
难以开关,大部分已废弃无人居住,部分村民已搬
迁;大的塌陷坑积水形成池塘,部分房屋及树木浸泡
在其中;道路塌陷严重,现已用矸石填筑加固;耕地
大都废弃不能耕种。
塌陷次严重区:分布范围东到夏庄河,西到黄龙
泉,南至刘沟,北到高村东沟、孟庄一带,呈平倒的
“S”形。塌陷深度一般0.4~0.8m,平均深度0.5
m左右,局部塌陷深度大的地方已形成小的塌陷盆
地,对房屋破坏较大,通过加固后部分房屋还可居
住;少数耕地由于塌陷在雨天时积水严重,庄稼有些
年份减产甚至绝收,现在村民已放弃耕种;道路受塌
陷影响也不同程度受到破坏,多以矸石及其他碎石
料填筑加固。
塌陷轻微区:分布范围以次严重塌陷区南北界
限向南、向北延伸,南至刘店乡、西大路口、娘娘庙及
会沟一带,北到高村东沟、孟庄及新花湾一带,都呈
弯曲的条状,在矿区东部也分布一轻微塌陷区。该
区道路、房屋基本没有破坏现象,耕地受塌陷影响
小,基本没有毁坏。
无塌陷区:该区主要分布在南部及北部,以南部
塌陷轻微区南的界限为界向南到调查区边界,以北
部的塌陷轻微区向北到调查区界限,两个部分都呈
不规则形状;该区内房屋、道路及耕地不受采空区影
响。
3.3 采空塌陷的治理措施
结合米村煤矿采空区塌陷特点,针对不同的塌
陷类型、塌陷程度,采取不同的治理措施。
(1)塌陷严重区:对地表塌陷区采用矸石回填
复垦;对于塌陷形成的低潜水位池塘可进行挖低垫
高复田;对于高潜水位区,可采用“挖深垫浅、疏导水
系”等综合治理方法,使其变为鱼塘进行淡水养殖;
对已有民房进行搬迁;对道路采用矸石及其他碎石
料填筑加固;对重要建筑物进行注浆地基加固或建
筑物结构加固措施。
(2)塌陷次严重区:对于民房可通过地基加固
或结构加固;对于少数耕地由于塌陷在雨天时积水
严重的区域,可采用挖低垫高的方法,恢复农田;对
于受塌陷影响的道路可采用矸石回填修筑。
(3)塌陷轻微区:应加强地表变形的观测工作,
及时发现问题,及时解决。
4 结论
煤矿采空塌陷是制约矿区经济发展、威胁矿区
人民群众生活生产及生命安全的首要问题,对采空
区塌陷程度进行区划是地质灾害防治的基础。本文
在通过15个煤矿采空区详细调查及收集了大量资
料的基础上,结合国内已有的相关资料,探讨并提出
了采空塌陷程度的分级标准,并在郑煤集团米村煤
矿进行了应用,同时提出了下一步的治理措施,为国
内其他矿区的采空塌陷程度的划分及治理提供了有
益的借鉴。但分级标准只是反映在调查时间段内的
塌陷程度,未能预测并反映后续采空塌陷程度,在这
个方面需要结合各方面资料作更深一步的综合研
究。
参考文献
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AN EXPERIMENTAL STUDY ON THE INFLUENCE FACTORS OF
SOILS THERMAL CONDUCTIVITY
Liu Zi-zhao
(Henan Geological Engineering Survey Institute,Zhengzhou 450001,China)
Abstract: There is no uniform national or industrial standard for the determination of the thermal conductivity of natural soil.
The national soil test method of GB/T50123-1999was used to conduct an experiment on the soil samples collected in Zhumadian
City,with a purpose to analyze the influence of moisture content,diameter and thickness on soil's thermal conductivity.The re-
sults show that,thermal conductivity grows rapidly with a diameter less than 100mm and stays steady with a diameter greater
than 100mm,while it grows as thickness or moisture content increases.
Key words: natural soil;thermal conductivity;influence factors
作者简介: 刘子诏(1966- ),男,河南方城人,工程师,从事水文地质、工程地质实验工作
櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅
。
(上接第75页)
GRADING COALMINE GOB AREAS
IN TERMS OF DAMAGE DEGREE OF GROUND SUBSIDENCE
Zhang Xin1,Wu Zhi-de2,Pan Kai 3
(1.Yellow River Engineering Consulting Co.,Ltd.,Zhengzhou 450003,China;
2.Langfang Branch of China Petroleum Exploration &Development Institute,Langfang 065007,China;
3.Sinorex Beijing Resources &Environment Engineering Co.,Ltd.,Beijing 100012,China)
Abstract: Based on the survey of 15coal mining areas,grading standards of damage degree are set up respectively for the city,
towns,villages and farmland wasteland,to assess development characteristics and damage degree in a rather big region.These
standards are used to divide the Micun coalmine into sub-zones and draw a large-scale zoning map for it.And control measures
are proposed for the different sub-zones according to their harm level.
Key words: mining subsidence;grading standards;Micun Coalmine;control measures
作者简介: 张鑫(1978- ),男,2007年7月毕业于西安科技大学地质工程专业,硕士学位,工程师,主要从事地质灾害危险性评估、勘察、治
理及岩土工程勘察工作。
97第23卷 第3期 刘子诏:天然粘性土导热系数影响因素的试验研究