地表塌陷影响评价

1、6 地表沉陷影响评价煤炭开采最显著的特征是地表塌陷及其对生态的影响。主要表现在 对地表形态、土地资源及农田、地面建筑、铁路公路、地下水、地表水 水土流失、滑坡及井田内的植被破坏等方面的影响。地表沉陷的预测计算按煤炭工业三下采煤规程中规定的概率积分模 式进行预测和评价。地表沉陷的预测方法及模式根据井田地质、煤层赋存条件、采煤方法等开采技术条件，以及建 筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程中所列预计方法，本次评价采用概率积分法进行地表变形预测。 概率积分法预测模式如下： （1）白羊岭煤矿井田煤层为缓倾斜煤层，对主剖面地表移动变形， 充分采动时按下面公式计算：下沉：倾斜：Wx)= 化cm

2、 j 下沉：倾斜：Wx)= 化cm j e_2dX(mm)况兰r(x ) 2i (x )= Wcm兀 e r(mm / m )曲率：K0= 2兀翌r2/x 兀er)0-3 / m7(:丿2 (:丿2 (mm )水平变形：s(x )= 2兀b W cm rx 一兀_ er八（：（mm/m)水平移动：u (x) = b - w - e cm下沉：W (x)二 Mcm f倾斜：i(x)= Z下沉：W (x)二 Mcm f倾斜：i(x)= Zr. xe k r 丿ekV 1r丿、石4 2(mm/ m )曲率：K(x)=2兀( _ 、 x 一卜订-2 X 一 L 一卜订J2 e k r 丿e k r 丿

3、rr丿厂、(厂工(厂-x1 e一 ； r 丿 一 e一 ； r 丿Wcmr203 / m )水平移动 :U (x) = b - Wcm(mm)丿( 2)非充分采动时按下面公式计算：e一九2d九(mm) fe一九2d九(mm)(mm/ (mm/ m )水平变形：K(x) = 2k Wcmr2W ( )最大曲率值：Kcm二152严10-3/2最大水平移动值：Ucm=bwcm(mm) cm cm最大水平变形值：8= 1.52 方巴cm (mm/m)cm rx p；芳2 X L 宀 x 2一 e ( r 丿e ( r 丿rrk丿(3)在计算倾向主剖面，公式同上，仅需以代X,以rl(或 r2)代r即可。

4、(4最大下沉值：瞪=mqtosa(mm)变形最大值用下列公式计算W最大倾斜值：2 = cm (mm/m)cm r6.2 参数选取白羊岭煤矿井田位于沁水煤田东南边缘，井田地层总体上为倾向西 北的单斜构造，煤层倾角210。因无概率积分法中所需的地表移动变 形基本参数，本评价根据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与 压煤开采规程(以下简称开采规程)推荐的阳泉地区地表移动基本参数。确定的地表移动变形参数见表6-2-1。表 6-2-1 地表移动变形基本参数项目覆岩下沉系数q水平移动主要影响角正开采影响传播角拐点移动距s类型系数b切tgP开采规程坚硬0.55-0.840.20.31.92-2.4090-

5、 （0.6）.7） a0.08）.3H15#坚硬0.600.252.2087.00.15H6.3 机械化升级改造工程地表沉陷预测结果地表下沉、移动与变形最大值预测结果根据煤层埋深情况，选取160m600m的采深进行计算。根据上述各参数计算得到的地表下沉、移动与变形最大值见表6-3-1 。由表 6-3-1 可见，各煤层开采后平均最大下沉值随煤层厚度的变化 在Omm 3429.40mm之间；平均最大倾斜值随煤层厚度和采深不同在 0mm/m4930mm/m之间变化；平均最大曲率值随煤层厚度和采深不 同在0 1.08 (10-3/m )之间变化；水平移动最大值的平均值在0mm 857.35mm之间；最

6、大水平变形平均值随煤层厚度和采深不同在 0 18.73mm/m 之间变化。地表沉陷程度和影响范围预测结果根据敏感目标的分布情况，选取全井田范围煤层进行预测计算。地表沉陷影响范围受煤层厚度、上覆岩层的厚度、岩性、移动角和 边界角影响。根据本井田的地质特征及开采条件估算的相关参数计算的 15 号煤层地表沉陷等值线图如图6-1 所示。由图6-1可见，煤矿开采后总沉陷面积为845.39万m2，其中沉陷 值在3400mm以上的面积为248.39万m2。沉陷区域超出井田北部边界最远49m，超出井田西部边界最远32m，超出井田南部边界最远25m , 超出 井田东部边界 42m。表 6-3-1 地表下沉、移动

7、与变形最大值计算结果煤 层采深(m)煤层 倾角 (度)r(m)开釆厚度(mm)Wcm (mm)Icm (mm/m)Kcm (10-7mm)MinMaxavgMinMaxsvgMinMaxAvgMinMaxavg15160572.733750589046002241.443520.552749.50308248.4137.810.641.010.7956(200590.913750589046002241.443520.552749.50246638.7330.240.410.650.5156(2405109.093750589046002241.443520.552749.5020.5532.

