浅析富达石膏矿1号副井地面塌陷和井下渗水原因

　　摘要：本文对受调石膏矿井井下塌陷和渗漏水地段原因经实地调查后，分析认为节理发育、矿柱“地基”不稳及采高（空）过大等为坍塌渗水的主要因素,提出了当前应优先考虑的安全管理、安全技术对策及有关处理意见。
　　关键字：节理，渗水点，预留矿柱
　　1前言
　　邳州市富达石膏矿1号副井，位于邳州市岔河镇楚墩村北，四户镇桃园村南，原为远大石膏矿风井，始建于1998年前，于2006年5月移交富达石膏矿改称为1号副井进行生产，于2009年8月18日下午5时许，在西大巷8号下山和9号下山之间北部地面发现塌陷（地面位置位于四户镇桃园村西南端道路上），发现井下渗水点三处。
　　2矿段地质概况
　　富达石膏矿1号副井矿段，矿层赋存在下第三系大汶口组一段红层中。矿层东西长635m，南北宽650m，矿层平均厚度16.73m、品位72.50%、产状平缓、走向295°、倾向北东、倾角7°～8°，矿层顶板埋深62～119m，底板埋深72～141m。
　　矿段水文地质条件简单。矿段内及其附近无河流和构造分布，主要含水层为第四系砂层，第四系厚40m左右，其中砂层一般3～4层，厚度0.6～3.8m，呈透镜状分布。矿层顶板以上分布有10～40m厚紫褐色和砖红色砂质泥岩，密实，裂隙不发育，为较好的隔水层。通过目前各矿山多年开采实践证明，矿层不含水，巷道呈干燥状态。
　　3矿段塌陷和渗水地段地质情况调查
　　3.1地面塌陷情况
　　地面塌陷点位于四户镇桃园村西南角东西小路的偏北路沟南侧，塌陷中心位于单体民房南西251°，最近距离约28m，位于较大型连排民房南西265°，最近距离约46m，详见下图1。
　　
　　地面塌陷位置示意图图1
　　塌陷坑近南北向，椭圆形，长3.5m，宽3m，最深约1m。塌陷坑北壁平缓，南壁向南东方向倾斜，坑壁方向240°，最大坡角75°，塌陷坑位于井下封堵巷道中部北西方向330°，距离约12m，塌陷坑南壁坡角方向与井下封堵巷道方向一致。
　　3.2井下渗水点情况
　　经调查井下渗水点有三处，分别位于主巷道北侧08、09和08～09之间下山巷道中，均距离主巷道很近，约3～5m，渗水情况主要为巷道顶板，井壁潮湿，并少有水珠下滴，滴速很慢。大都见水珠悬挂浮顶板，很少见下落现象。此外，在封堵巷道地段，因塌陷位置在封堵巷道内，未见渗水情况，同时封堵墙底部预留的出水孔无水流出，说明本地段已被塌陷岩土堵塞，水未与巷道底部沟通。
　　4矿山井下塌陷和渗水原因分析
　　根据井下实地调查结果分析，该矿井下塌陷和渗水有三个原因：
　　4.1该开采矿段矿层节理（裂隙）发育
　　该段矿层发育的节理（裂隙）有北东向和近矿层走向两组节理（裂隙），尤其近矿层走向一组节理（裂隙）甚为发育，其走向为270°～288°，倾向南，倾角83°～86°。节理（裂隙）宽度一般3～5mm，长度一般较大（3～5m以上），节理（裂隙）面均被石膏充填，较紧密，在放炮震动和开采后，才有可能发现，一般肉眼不易观察到。
　　4.2巷道底板矿层被破坏，巷道矿柱“地基”下沉
