某采空区防治实施方案.doc

XXXXXXXXX化工有限责任公司XXXXXX采空区防治实施方案XXXXXXXXXXXXXXX二六年十二月XXXXXXXXX化工有限责任公司XXXXXX采空区防治实施方案编写单位：XXXXXXXXXXXXXXX编 写 人：参加人员： 审 核 人： 总工程师： 技术负责：经 理： 提交报告单位：XXXXXXXXX化工有限责任公司提交报告时间：二六年十二月目 录0.前 言10.1任务由来10.2目的任务10.3工作依据10.4矿山概况20.5调查采空区范围30.6前人工作程度31. 矿区自然地理及地质环境条件31.1自然地理概况31.2区域地质环境概况51.3水文地质特征72.矿区地质和开采现状92.1XXXXXX矿区地质92.2XXXXXX矿区水文地质特征122.3矿区采空区现状133. 采空区塌陷及地表变形地质特征163.1采空区的分类163.2采空区塌陷区工程地质条件163.3采空区塌陷区及地表变形分布、规模及特征193.4采空区地面塌陷及地表变形的分布规律223.5地面塌陷成因分析223.6采空区塌陷的危害性244.采空区稳定性分析及评价254.1 采空区地表变形规律性254.2地面塌陷计算和变形最大值的计算264.3采空区顶板的稳定性分析与评价274.4采空区塌陷发展变化趋势及危害性预测304.5对未来采空区影响预测334.6 本章小结335 综合分析与建议345.1综合分析345.2采空区防治方案建议346综合防治方案366.1综合防治方案的目标、原则366.2采空区处理方法376.3采空区处理方案的比选386.4采空区处理方案的选取407采空区防治工程设计417.1隔离工程417.2复垦457.2.1 工程复垦基本原则457.2.2 复垦地参数确定457.3前期已做处理工程477.4工程量统计477.4监测工程487.5工程费用预算52附图1、XXXXXX采区防治实施方案工程地质平面图 (比例尺1：2000）附图12、XXXXXX采区防治实施方案工程地质平面布置图 (比例尺1：2000）附图23、XXXXXX采区防治方案监测点平面布置图 (比例尺1：2000）附图34、XXXXXX采空区塌陷1-1工程地质剖面图 （比例尺1：1000）附图45、XXXXXX采空区塌陷2-2工程地质剖面图 （比例尺1：1000）附图56、XXXXXX采空区塌陷3-3工程地质剖面图 （比例尺1：1000）附图6湖北大峪口化工有限责任公司木架山采空区防治实施方案 0.前 言0.1任务由来为有效、合理开发矿产资源，依法从事矿产开发经营活动，XXXXXXXXX化工有限责任公司委托XXXXXXXXXXXXXXX进行XXXXXX采空区的调(勘)察工作，并提出相应的防治实施方案。0.2目的任务0.2.1按照现行勘察、设计规程规范对采空区及其影响范围进行野外调查、试验等必要的勘查工作，查明采空区上覆岩层的稳定性，预测采空区危险性，编制采空区处理实施方案；0.2.2对XXXXXX采空区内的地质灾害进行详细勘查，查明灾害体的地质环境、规模、结构、稳定性、发展变化趋势、可能成灾范围及该范围内的主要实物指标。0.2.3对XXXXXX采空区内的地质灾害的危险性、危害性和防治的必要性作出基本评价，为XXXXXX采空区提出切实可行的处理方案，并对工程防治的经费初步估算。0.3工作依据0.3.1中华人民共和国矿产资源法0.3.2湖北省地质环境管理条例0.3.3地质灾害防治条例0.3.4土地复垦规定0.3.5XXXXXXXXX化工有限责任公司XXXXXX采区采空区处理实施方案合同及委托书。0.3.6岩土工程勘察规范0.3.7工程地质手册常士骠主编0.3.8岩土工程勘查设计手册林宗元主编0.3.9XXXXXXXXX化工有限责任公司XX磷矿开发利用方案0.4矿山概况XX矿段XXXXXX采空区其开采历史已有几十年，其中第一磷矿层进入地下开采已近20年。由于特定的历史原因，乱采滥挖现象极为严重，形成采空区无规则，留设矿柱无规划。由于保安矿柱稀疏不一、大小不一，造成应力分布失衡，出现了局部顶板开裂、矿柱倒塌、顶板冒落等现象，从而引起局部地表开裂、塌陷。截止2003年，已形成的采空区全长1200m，斜长平均350m，采空区面积达40万。2004年3月之前，XX矿段属XXXX化工集团公司管理辖，XX矿段移交XXXXXXXXX化工有限责任公司后，经荆门市XXXX改革脱困小组组织专题会议，确定XXXXXX空区隐患治理仍由XXXX公司为责任主体。