8、2725.200.290.450.3556(2805127.273750589046002241.443520.552749.5017.6127.6621.600.210.330.265603205145.453750589046002241.443520.552749.5015 4124.2018.900.160.250.205603605163.643750589046002241.443520.552749.5013.7021.5116.800.130.200.165604005181.823750589046002241.443520.552749.5012.3319.3615.120

9、.100.160.135604405200.003750589046002241.443520.552749.5011.2117.6013.750.090.130.105604805218.183750589046002241.443520.552749.5010.2716.1412.600.070.110.095605205236.363750589046002241.443520.552749.509.4814.8911.630.060.100.075605605254.553750589046002241.443520.552749.5088113 8310.800.050.080.06

10、5606005272.733750589046002241.443520.552749.508.2212.9110.080.050.070.065606.3.3地表变形裂缝区和坡度增大区范围预测地表裂缝产生于采空区周边上方的拉伸区域，工作面上方地表裂缝 会随着工作面的推进逐渐闭合，而工作面切眼、上山边界、下山边界和 停采线边界上方的地表裂缝则是永久性的。煤矿开采结束后永久地表裂 缝区域的总面积据预测约为211.85万m2，约占总沉陷面积的25.06%。坡度增大的区域位于沉陷盆地边缘的沉陷陡坡区总面积约633.54万 m2。6.3.4 导水裂隙带高度预测煤层开采后，由于存在矿山压力，煤层上覆岩层

11、形成冒落带、裂隙 带和缓慢下沉带“三带”。通过对冒落带、裂隙带最大高度预计，可以预测 井下采煤对地下含水层、地表水体等产生的影响。白羊岭煤矿井田为缓倾斜煤层，煤层上覆岩层为中硬岩层，顶板管 测选用建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程中 推荐的模式。理方式为自然垮落法。冒落带最大高度和导水裂隙带最大高度预理方式为自然垮落法。冒落带最大高度和导水裂隙带最大高度预裂隙带最大高度计算公式：公式 1 : HLi = 100ZM /(1.6YM + 3.6) + 5.6,(m); 公式 2： HLi 二 20 JZM + 10(m).冒落带最大高度计算公式:Hm=100ZM/( 4.7ZM+

12、19)+2.2(m)式中， M 为煤层开采厚度。根据上述公式计算的最大冒落带高度、最大导水裂隙带高度及最大 影响高度如表6-3-2所示。表 6-3-2 冒落带、导水裂隙带最大高度煤层最大开采 厚度(m)冒落带 高度(m)导水裂隙带高度(m)最大影响高 度(m)备注公式1公式2154.6013.5247.5752.9052.90釆用公式2 计算结果6.4地表沉陷影响评价地表沉陷影响受体情况地形地貌 白羊岭井田位于沁水煤田东部边缘，太行山中段西麓，松溪河上游西岸。井田靠山面河，属中低剥蚀山区。总体上地势西南高东部低，最 高点位于井田南部，海拔标高为13078m，最低处位于井田东北角，海拔标高为97

13、0 m，最大相对高差3378m。井田内山峦起伏，沟谷纵横， 属中高山地形。6.4.1.2井田内地表水 井田范围无大的地表水体，松溪河沿井田东部由南向北流过, 平时有水，水量较小。中部白羊岭村河沟由西向东横穿全井田，在东部与松溪河汇合,属季节性河流。6.4.1.3地面建筑物情况 白羊岭井田范围内有杨子江、下庄、泉黄、阳坡、白羊岭村和杜庄村共 6个村庄，以砖瓦结构为主，极易受到沉陷破坏。6.4.1.4地表植被井田内主要为低覆盖度草地和灌木林地为主，水土流失为微度侵蚀 为主。地表沉陷对环境影响评价地表沉陷对地表形态影响分析由地表沉陷预测可知， 15 号煤层开采后地表最大下沉值为 3.43m。 由此可

