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[摘要]徐州西部礦區煤礦開采歷史有60a,開采形成了大面積的采空區。西部礦區采空區的埋藏深度較大,地表沉陷范圍廣,沉陷差異也較大。通過對西部礦區煤礦開采資料的收集后,總結和歸納了西部采空區的特點,有利于掌握采空區地表移動規律。目前局部區域由于終采時間短,地表殘余變形較大,尚存在不穩定的采空區,這對于建設工程的選址規劃及土地利用造成不利的影響。研究西部采空區的特點,對該區域巖土工程勘察及場地穩定性和適宜性評價具有重要的意義。
[關鍵詞]采空區;穩定性;適宜性
引言
徐州市西部由于煤礦地下的開采形成了大面積的采空區,導致地表形成了大范圍的沉陷區。地表的沉陷嚴重影響了土地的利用和開發。截止到2016年12月,西部礦區的所有煤礦全部停采閉坑,多年來形成的沉陷區面積約11067公頃,涉及的行政區有徐州市鼓樓區、泉山區和銅山區劉集鎮、柳泉鎮、柳新鎮、大彭鎮、漢王鎮[1]。隨著徐州市經濟的快速發展和城市規模的不斷擴大,大量的建設項目需要落地,使建設用地形成了很大的需求,而西部礦區采空區的工程地質條件存在著差異,導致地表的穩定性和建設工程的適宜性也有所不同,因此,歸納和總結徐州市西部礦區的采空區特點對建設工程的巖土工程勘察和評價工作有著重要的意義。西部礦區主要煤礦有:徐州礦務集團夾河礦、龐莊礦、張集礦、垞城礦、義安礦、新河礦、臥牛山礦、九里山礦等8個國有統配煤礦及柳泉礦、柳新礦、王莊礦、拾屯礦、大劉礦、陳樓礦、馬莊礦7個國營地方煤礦。
1地質概況
徐州西部煤田地處華北地層大區南緣,屬華北地層大區晉冀魯豫地層區徐-淮地層分區,區域地層沉積缺失奧陶系上統、志留系、泥盆系及石炭系下統,除震旦系與寒武系、奧陶系與石炭系呈假整合接觸關系,第四系與其它各時代的地層呈不整合接觸關系外,其它各地層皆呈整合接觸關系[2]。西部礦區主要含煤向斜構造有閘河向斜和九里山向斜。閘河復向斜軸向北東60°左右,長26km,寬5km,南東翼傾角45~85°,北西翼傾角約30°,向斜內的煤礦有馬莊礦、陳樓礦、新河礦、臥牛山礦和九里山礦。九里山向斜軸向北東40°,核部寬緩,為一壓扭性寬緩斜歪復式向斜,由二疊系組成,地層傾角南東翼陡北西翼緩,向斜內的煤礦有義安礦、夾河礦、大劉礦、龐莊礦、拾屯礦、王莊礦、垞城礦、柳新礦、柳泉礦和張集礦[3]。礦界分布如圖1所示。西部礦區開采的主要煤層按形成時代可劃分為中二疊統下石盒子組煤層(1煤、2煤和3煤),下二疊統山西組煤層(7煤和9煤)和石炭統太原組煤層(20煤和21煤),其中下石盒子組和山西組的煤層是主要的開采層位。
2開采概況
2.1開采歷史
徐州西部煤礦開采始于1958年,止于2016年底,開采時間約59a。相對于東部賈汪礦區歷史較短,開采的高峰期集中在1985—2005年,2010年后各煤礦因資源枯竭及國家政策的調整陸續關閉,各礦累計開采煤炭約35000萬t。西部各煤礦基本情況如表1所示。
2.2采空區分布
徐州西部采空區的分布范圍大致分為3個相對獨立的區域,即南部閘河煤田馬莊礦至九里山礦采空區,呈南西至北東向長條狀分布,中部九里山煤田義安礦至柳泉礦采空區,以夾河礦至龐莊礦分布的范圍最廣,開采形成的沉陷盆地已相互連接。西部張集礦采空區范圍相對較小。徐州西部煤礦采空區分面如圖2所示。
2.3開采煤層及頂板特征