负责XXXXXX采空区治理项目的具体实施，并由XXXXXX国土资源局负责监督管理。XXXXXX采空区处理问题，从2001年就已提出，至2003年XXXX化工集团公司委托XXXXXXXXXXXXXXXXXXX开展研究与设计，设计采用矿柱崩落与切顶联合法的治理方案，2004年7月，XXXX公司组织项目施工单位中原爆破公司进场，并由XXXXXXXXX化工有限责任公司与中原爆破公司签署协议，明确施工安全监督管理等有关事项。2004年7月XXXX公司组织项目施工单位中原爆破公司进场对采空区采用崩顶法进行治理。但是在施工过程中，局部顶板出现裂缝，相应地表也出现了不同程度的塌陷。为避免盲目施工可能造成的安全事故和形成更大隐患，XXXXXXXXX化工有限责任公司按有关协议，于2004年11月请其暂停施工。负责XXXXXX采空区项目课题技术负责人李俊平博士曾于2005年2月到现场并制定了施工方案，但该项目至今一直没有再动工。目前，采空区最低高程呈阶梯形，南端被盗采（越界）至-17m-0m标高，中部约+40m-50m标高，北端+57m-+63m标高。由于施工已处理回收了部分矿柱且施工中途停止，加之近几年盗采行为从未中断过，XXXXXX采空区极其相应的地表不断发生变化，空区顶板冒落、地表开裂、塌陷区逐渐扩大。0.5调查采空区范围本次工作范围为XXXXXX矿区勘探线W138W150范围的采空区，沿矿层走向长1200m，倾向上斜长平均350m，采空区总面积40万。0.6前人工作程度1976年11月XXXXXXXXXXXXXXXXXXX对XXXX磷矿进行了详细的勘探并编制了湖北省XX县XXXX磷矿XX矿区XX矿段详细勘探地质报告。1981年XXXXXXXXXXXXXXXXXXX对XXXX磷矿进行了详细的勘察并编制了湖北省XX县XXXX磷矿XX矿区水文地质的初步研究报告，详细论述了矿区水文地质。2003年12月XXXX集团公司与XXXXXX于合作开展XXXXXX采空区治理的研究，并联合编制完成XX矿段XXXXXX采空区处理研究与设计报告，对采空区进行详细研究，运用多方法和理论进行采空区顶板崩倒极限跨度计算，提出沿矿层走向为W138W150线，采用矿柱崩落与切顶联合法处理XXXXXX采空区。湖北省XXXXXXXXXX磷矿XX矿区XX矿段二六年度矿产资源储量检测地质报告。1. 矿区自然地理及地质环境条件1.1自然地理概况1.1.1地理交通位置XXXX磷矿XX矿区XX矿段位于湖北省XXXXXXXX镇境内。距XXXXXX北西（直距）60km；其西有焦枝铁路和207国道，距焦枝铁路线XX站4km，交通方便（见图1-1）。图1-1 交通位置图1.1.2矿区自然地理与经济概况矿区属低山丘陵区、内陆气候，四季分明，年平均气温15C左右，最高气温39.9C,最低气温7.1C；年平均降雨量1048mm，降雨期多集中在49月，旱季为12月至翌年2月；风向一般为北北西风。区内居民点密集，劳动力充裕，农业发达。工业以磷化工最为发达。有XX化工有限责任公司、放马山等大中型磷化工企业，中小型磷化工企业林立。1.2区域地质环境概况1.2.1地形地貌区内属低山丘陵区，山脉走向呈北北西南南东向的条带状分布，区域构造侵蚀作用中等。1.2.2地层岩性区域地质从前震旦系至第三系除侏罗系外，均有出露。其中前震旦系与震旦系、三叠系与第三系白垩系及第三系的上、下统呈不整合接触，震旦系于寒武系、志留系三叠系间呈假整合接触，其余均为接触。(1)前震旦系（AnZ）为一套以片麻状花岗岩为主，夹片岩、粗晶白云岩的变质岩系，组成含磷岩系的沉积基底，其厚度不详。(2)震旦系（Zb）、陡山沱组（Zb1-1）本岩系位于XX以西冷水以北，除在宜城板桥店以北地层走向东西向外，其余皆呈NWSE向分布。岩性以白云岩、泥灰岩为住，总厚度为271360m。、灯影灰岩组（Zb1-2）本组岩层分布于陡山沱组同，主要为厚层状白云岩，内夹燧石结核及条带。各处岩性略有不同，但一般变化不大。、寒武系（）本系下部为细晶白云质灰岩及页岩,以页岩为主,中上部则已白云岩为主。、奥陶系（O）本岩系呈条带状分布，奥陶系底部一般为白云质泥灰岩，上部为硅质页岩、泥质灰岩及页岩。、志留系（S）下部以杂色页岩为主,夹有灰岩,上部为页岩、粉砂岩、砂质页岩互层。、泥盆系（D）本岩系主要以砂岩、石英砂岩为主。、石炭系（C）本岩系岩性为粗晶块状灰岩。、二叠系（P）下部为含燧石结核灰岩，上部为硅质结核灰岩及薄层灰岩。、三叠系（T）本系下部为细晶灰岩及泥质灰岩，上部为白云质灰岩夹砾状灰岩。