京西某村小窑采空区的稳定性分析.pdf

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1、资源调查与环境第3l卷第4期RESOURCESSURVEY&ENVIR()NMENTVoI．31No．4文章编号：167卜4814(2010)04—298—05京西某村小窑采空区的稳定性分析赵忠海(北京市地质研究所，北京100120)摘要：京西是北京地区的主要产煤区，地下有许多煤层采空区，是影响地表建筑物稳定的重大安全隐患。本文运用概率积分法，对京西某村小窑采空区的地表沉陷量及剩余变形量进了计算，并对小窑采空区的稳定性进行了分析和评价。关键词：煤层采空区；地表沉陷；剩余变形；稳定性；分析中图分类号：X14文献标识码：A京西是北京地区的主要产煤区，其采煤历史悠

2、久，煤窑众多，大量的煤层被部分或全部开采，在地下不同层位留下了大量的采空区，这些采空区的变形破坏会引起地表沉陷，对地表建筑物等构成重大安全隐患，特别是一些小窑采空区，因其距地表较浅而危害更大。本文在对京西某村小窑采空区开展地球物理勘查的基础上，采用概率积分法，对小窑采空区的地表沉陷量及剩余变形量进了计算，并在此基础上，对小窑采空区的稳定性进行了分析和评价。1采空区区域地质概况该村位于北京西部山区，属低山地貌，地势南高北低，最高海拔320m，最低海拔245m，平均海拔270m左右。在大地构造上，该村位于北京西山坳陷区，地处九龙山向斜的北翼，区内出露的地层有石炭

3、系太原组和山西组、二叠系的石盒子组以及侏罗系的南大岭组、窑坡组和龙门组，此外在沟谷和山坡地带分布有厚度不等的第四系松散堆积物。区内地质构造不发育，仅有九龙山向斜和规模不大的正断层。在《北京地区地震烈度区划图》上，本区属于Ⅶ度区，但区内未发生过强震，只是小震较多。本区的岩土体类型主要有火山岩岩组和含煤碎屑岩岩组，其中火山岩岩组地层为侏罗系南大岭组，主要岩性为玄武岩，夹火山角砾岩、凝灰岩和砂岩，岩石比较坚硬，风化较弱；而含煤碎屑岩岩组地层为侏罗系窑坡组，主要岩性为含砾粗砂岩、粉砂岩和泥岩，夹煤层，岩石硬度低，风化强，浸水后抗压强度降低，加之煤层采空区都分布在这个

4、岩组里，故塌陷和地裂缝等灾害在这个岩组里比较发育。本区的含水岩组主要有孔隙含水岩组、构造裂隙含水岩组及风化裂隙含水岩组，地下水}收稿日期：2010-01—14第一作者简介：赵忠海(1970~)男，高级工程师，硕士，从事矿产资源勘查、工程地质勘察、地质灾害评估、勘查与设计工作。第31卷第4期赵忠海等：京西某村小窑采空区的稳定性分析299主要由大气降水入渗补给，有良好的径流条件。地下水主要由井、泉和采煤巷道排泄。本区在解放前就有采煤活动，据《九龙山北翼(侏罗纪)城子门矿井田扩大最终地质报告》(京西矿务局，1965)ii2载，九龙山北翼采煤老窑星罗棋布，当时主要是

5、以浅部开采为主，开采深度一般在100m以内。1975年10月，马各庄煤矿在附近建井，第二年1O月开始投产，至2006年5月闭矿停产时，共累计产煤200余万吨。由于马各庄煤矿是采用爆破方式开采，导致了附近老窑的坍塌破坏，加剧了地表形变，造成了地面塌陷、地裂缝以及房屋等建筑物的破坏。2采空区地表形变特征本区内由采空引起的地表形变主要表现为地裂缝和地面塌陷。其中，地裂缝总体呈近东西走向，与煤层走向基本一致；裂缝宽度多在5～5Ocm之间，最宽可达150cm；裂缝长度多在2～2Om之间，最长可达100m。地面塌陷均发育于第四系松散土层中，平面为近圆形，剖面呈漏斗状，直

6、径为2．5～3m，深约1．5m左右。采空引起的地表形变还导致了房屋等地表建筑物的破坏，区内的多数房屋均出现了斜向或“X”型裂缝，裂缝宽度多在0．1～2cm之间，最宽可达5cm；裂缝长度多在0．5～3m之间，最长可达5m。3采空区地表沉陷计算国内外采矿经验认为，当采深与采厚比小于3O的情况下，煤层采出一定面积后，会引起其上覆岩层移动并波及到地表。其地表沉陷和变形在空间和时间上都有明显的不连续特征，地表变形剧烈，从而在采空区上的地表引起裂缝、塌坑或建筑物破坏，故可通过计算地表沉陷量和剩余变形量等，对采空区的稳定性进行分析和评价[1]。关于煤矿开采沉陷的预计理论及

7、方法较多，主要有基于实测资料的经验公式法、Budryk—Knothe理论法、概率积分法、灰色预测法、稳健统计法、采空区矢量法以及模糊数学方法等。其中，概率积分法目前在国内被广泛采用，它是以随机介质理论为基础，将上覆岩层视为非连续介质，从统计规律出发，建立地表及上覆岩层的位移函数，具有计算模型简单，参数选取方便等优点。本文根据采矿沉陷学理论，考虑采空区的工程地质条件，采用如下公式计算采空区地表沉陷各变形指标：最大下沉量()：W=mr]cosa最大倾斜量(丁)：T一W／r最大曲率值(K)：K≈±1．52W⋯／,-最大水平移动值()：U=bWm~最大水平变形值(e

8、)：￡≈±1．52bW／r剩余下沉量(剩)：W一●_