14、知井下开采对地表形态和地形标高会产生一定影响，但由于整个 井田区域都会相继下沉，因此不会改变区域总体地貌类型。地表沉陷对地面建（构）筑物影响分析 白羊岭井田范围内有杨子江、下庄、泉黄、阳坡、白羊岭村和杜庄村共 6 个村庄。根据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设和压煤濟;地表沉陷影响评价总三 开采规程推荐的阳泉地区地表移动预计参数，选取6个村子不同的采 深和煤层厚度，预计煤层开采后各村庄受到的破坏程度见表 6-4-1。对于砖混结构的地表建筑物，规程中所列的破坏等级(保护等级) 见表 6-4-2。表 6-4-1 井田范围内村庄破坏程度预计序号自然村煤层埋深(m)煤层厚度(m)最大下沉(mm)最大

15、倾斜(mm/m)最大曲率(10-3/m)水平变形(mm/m)破坏等 级保护措施1杨子江村530.004.273202.5013.900.095.28IV2下庄570.004.503375.0013.620.085.18IV留煤柱(其 中下庄、羊 坡村和泉 黄以后按3泉黄506.004.863645.0016.570.116.30IV4羊坡村360.004.453337.5021.320.218.10IV5白羊岭村220.004.803600.0037.640.6014.30IV6杜庄村165.004.963720.0051.851.1019.70IV搬迁考虑)表 6-4-2 砖混结构建筑物的破

16、坏等级(保护等级)破坏 (保护) 等级建筑物可能达到的破坏程度地表变形处理 方式倾斜 i(mm/m)曲率k(10-3/m)水平变形 (mm/m)I墙壁上不出现或信出现少量宽度小于 4mm的细微裂缝W3.0W0.2W2.0不修II墙壁上出现4-15mm宽的裂缝，门窗略 有歪斜，墙皮局部脱落，梁支承处稍有 异样W6.0W0.4W4.0小修m墙壁上出现16-30mm宽裂缝，门窗严重 变形，墙身倾斜，梁头抽动现象，室内 地坪开裂或鼓起W10.0W0.6W6.0中修墙身严重倾斜、错动、外鼓和内凹，梁 头抽动较大，屋顶、墙生挤坏，严重时 有倒塌危险10.00.66.0大修重建 或拆除由表 6-3-1 和表

17、 6-3-2 对比可知，考虑煤层开采的影响， 6 个村庄其破坏等级理论计算值倾斜i、水平变形和曲率K值均达到了破坏等级的IV 级。由于破坏等级较高。可研对井田内的杨子江、下庄、泉黄、阳坡、 白羊岭和杜庄村采取了以下措施：6. 地表沉陷影响评价1 WE I WE I WE I WE I三三1）杨子江村与矿井工业场地相邻，且压煤受陷落柱影响，很难布置正规回采工作面，正规回采工作面，2）白羊岭村处在风井场地附近，煤层埋藏深度小，平均为 220m。煤层开采后，受采动影响较大，村庄内居民较多，搬迁困难，原白羊岭煤 矿开采时已按规定设保护煤柱，设计建议与风井保护煤柱一起留设煤柱；3 ）杜庄村处于井田东北侧

18、边界处，煤层埋藏深度很小 平均为165m。煤层开采后，受采动影响大，村庄内居民多，搬迁困难，设计建议留设煤 柱；4）下庄、泉黄、羊坡村由于村庄较小，居民少，设计建议暂按搬迁 考虑。按照开采计划，最早要在矿井投产28 年后开采下庄、泉黄、羊坡村 下的煤层，矿井可在投产28 年后考虑以上三个村庄的搬迁问题。评价对 井田内村庄暂按留设煤柱考虑。并在此基础上绘制了地表沉陷等值线图。从地表沉陷等值线图上看，各村都在-10mm等值线之外，采煤过程 中不会受到破坏，矿方在开采过程中应该按照开采规程的要求，对井田 内的受影响的村庄采取留设充分安全煤柱等措施。沉陷对浅部含水层影响评价井田15号煤层开采后，导水裂

19、隙带最大影响高度52.90m，对照矿 区地层综合柱状图，预计冒落带和裂隙带将影响到15号煤层以上的太原 组的灰岩裂隙水（含 K2、K3、K4 灰岩裂隙水）。一般情况下导水裂隙带不会直接破坏太原组以上的含水层，主要是山西组和石盒子组砂岩裂隙水、 第四系潜水。本井田内各村均饮用第四系冲积含水层及二叠系砂岩裂隙含水层作 为水源。由于地表裂缝破坏浅层储水构造的可能性存在，可以影响居民 饮水。一旦浅层水遭到破坏，影响到村民饮水，应由白羊岭煤矿负责解 决饮水问题。沉陷对地表水体的影响评价本区域内河流主要为松溪河和白羊岭河沟。松溪河沿井田东部由南濟;地表沉陷影响评价总三 向北流过。河床全宽200m左右，目前