、第三系（E）岩性为泥灰岩夹粘土层、砂岩及砂砾岩。、第四系（Q）主要由亚粘土、碎石、砂砾石组成。厚038米，一般为3米左右，分布于沟谷和山坡地。1.2.3构造特征大地构造上，属杨子淮地台中段边缘，乐乡关地垒北段。东部有以XX沙洋断裂为界的汉江地堑，西部有以武安石桥断裂为界的南漳地堑。其内主要的褶皱和断裂和区域构造线一致，呈北北西向。XX矿段为一平缓的褶皱构造，断裂构造不发育。矿段构造较为简单，基本形态为平缓的背、向斜褶皱构造。主要由除皮山向斜和滴水崖背斜组成。褶皱轴线为北北西南南东走向，与区域构造线大致平行，且均由北西往南东倾伏。断层构造不发育，对开采影响不大，总的讲本区构造属简单中等类型。(1)褶皱除皮山向斜：位于XX矿段东部，其基本形态为北窄南宽，向南东倾伏的平缓褶曲，倾伏角大小不等，北陡南缓，一般710，两翼产状：东翼倾向220240，倾角1225；西翼倾向7090，倾角1270。轴面向西倾斜，倾角上下陡缓不一，一般6085。滴水崖背斜：位于XX矿段西部。其展布方向与除皮山向斜方向基本一致。其基本形态为大体对称并向南东倾伏的背斜构造，构造形态明显，背斜轴倾伏角一般610。两翼产状：东翼倾向7085，倾角1050；西翼倾角220240，倾角1050。(2)断层本矿段断裂构造不发育，规模较小。已发现有9条断层，其中以F74、F71和F75等对矿层有一定的影响。本次调查范围未发现断层。1.3水文地质特征本区出露岩层，一般以碳酸盐岩岩层及泥质类岩层为主。根据地下水的赋存介质与赋存条件，区内地下水有两类：第四系孔隙水和碳酸盐岩溶、裂隙水。第四系孔隙水主要靠大气降水、地表水入渗；岩溶水主要由第四系孔隙水越流补给、降雨入渗、地下径流，矿层底部有前震旦系的变质岩系作为隔水边界。区内没有大的地表水体及河流，地下水补给途径主要是接受大气降水补给，矿区水文地质条件简单。1.3.1第四系残坡积层孔隙水含水层组第四系残坡积层孔隙水主要赋存于山坡上的第四系残积物中，主要由碎、块石和粉质粘土组成。地下水以孔隙水的形式赋存于残坡积层的中孔隙中，主要接受大气降水补给，向下入渗补给基岩裂隙水，渗透快。1.3.2碳酸岩盐溶裂隙含水岩组(1)第一磷矿层、底砾岩、页岩及含锰白云岩含水层（组）（Zb1-1abc）；该组各小层厚度变化较大，富水性不一，底砾岩、页岩为隔水层，含锰白云岩裂隙不太发育，局部有小溶孔，属极弱的岩溶裂隙含水层，第一磷矿层也含水极弱。(2)含磷白云岩含水层（Zb1-1d）岩性致密、坚硬、抗风化能力强，厚度一般为2535米，该层地表宽0.10.5厘米的裂隙普遍发育，地表裂隙率25%。岩溶形态以溶孔及小溶沟发育，裂隙溶蚀后常呈蜂窝状，溶孔中岩心较破碎，有地下水活动的痕迹。该层为第一磷矿层直接顶板，矿段主要含水层之一，富水性很不均一，为中等富水的岩溶裂隙含水层。(3)含磷泥质白云岩为主的含水层（组）（Zb1-2a-d）包括第二及第三磷矿层。厚度一般为5884米，地表风化节理裂隙发育，地表裂隙14%，钻孔局部岩心段岩心破碎，深部岩心完整。单位涌水量0.0605升/秒米，渗透系数为0.119米/昼夜，为富水弱的裂隙含水层（组）。(4)泥质白云岩隔水层（Zb1-2e、f）厚度稳定，一般为2953米，节理裂隙不发育，未见地下水活动痕迹，隔水性能良好。(5)灯影组白云岩含水层（组）（Zb2）总厚434500米，地表裂隙发育，常见0.10.5厘米宽的裂隙，地表裂隙率26%钻孔中多见有0.52厘米直径的溶孔，尤以浅部发育，向深部减弱。单位涌水量为0.2147升/秒米，渗透系数为0.5232米/昼夜，属中一强富水的岩溶裂隙含水层（组）1.3.3地下水补给、排泄与迳流条件矿段内第四系不发育，仅零星分布，基岩大多裸露，地表裂隙发育程度中等，溶蚀现象普遍多见，为大气降水渗入补给地下水创造了有利条件，地下水的主要补给来源为大气降雨。XX矿区地下水迳流区，东侧为片麻状花岗岩阻隔，西侧为志留系页岩阻隔，地势由北西向南东渐低，地下水迳流特点与地势相一致，沿走向顺层面由北西向南东流动。矿段内仅有灯影组含水层的少量泉水出露，陡山沱组含水层无泉水出露，排泄条件较差。2.矿区地质和开采现状2.1XXXXXX矿区地质2.1.1地层矿段内出露地层有前震旦系变质岩和震旦系上统陡山沱组及灯影组（缺铁震旦系下统南沱组）。前震旦系与陡山沱组呈角度不整合接触；陡山沱组与灯影组为整合接触。地层自下而上详见表2-1：矿区主要含矿层有以下四层，XX矿段主要开采PH1、PH3矿层。