　　主巷道底板预留矿层仅3m左右，同时由于产状的变化不可能所有水平巷道底板都保持这个水平。而矿层底板以下普遍分布有0.40m左右厚的深灰绿色和灰褐色含膏泥岩，为全区抗压强度最小的软弱层。该软弱层暴露和遇水，极易风化和软化成泥。而塌陷和渗水地段下山巷道，由于底板坡度与矿层倾角未能保持一致，大部揭穿预留矿层底板。使下部深灰绿色含膏泥岩直接大面积暴露（尤其09下山为甚），这样就造成下山巷道预留矿柱直接坐落在该软弱层上。这些巷道均为早年开拓，致使软弱层底板长期暴露（近10年左右）风化和潮解，变的更加软弱，结果造成巷道预留矿柱“地基”下沉。从而使巷道顶板矿层和岩层裂隙重新张开，第四系水沿裂隙渗入，因而产生巷道渗水现象。同时由于巷道顶板渗水，使底板软弱层潮湿，这样又加剧了该底板泥岩软化和巷道预留矿柱的“地基”下沉。矿山08～09号下山之间封堵巷道，在07年封堵时，对该段巷道顶板未予支护和加固，经长期渗水软化，因而于09年8月18日发生地面塌陷现象。塌陷地段原斜巷顶板标高大约在-48m，距离地表垂直厚度（距离）约78～79m，并按照目前地表塌陷位置计算，平均塌陷坡角为73°左右，这样一个比较厚大地层，又为斜坡塌陷，因此不可能突然陷落，而应逐渐塌陷到顶，这样说明，井下巷道顶板应该早已开始塌陷了。
　　4.3采高和采空面积过大
　　根据目前下山巷道和采掘平巷交叉部位采高和采空面积过大，巷道顶板厚度变薄支撑力变小而变形，也是导致顶板节理（裂隙）重新张开渗水而引起地面塌陷的一个主要因素。
　　5防治方法的初步意见
　　根据目前矿山井下巷道渗水等地段分布情况看，要想进行防治，使其不再继续冒顶和塌陷或最大限度的减少塌陷分布范围，其防治措施和手段，无非是对危险地段采空区进行回填和支护两种办法，考虑到这样大量的回填料不易解决，因此只有采取支护的方法为宜。
　　（1）根据目前井下情况，这么多危险地段和这样大的面积需要同时支护，这在四户矿区自83年陆续建矿开采以来还是第一次，也是史无前例的。因此，建议矿山在进行支护工作之前，要请有资质、有经验的正规设计单位进行设计和论证。施工也要请有资质、有经验的单位施工。
　　（2）不论采取何种方法支护，如果在大面积采空区建立支柱桩时，特别是在大面积灰黑色泥岩软弱层裸露区立支护桩时（特别是09下山），一定要大大加大柱桩底盘面积，以提高支撑力。
　　（3）09下山巷道与平巷道交叉处，采空和底板在灰黑色泥岩软弱层暴露面积较大，并且目前已显现地压现象，底板也已发现断裂和变形，随时都有发生冒顶和塌陷的危险，是一个安全隐患最严重的地段。如此危险地段已不宜进人到里面长时间施工，笔者认为该段应该放弃支护和加固处理，否则将来若出现大的人身安全问题。可在09下山巷道口里边适当位置，建筑一道封堵墙，该墙顶部一定要与巷道顶矿层连接紧密，来加强支撑力。
　　（4）今后不论开采哪段矿层，一定要严格按照设计进行，各巷道要适当提高巷道底板矿层预留厚度，限制采高，严禁破底，以防造成新的不良地质现象的发生。[!--empirenews.page--]
　　结论：通过调查，富达矿1号副井西矿段主巷道北侧有三处渗水点段，一处塌陷段，其主要原因为该段矿层节理（裂隙）发育，下山巷道破底（底板预留矿层全部或大部揭穿，使底板灰黑色泥岩软弱层暴露），下山巷道与开拓巷道交叉处采空面积和采高过大，巷道预留矿柱下沉，致使原来充填较好较紧密的节理（裂隙）重新张口，将第四系水导入，产生巷道渗水现象。同时早期渗水点段巷道，光封堵处理，对该段巷道顶板未做支护和加固处理，由于多年渗水，致使顶板矿层和岩层软化、抗压强度减小，因而造成塌陷至地表的现象。该矿目前井下需要同时进行加固处理的点段面积较大，其危险程度也较大。
　　
　　参考文献：
　　[1]沈照理，水文地质学，北京：科学出版社，1985
　　[2]张又敏,付贵珍，顶板岩性对近距离石膏矿层上行开采采场稳定性的影响，化工矿山技术，1996年第26卷第3期

《浅析富达石膏矿1号副井地面塌陷和井下渗水原因》

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