2.3.1下石盒子組煤層1煤直接頂板為砂質泥巖、局部地區直接頂板為灰黑色泥巖,性易碎、裂隙發育,易冒落。2煤為西部礦區的主采煤層,頂板為泥巖、粉砂巖、局部地區直接頂板為砂巖,頂板總體為軟巖,易冒落。3煤頂板為砂巖或頁巖,易冒落。
2.3.2山西組煤層7煤直接頂板為砂頁巖,其大部分直接頂板與砂巖接觸,中厚層狀,致密堅硬,局部裂隙及節理發育,局部直接頂板為頁巖,較為破碎,屬中等冒落~難冒落頂板。9煤直接頂板多為砂巖,偶見泥巖偽頂,砂巖多為硅泥質膠結,具波狀或微波狀層理。其裂隙發育中等,頂板屬中等冒落~難冒落頂板。
2.3.3太原組煤層20煤煤層結構簡單,不含夾矸,頂板為石灰巖,21煤煤層結構單一,為不穩定的局部可采薄煤層;頂板為石灰巖;20煤與21煤之間間距約25m。西部礦區主要煤礦開采煤層情況如表2所示。
3采空區特點
從以上介紹可以看出,徐州西部礦區采空區特點與賈汪區煤礦采空區特點完全不同。西部礦區采空區特點歸納如下:①煤礦開采相對規范,采空區范圍明晰,資料相對齊全。西部礦區主要為徐圖2徐州西部煤礦采空區分布州礦務集團開采,其次為地方國營煤礦開采如華潤天能集團、揚州礦務局等,未有地方小煤礦開采,開采相對規范;主要采煤方法為長壁采煤法;越界開采行為較少,開采資料相對齊全。②開采時間相對較晚。最早開采的煤礦為新河礦孤山井,開采時間為1958年,其余煤礦投產時間都在1960—1980年之間,開采最悠久的采空區距今約59a。③采空區埋藏深度相對較深,范圍相對分散。西部礦區的采空區為中深層采空區和深層采空區,最深處約1300m,最淺處埋深約80m;絕大多數采空區埋深大于200m。④開采層數較多。西部礦區主要開采1煤、2煤、7煤和9煤,采空區的空間開采層數多為2~3層,局部有4~5層,采空區上下疊加增加了采空區的復雜性。⑤地表塌陷范圍廣,塌陷程度差異較大。由于開采深度相對較大,其塌陷范圍也相對較廣,一般在淺部和開采層數較多的區域,其塌陷程度也相對較大,形成大面積常年積水區,局部塌陷深度超過4m。⑥第四系厚度差異大。西部礦區第四系厚度總體由東南至西北漸厚,約25~130m,最厚處位于在張集礦區范圍。第四系厚度差異對地表造成不同的變形特點。⑦分布較多的新采空區。截止到2016年底,所有煤礦全部停采關閉,近年來開采的礦山有,張集礦、柳泉礦、柳新礦、張小樓礦、拾屯礦、王莊礦、夾河礦、大劉礦,許多采空區仍然處于移動期內,地表殘余變形量仍然很大。這種特點影響了地表土地的穩定性和建設工程的適宜性,是建設工程選址和規劃需要重點考慮的巖土工程問題。
4結論
徐州西部采空區為國營煤礦開采,開采較規范,開采歷史約60a,開采范圍廣,開采深度差異大,空間上多為2~3層采空區,大部分區域的采空區都處于殘余變形期,局部區域由于終采時間較短,地表尚處于移動期,對工程建設影響較大。了解這些特點,有助于掌握地表移動的規律,并對西部礦區土地利用及巖土工程勘察工作具有重要的參考意義。
[參考文獻]
[1]徐州國土資源局,江蘇地質調查研究院.徐州城市地質調查報告[R].南京:江蘇地質調查研究院,2017.
[2]徐州礦務集團有限公司.夾河煤礦關閉礦山(閉坑)報告[R].徐州:徐州礦務集團有限公司,2016.
[3]徐州礦務集團有限公司.張集煤礦關閉礦山(閉坑)報告[R].徐州:徐州礦務集團有限公司,2017.
作者:閆士民 湯志剛 單位:江蘇省地質礦產局