第一磷矿层（Zb1-1c）自下而上由黄褐色泥质条带状磷块岩，浅肉红色白云质条带状磷块岩、灰色蠕虫状磷块岩及紫酱色致密状磷块岩组成。厚033米，一般37米。第二磷矿层（Zb1-2a）主要由砂岩状、互层状、条带状矿石组成，矿石类型变化较大，仅局部可采。厚015米，一般26米。第三磷矿层（Zb1-2c）由灰及灰黑色砂岩状和互层状磷块岩组成。P2O5含量820%，全层平均14.03%。厚336米，一般1523米。第四磷矿层（Zb1-2e）底部为黑色结核状磷块岩，厚02.48米，一般小于0.8米，P2O5含量一般在10%，中部为含硅磷质结核的泥质白云岩；顶部为角砾状，结核状磷块岩，厚度一般小于0.7米。全层厚818米，一般1417米。目前矿主要采第一层矿和第三层矿。2.1.2构造(1)节理裂隙XXXXXX采空区位于除皮山向斜西翼，岩层倾向70-90，倾角12-34，NW和NE二组主要节理与层面的组合关系易将岩体分割成为单独的块体。XXXXXX矿区第一层矿体顶板节理裂隙相当发育，发育的节理裂隙走向主要有NE40-50和NW330-340向两组。两组节理在矿区发育较为普遍，整个矿区内均有发育，在不同岩性段都可见到，走向为NNW40-50的节理延伸35-77m，其发育密度为13条/m，部分被第四系残坡积碎石土充填，局部充填方解石脉和岩石碎屑，走向为NNE330-340的节理延伸26-122m，局部发育密度为13条/m，部分充填粘土。裂隙走向玫瑰花图 图2-1实地勘查发现第一层矿顶板厚层状灰白色白云岩中溶蚀裂隙较发育，发现两组，裂隙近直立，产状分别为11670、25946，裂隙发育可见深大于2m，裂隙宽20-60cm，充填暗褐色粉质粘土。两组裂隙交汇处，常形成直径为1.5mm土洞，主要出现在W143线北西PH1层矿的顶板岩层中，W143线南东PH1层矿顶板中没发现。(2)褶皱XXXXXX采空区位于除皮山向斜北东翼。除皮山向斜位于矿段东部W172W148线间，轴线走向呈北北西至南南东向展布，长2700米。向斜基本形态为一北窄南宽，向南东倾伏的平缓褶曲。倾伏角北陡南缓，一般在710度之间。向斜轴面向西倾斜，并随着深度的增加，由于西翼的下含磷白云岩（Zb1-1d）厚度的增大，地层倾角变陡，向斜轴位置逐渐向西偏移。向斜两翼地层产状为：东翼倾向220240，倾角1220，西翼倾向7090，倾角1234。2.2XXXXXX矿区水文地质特征矿区内无大的地表水体，矿段内无大的地表水体，地下水的主要补给源为大气降雨，次为邻区的地下径流，构成矿坑充水的主要因素。区内的主要含水层和隔水层分述如下：2.2.1、矿区内隔水层为XXXXXX北东前震旦系片麻状花岗岩隔水体，为矿区古老基底，节理裂隙不发育，浅部仅有几米至十多米的风化壳，含极弱裂隙水，深部为完整的隔水岩体。2.2.2、页岩隔水体，完整，页理发育，节理不发育，隔水性良好，为PH1层矿的底板。2.2.3、磷矿层含水层。目前采空区深部未采矿层的渗透系数为1.21110-61.64810-6m/s，建矿初期涌水量为0.1060.2134 l/sm。2.2.4、顶板白云岩含水层。裂隙发育，岩心非常破碎。渗透系数为1.37710-6m/s，建矿初期涌水量为0.0605 l/sm。2.2.5矿床充水主要是Ph1（矿层）顶板中强富水的下含磷白云岩岩溶裂隙水，含水层厚度一般2535米。同时地表宽0.10.5厘米裂隙普遍发育，面裂隙率25，抽水试验q0.1061.018升/秒米。K0.10460.7376米/昼夜，其次为Ph2（矿层）上含磷白云质泥灰岩含水组，弱富水的裂隙含水层，一般厚度5084米，浅部裂隙发育，面裂隙率14，q0.0605升/秒米。K0.119米/昼夜，上述含水岩组构成磷矿层顶板直接充水含水层。顶板含水层其上为白云质泥灰岩为主的隔水层，厚度稳定，一般2953米，隔水性能较好。矿段内基岩裸露，地表裂隙发育程度中等，溶蚀现象普遍可见，第四系不发育，仅零星分布，厚度0.5-2m，为大气降雨渗入补给地下水创造有利条件，矿段处于区域地下水的迳流区，构造形态主要表现为褶曲，断裂构造不发育，地形切割程度中等，矿段内泉水出露很少。2.3矿区采空区现状2.3.1第一层矿采空区XXXXXXPH1磷矿层一直被当地对多家集体单位和个人开采，目前已形成了走向长1200m，平均斜长350m，总面积约40万的采空区（见图2-2）。XXXXXX采空区分布在W138W150勘探线之间。采空区的垂直高度为23m，平均2.2m，局部4-5m。