20、兴修农田已将河床压缩至西岸50m 宽左右。平时仅涓涓细流，水量不大，由西南向东北流入桃河。各河流 均为季节河流，雨季山洪爆发才有较大洪水流过。河的西岸山脚下是207 国道，中部白羊岭村河沟由西向东横穿全井田，在东部与松溪河汇合， 该河沟下游白羊岭村附近较宽敞。另外15号煤层井下采动形成的冒落带和裂隙带一般不会导通地表而形成地表裂缝此不会对井下构成严重和裂隙带一般不会导通地表而形成地表裂缝此不会对井下构成严重水害，但需掌握井下涌水增加或减少与地面河流枯、丰水期之间的规律， 采取必要的防治措施，避免水害发生。地表沉陷对生态环境和农作物的影响评价对生态环境的影响主要表现在农田、地表植被、灌木和地质灾

21、害等。由于井田内的农田多为旱田，无水力灌溉设施，此对农田的影响主要由于井田内的农田多为旱田，无水力灌溉设施，此对农田的影响主要表现在：使土地产和裂缝，土壤结构变松，涵水抗蚀性降低，增加土壤 侵蚀程度，降低土地生产能力。对地表植被和灌木的影响主要表现在滑 坡、地表裂缝造成的压埋，树木倾斜、歪倒等。该影响在地层活动剧烈 期间尤为明显，在活动后期，地层活动趋弱且逐渐趋于平稳，该影响也 随之降低。地质灾害影响分析本井田地形复杂，沟谷纵横，侵蚀、冲刷剧烈，形成了黄土高原特 有的梁峁景观。井田区域内的地质灾害主要表现在滑坡、陡坡坍塌等， 在井田开采前此类地质灾害就存在。井下开采过后，由于受井下采动、 地表

22、变形、倾斜和沉陷影响，地表业已存在的地质灾害地段就很有可能 增加地质灾害的强度和频率。对原来没有发生地质灾害的地段，也有可 能因边坡失稳、陡坡重心偏移等多种不测因素影响，产生新的滑坡、陡 坡坍塌等地质灾害。应特别注意观察道路、村庄及建筑物区域的山坡和 原滑地段的地表形态变化，预防各类型的地质灾害给交通和居民安全带 来破坏影响。在井下开采过程中，也应采取相应措施减轻或避免因井下 开采而带来的地质灾害。井田开采对水土保持的影响分析由于井下采煤造成的地面沉陷和地表变形、浅层地下水疏干而直接 或间接地影响到地面植被、微地形、土壤、土地生产力等因子的变化， 从而引起加速侵蚀、植被退化、土地退化等荒漠化危

23、害，对生态环境和 社会经济可持续发展产生一定影响。本煤矿煤炭开采后地表移动与变形较为严重，在沉陷盆地的边缘区 域会不同程度地加重土壤侵蚀。6.5 地表沉陷影响防治措施6.5.1 对地下水影响的恢复措施本井田内各村主要饮用第四系冲积含水层及二叠系砂岩裂隙含水层 作为水源。虽然导水裂隙带直接破坏居民饮水的可能性小，但由于地表 裂缝破坏浅层储水构造的可能性存在，同样可以影响居民饮水。一旦浅 层水遭到破坏，影响到村民饮用水，应由白羊岭煤矿负责解决饮水问题对地表水影响恢复措施井田河流有松溪河和白羊岭河沟，均属季节性河流。应及时巡查， 及时填充河床内可能的地表裂缝。地面建筑物保护措施煤矿在开采过程中应该按

24、照开采规程的要求，对井田内的村庄按 III 级保护煤柱从专业的角度留设围护带宽度（10m ）并且采用规程规定的方 法，同时考虑上下山方向留设不同尺寸的煤柱。确保不对该村建筑物造 成影响。另外还应设地表变形观测站或委托有资质部门进行地表变形观测， 及时发现险情，及时处理。对土壤侵蚀、水土流失、地质灾害的防治措施对于地表沉陷引起的土壤侵蚀和水土流失，应加强塌陷区水土流失 的防护措施。处于地表沉陷裂缝区和坡度增加区的地方会增加水土流失 量，从而也会影响到植被覆盖率，防护措施为：6.5.4.1对裂缝的治理根据裂缝的宽度大小，对较小的裂缝经耕地平整恢复原状，对较大的裂缝采取充填、平整的措施使耕地恢复原状，减少雨水侵蚀，减轻水 土流失。对轻度破坏，土层较厚、裂缝未贯穿土