其中W138W140之间靠近地表露头部分的大多采空区已经冒顶，仅在深部残留有部分矿柱，且残留采空区沿倾斜的长度不太大；W148W150之间靠近地表露头部分的采空区已经冒顶，但深部残留采空区沿倾斜的长度较小，仅12-15m宽；W140W148之间采空区沿倾斜的长度较大，局部已采至露头并与地表连通，在该段采空区中残留有100多个较大的矿柱和两个特大的低品位矿柱（W143附近）。采空区形状不规则，采高和采空区斜长变化较大，大致趋势是采57高为南低北高，斜长是南（例如W138W140）长北（例如W148W150）短，中间（例如W140W148）较长。矿柱呈无序分布，形状不规则。勘探线W145W151，在90年由XX矿采用平硐-盲斜井联合开拓方式，开采标高降到+102米，后因影响到上部三层矿的开采而停止。W1462W1482线是XX采选厂根据矿体赋存情况，用露天和斜坡道开采至+97米标高。因顶板局部冒落，开采难度大，安全性差被迫停产。W1482W151线是XX采选厂95年利用W150线+119米斜井开采至+75米标高，W148W154线，标高+50+72米，因2003年3月XXXX公司改制，矿山部分移交至XX化工有限责任公司而停止生产。目前勘探线W138W154已开采至标高+49+67m不等。W154以北、W140以南则更低。(见附图4、5、6)2.3.2第三层矿采空区矿层较稳定，矿层顶板为含磷泥质白云岩，岩性坚硬，稳定性较好，其中下部含不规则燧石团块及致密状线矿条，矿层与顶板有时为过渡接触，底板为页岩及含锰白云岩，稳定性较好。采空区上部的PH3矿层以露天方式开采至+158m水平，+158m水平以下采用地下开采。露采所留下的底板即为PH1矿层的顶板，距PH1采空区4550m。目前已形成的PH1露天采空区形状不规则，W144线以南分布面积较大，以北则很小，呈长条状。采空总体长约1200m，宽约300m，面积约17万，最深20余米，平均厚度17m，地形坡度约23（见附图4、5、6）。出露岩性含磷白云质泥灰岩、含磷白云岩。2.3.4采空区塌陷及地表变形概况目前，采空区地表已发现多处塌陷和地表裂缝，塌陷影响地表面积25991.7m2，占采空区面积的6.5%。3. 采空区塌陷及地表变形地质特征3.1采空区的分类采空区根据开采现状可分为老采空区、现采空区和未来采空区三类。老采空区是指建筑物兴建时，历史上已经采空的场地。现采采空区是指建筑兴建时，地下正在采掘的场地。未来采空区是指建物兴建时，地下赋存有价值的矿体，目前尚未开采，而规划中要开采的场地。根据上述分类条件将本次工作区的采空区划分为老采空区。3.2采空区塌陷区工程地质条件本矿段主要开采矿层为第一磷矿层（PH1）及第三磷矿层（PH2），第二层磷矿（PH3）仅局部开采，矿层及其顶底板的稳定性主要受岩石的物理力学性质、地质构造、开采方式、水文地质条件等影响。采空区塌陷区岩土体类型主要有：3.2.1人工填土灰、灰黄、黄黑色，松散，主要由废石、弃土组成。主要分布在局部山沟中。3.2.2 第四系残坡物褐、黄褐色，中密-密实，地表局部松散，主要由碎石、块石及粉质粘土组成。地表零星分布。3.2.3 层状、厚层状的碳酸盐类XX矿段地层见前震旦系变质岩和震旦系上统陡山沱组及灯影组地层，缺失震旦系下统南沱组地层，各层间除震旦系地层不整合于前震旦系地层之上升，其余均为整合接触。节理裂隙发育，局部发育有溶蚀裂隙。3.2.4含磷页岩为相对隔水层，常尖灭，质软易风化，遇水稍有膨胀性，稳定性较差。3.2.5前震旦系片麻状花岗岩为相对隔水层，浅部仅有几米至十多米的风化壳，含极弱裂隙水，深部为完整的隔水岩体，整体稳定性好。矿石及围岩的物理机械性质见表3-1（参考）。岩石力学性质汇总表 表3-1岩石名称取样位置取样深度试验状态挤压强度普氏系数内摩擦角tg岩石等级抗拉强度抗剪强度Mpa容重备注受压方向Mpa受力方向Mpa上含磷白云质泥灰岩CK152790-92米风干平行岩心轴143.5148555平行岩心轴2.426.2抗剪强度试验方向与抗压强度试验方向一致Ph3砂岩状磷块岩CK152792-101米风干平行岩心轴176.5188647平行岩心轴7.219.4下含磷白云质泥灰岩CK1527136-140米风干平行岩心轴223.8228724平行岩心轴9.135.1含磷白云岩CK1448210-218米风干平行岩心轴152.315平行岩心轴87.520.47Ph1条带状磷块岩W1165-7米风干垂直层面513.5垂直层面1.05.3放马山矿段资料含锰白云岩CK1527249-252米风干平行岩心轴155.2168625平行岩心轴9.621.2含磷白云岩尖山平峒146米标高风干垂直层面198.72032.4垂直层面8.443.42.86第一磷矿层（Ph1）尖山平峒146米标高风干垂直层面34.93.534.3垂直层面2.710.22.54页岩尖山平峒146米标高风干垂直层面20.42038.8垂直层面6.423.92.82第三磷矿层（Ph3）杨龙山W156露采场风干垂直层面186.51934.8垂直层面7.132.32.86下含磷白云质泥灰岩杨龙山W156露采场风干垂直层面98.71039.8垂直层面4.819.02.77上含磷白云质泥灰岩石膏岭W164露采场风干垂直层面280.52824.0垂直层面9.355.42.82第三磷矿层（Ph3）石膏岭W164露采场风干垂直层面165.21438.5垂直层面11.535.42.76下含磷白云质泥灰岩石膏岭W164露采场风干垂直层面143.01429.8垂直层面7.636.52.693.3采空区塌陷区及地表变形分布、规模及特征3.3.1地表发生变形采空区及附近发现10多处地表塌陷，在塌陷区内及附近见有许多呈74和164向（走向）展布的带状地裂缝，裂缝宽几-几十厘米不等，并向中心塌陷坑错落。分述如下：地表变形裂缝多呈NWSE向，本次调查发现15处较大裂缝，11处地表塌陷，其特征见表3-2、3-3。根据地表上发生的各种现象，我们对XXXXXX采空区进行调查，发现整个采空区顶板岩石沿节理现剥离现象普遍，顶板冒落现象主要集中在采空区北西下部一带以及顶板相对薄的地段，采空区内溶蚀孔洞、溶隙发育。通过溶蚀孔洞溶洞、溶隙发育。通过溶洞、溶隙的渗透，在其附近，见有呈扇形、锥形的泥浆物，少量为浆状碎屑物，颜色呈褐红色、土黄色、灰褐色。揭露的溶蚀裂隙宽一般在20-60cm，粘土充填，见较多的溶洞、溶隙，虽然连续有10余天的晴天，但部分裂隙仍见有滴水现象。采空区出现突泥、流泥现象，突出物呈锥状堆积。溶洞、溶隙大多沿裂隙分布，也基本上呈104-169展布在覆盖层较厚的PH1顶板，土洞发育往往潜伏着地面塌陷，塌陷区上覆盖层的厚度在0-2m，以粘土、亚粘土、粉质粘土为主，岩层顶普遍发育两组节理裂隙，其中北西-南东向节理尤其发育，常受到溶蚀形成20-60cm溶蚀裂隙。地下水对松散盖层及岩溶充填物的潜蚀和搬运作用加强，因此导致地面塌陷或不均匀沉降产生大量地裂缝。裂 缝 调 查 统 计 表 表3-2裂缝编号位 置产 状（走向）长(m)缝宽(cm)缝深(cm)落距(cm)形状充填情况裂缝性质岩土体类型最早发现时间与其它裂缝的关系备注L1W150-W1502160265-10弧形充填残坡积土拉张残坡积土L2W1492-W1502147766-1412020弧形无充填拉张白云质泥灰岩与L3、L4近于平行L3W150-W149144625-12弧形无充填拉张白云质泥灰岩及残坡积土与L2、L4近于平行L4W148-W1501451228-15弧形无充填拉张白云质泥灰岩残及坡积土与L3、L2近于平行L5W144-25030-80弧形充填Q4残坡积物拉张残坡积土与L7近于平行L6W1442-W145217020402020弧形充填Q4残坡积物拉张残坡积土与L7相交L7W1442形充填Q4残坡积物拉张残坡积土与L6相交L8W144-W150214013150-250150-350弧形充填Q4残坡积物拉张白云质泥灰岩残及坡积土L9W144-W1442503525-3020弧形充填Q4残坡积物拉张白云质泥灰岩残及坡积土与L10、L11近于平行L10W143-W144407325-3525弧形充填Q4残坡积物拉张残坡积土与L9、L11近于平行L11W1422-W1432707725-3020弧形充填Q4残坡积物拉张残坡积土与L10、L9近于平行L12W1412-W1422546509弧形充填碎石土拉张残坡积土与L13相交L13W1412-W142551230-35120弧形充填碎石土拉张残坡积土与L12相交L14W141-W14127420.2-0.4锯齿状充填方解石脉和岩石碎屑拉张白云质泥灰岩L15W141-W1412113930.3-1.52m30-60弧形充填少量残坡积土拉张白云质泥灰岩位于本次区外塌 陷 调 查 统 计 表 表3-3塌陷编号位 置长轴方向长(m)宽（m）垂直位移（m）岩土体类型地表影响面积（）最早发现时间备 注H1W1502以北321122.219-221.2白云质泥灰岩2436.62006.10H2W149-W14923253.410.9-15.41.2白云质泥灰岩613.12004.5H3W147-W14829480.0317-200.9-1.0白云质泥灰岩1256.92004.5H4W1442-W145228594.8152.71.2-1.3第四系残坡积土、白云质泥灰岩10677.32005.7空区顶板冒落H5W144232480.619.60.9-1.1第四系残坡积土1390.72005.7H6W145-W145230032.329.01.25白云质泥灰岩321.92005.7H7W144-W144232991.754.51.3-1.4白云质泥灰岩3728.72004.5H8W143-W143231144.121.80.5-0.7残坡积土731.52004.5H9W1442-W143不规则32.417.30.5-0.7残坡积土496.12004.5H10W139-71.35白云质泥灰岩2436.62006.10H11W1442-W14332352.724.76-8白云质泥灰岩1274.22006.10位于本次范围边界，浅部3.4采空区地面塌陷及地表变形的分布规律通过对地表塌陷区出现的各种地质现象分析，认为采空区地面塌陷及地表变形的分布有以下规律：1、采空区地面塌陷及地表变形的分布主要集中在风化剥蚀严重的W143-W146线一带，该区下面采空区矿柱稀疏，部分矿柱被盗采。2、节理裂隙及岩溶发育的地段，地表变形明显。3、PH3层矿露天采空区基本结束，采空区地面塌陷及地表变形的分布于PH1层矿顶板。4、同时在部分大的塌陷区内内叠有小的塌陷坑。3.5地面塌陷成因分析通过对塌陷区范围内的野外地质调查和室内收集分析有关地质资料，得出如下结论：3.5.1、地层岩性采空区松散第四系覆盖层在区内零星分布，厚度在0-2m，岩性以褐、褐黄色碎石土为主。PH1顶板大多直接出露地表，基岩以震旦系上统陡山沱组碳酸岩系为主，溶蚀现象发育，节理裂缝普遍发育。塌陷区的基岩为可溶性碳酸盐，受节理裂隙的影响，碳酸盐岩溶发育。尤其在W144-W146线附近岩溶更为发育，该地段发现塌陷坑6处,大的裂缝12条。3.5.2、矿层因素经调查，塌陷区下部采空区顶板一般高2-4m，平均2.2m，采空区埋深由NE至SW逐渐变深，顶板最薄处6-10m，最厚处约50m。采空区顶板节理、裂隙发育，顶板岩石崩落现象较常见。因此，本次地面塌陷是采空区顶板冒落引起的。3.5.3、构造影响顶板岩层节理裂隙发育，促进变形加快，增大变形范围，扩大地表裂缝区。节理裂隙常将顶板岩切割呈20-60cm菱形块体状，节理一般呈闭合、半闭合状。在采矿过程中，地质环境发生变化，节理裂隙面逐渐增大、变形、破裂。如H11塌陷，在地表可明显看到塌陷体受到两组节理的控制。XXXXXX矿区采空区处于除皮山向斜北东翼，区内未发现有大的断裂构造，但区内岩溶裂隙、节理裂隙普遍发育。采空区顶板的可溶性碳酸盐溶洞、溶隙发育，溶蚀裂隙一般宽0.2-0.6m，充填粘土，上覆盖层厚度小，顶板基岩大多直接出露地表，由于地下水的渗透潜蚀作用，通过岩溶洞隙掏空上覆土体的作用，局部形成大小不一的土洞。3.5.4、开采条件因素XXXXXX矿区开采历史久远，如第一层磷矿层（PH1）进入地下开采已近20年，盗采现象从未真正间断过，矿柱疏密、大小不等。多种因素的叠加，造成XXXXXX采空区顶板冒顶、地表开裂、塌陷逐渐加剧，顶板稳定性逐步恶化。3.5.5、地下水因素区内地下水主要赋存于第四系残坡积土中和碳酸盐岩岩溶裂隙中。地下水活动(特别是对抗水性弱的岩层)会加快变形速度，扩大变形范围，增大地表变形值。该区属大陆性季风气候，四季分明，年平均降雨量947.6mm，蒸发量1517.2mm，降雨期多集中在4-9月，枯水期12月至次年2月，一般年份有两期降雨过程：第一期集中在3-6月，第二期集中在9-10月，为阴雨期，其中7-9月多为雷雨期。2005年7月25日，在W1452附近顶板冒落约300，地表出现了不程度的开裂和塌陷，2006年6月23日，W1452线以北，由于空区顶板冒落，波及地表出现开裂和塌陷影响范围达1万左右，2006年8月17日，在1482线附近出地表塌陷，影响范围约200。6-9月的雨季连续降雨，对裂缝中的充填物起到了软化作用，使岩土体的C、值明显下降，抗剪强度减弱，加速了地面塌陷。据工作人员介绍，这几次冒顶与塌陷均发生于雨季。3.6采空区塌陷的危害性在采空已发现的塌陷有11处，影响面积25991.7m2，占采空区面积的6.5%，发现较大的裂缝15处。目前采空区范围内除有一户居民已办理搬迁，但未迁出外，再无其它常住居民，也无经济林和耕地。除XXXXXXW1452斜坡道硐口处砖结构工棚和变压器房（已准备搬迁）出现裂缝变形外，其它各处建筑均未出现明显变形。现在采空区暂时没有对下部磷矿的开采造成明显影响。4.采空区稳定性分析及评价4.1 采空区地表变形规律性国内外采矿经验认为，采深与采厚比大于25-30时，地层中没较大地质破坏情况下，矿层采出一定面积后，会引起岩层移动并波及到地表，其地表沉降和变形在空间上和时间上都有明显的连续特征和一定的分布规律，常表现为地表和平动盆地，地表不出现大的裂缝和塌陷坑。在采深与采厚比小于25-30，或虽大于25-30，但地表覆盖层很薄，且采用高落式等非正规开采方法或上覆岩层受地质构造破坏时，地表将出现大的裂缝或塌陷坑，矿层采出一定面积后，会引起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，采空区上方的地表常形成较大裂缝隙或塌陷坑。本区采空区范围达40万m2，形成年代长，采空区长1200m，斜长350m，而目前采空区顶板最薄只有5-8m，部分入口处甚至只有4-5m，最深也只有50多米。目前，PH3层矿露天已开采完毕。塌陷一般分布于顶板较薄的边缘地带或节理裂较发育以及矿柱小且稀疏地带。总体来看，塌陷的长轴方向一般呈北西-南东展布，受节理裂隙影响较大。经验表明，当采深与采厚比小于25-30时，地表出现多处塌陷和裂缝，分布也无一定的规律性。这与XXXXXX采空区的情况基本上是吻合的。因此，XXXXXX矿区采空区属充分采动下的地表变形。4.2地面塌陷计算和变形最大值的计算4.2.1最大下沉量Wmax=q0MCOSq0下沉系数，与矿层倾角、开采方法与顶板管理方法有关，一般取0.01-0.95，本次计算取0.5。M采厚一般2-3m，最大处4-5m，矿层倾角，取21-27。4.2.2最大倾斜量Tmax=Wmax/r=Wmax/(H/tag)r地表主要影响半径,其值与埋深H呈正比，与矿层影响角（B）呈反比。4.2.3最大曲率值Kmax=1.52Wmax/r2,4.2.4最大水平变形值max=1.52bWmax/r b为水平移动系数，取0.3。采用上述方法对不同地段的塌陷体进行计算，计算的结果是最终变形量(表4-2)，当采空区形成一定时间后，地表沉降量的大小随时间推移而逐渐减小。XXXXXX采空区已形成若干年，并未发生明显整体移动，仅在局部地段出现不同规模的冒顶塌陷，部分塌陷已趋于稳定，其剩余变形量起着主要作用。根据现场调查与预测分析，采空区地面沉陷尚未完全完成，部分塌陷将进一步扩大。采空区塌陷量一览表 表4-2编号采厚（m）倾角顶板埋深(m)最大下沉量Wmax（m）最大倾斜量Tmax(mm/m)最大水平变形值max(mm/m)H131650.01.441 7 H22.51550.01.211 9 H32-31230.00.981 4 H42-32750.01.341 1 H52-32650.01.351 6 H62-33130.01.293 8 H732330.01.382 2 H822750.00.891 4 H922750.00.891 4 H1032630.001.352 3 H112.5-31850.01.191 4 4.3采空区顶板的稳定性分析与评价4.3.1顶板岩石力学参数的选取区内工作程度较高，曾采取了很多岩石样品，进行试验分析，如湖北省第八地质在队的湖北XX县XXXX磷矿XX矿区XX矿段详细勘探地质报告、XXXXXXXXXXXXXXXXXXX的湖北省XXXX化工集团大峪矿段XXXXXX采区采空处理研究与设计报告，本次工作参考了其岩石力学参数，并结合采空区实际情况，岩石的力学参数按表4-3取值。岩石物理力学参数 表4-3力学参数岩性容重（KN/m3）弹模E（GPa）泊松比（）抗拉强度St（MPa）凝聚力C（MPa）内摩擦角（）白云岩A28.54.039.79.3918.570.149北部白云岩A28.52.6726.56.2612.10.149磷矿石B25.03.039.59.1311.00.239页岩C23.05.84612.5618.540.1294.3.2顶板稳定性分析（1）按照梁弯曲理论计算是岩体的抗拉强度，9.39MPa，岩体容重，28.5N/m3，原岩应力场侧压系数；H开采深度，根据实际取50m。上公式适用于H（2）按