米箩煤矿110102工作面开采引发山体开裂稳定性分析

靳雪姣，王彤标，陈金宏

(贵州煤设地质工程有限责任公司，贵阳 550025)

1 引言

米箩煤矿110102工作面开采后，上部山体发生多处小型崩塌、地裂缝。因山体下方民房密布，为避免发生更大型的地质灾害而危及下方人员安全，矿方立即停采并设置了监测站点(J1～J11，见图1)进行定时监测，同时进行了山体稳定性评价。

本文通过对现状地质灾害的研究，采用多种方法对未来地质灾害及隐患的发展趋势、影响范围进行了分析，提出了正确对待地质灾害隐患、客观决策的观点。

2 地质环境条件

调查区属构造侵蚀剥蚀中山地貌，总体北高南低，海拔高程+1 850～+ 1 040 m，相对高差约810.0 m。煤系地层分布地段地势稍平缓，民房众多；飞仙关地层多呈逆向陡坡。

区内出露地层包括第四系(Q)、三叠系下统飞仙关组碎屑岩组(T1f)、二叠系上统龙潭组碎屑岩组(P3l)。龙潭组含可采与局部可采煤层15层，总厚约456 m；飞仙关组总厚约338 m；第四系覆盖层厚0～10 m。

区内为单斜构造，地层倾向北东11°，倾角10°～22°，节理发育密度1～2条/m，主要有180°∠75°、50°∠10°两组。区内发育F16、F18、F19断层。地震基本烈度Ⅵ度。

区内岩、土富水性弱，大气降水通过岩、土中的风化裂隙、构造裂隙、孔隙等渗入地下，并通过层间裂隙迳流，以泉的形式向南部地势低洼处和巴郎河谷中排泄。

区内在煤层出露地带分布有多个采深10～30 m的小窑，2003年已全部关闭(见图1)。

3 米萝煤矿生产概况

米箩煤矿年设计能力120×104t，采用走向长壁式采煤法，自然冒落法管理顶板，最先形成110102采煤工作面。工作面外段从2012年9底开始由东向西回采1#和3#煤层(合并开采，一次采全高3.5 m)，2012年底结束(采空区长约288 m、宽约119 m)；里段从2013年2月初开始回采到2013年3月15日(采空区长约179 m、宽约164 m)，之后停产至2013年11月才恢复开采(见图1)。

图1 地质环境简图

4 地质灾害及隐患

4.1 崩塌(BT)

BT1长70 m、宽30 m，崩落高度44 m，2013年6月发现；BT2长50 m、宽35 m，崩落高度40 m，2014年2月发现。崩塌后沿最短路径垮向就近山沟，崩落在同一堆积带。堆积体高约30 m、长约50 m、宽约40 m，方量约2×104m3。两处崩塌均发生在地势较陡地段，下方见小窑巷道及采空(图2、3)。

图2 BT1及下方崩落堆积带

图3 BT1与BT2崩塌堆积带

图4 DL1局部

图5 DL2局部

4.2 地裂缝(DL)

DL1倾向南东、倾角70°，长139 m、最宽30 cm，南侧下错0～30 cm；DL2倾向北东、倾角70°，长218 m、最宽50 cm，南侧下错0～50 cm；DL3倾向北东、倾角75°，长38 m、最宽50 cm。地裂缝分布地段地形坡度小于35°(图4、5)。

4.3 危岩带(WY)

WY1临空面倾向190°，长60 m，体积约9 000 m3；WY2临空面倾向176°，长35 m，体积约3 500 m3。两处危岩体坡度极陡，节理裂隙、后部卸荷裂隙发育(图6、7)。

图6 危岩带WY1

图7 危岩带WY2

现状地质灾害均发生于110102工作面开采影响移动角范围内，根据《煤矿采空区岩土工程勘察规范》、《采空区公路设计与施工技术细则》，按停采时间确定该长壁式工作面充分采动情况下采空区上方场地稳定性等级为不稳定，矿方的监测结果也表明该地段处于地表移动活跃期，说明现状崩塌、地裂缝仍将发展。

5 崩塌体影响范围分析

鉴于现状崩塌仍将发展，故需评估其影响范围。

根据岩石节理发育密度、已崩落单个块体尺寸，将崩落岩石按1 m×1 m×1 m考虑，将岩石起崩阶段均视为自由落体运动，按《地质灾害理论与控制》中计算公式计算崩落单体的最大运动距离，以圈定崩塌影响范围。

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同理计算BT2的运动平距为141.2 m。

根据计算的影响范围可知，崩塌发展不会影响下方民房。

6 危岩带稳定性及影响范围分析

根据《地质灾害控制与理论》公式1.21，计算得WY1的稳定性系数FS=1.02，WY2的稳定性系数FS=1.04，说明危岩体处于欠稳定状态。

根据赤平投影分析(图8、9)，WY1坡面最大坡度68°，WY2坡面最大坡度63°，邻近现状崩塌且节理、卸荷裂隙发育，坡体处于欠稳定-基本稳定状态。

图8 WY1赤平投影图

图9 WY2赤平投影图

根据《建筑边坡工程技术规范》及《工程地质手册》，对无外倾结构面的岩质边坡，岩体破裂角按δ=45°+ψ/2确定，即当山体坡面坡脚小于该值时，山体不会产生大面积崩塌或滑坡。本区内岩石以粉砂岩、粉砂质泥岩为主，根据相关资料及经验数据确定崩落破裂角为δ=45°+26°/2=58°，而实际地形坡度大于58°。

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》中对采动坡体崩塌角(β)参考值的规定，中硬质砂岩崩塌角取50°～55°。

综上，结合现场情况，确定本场区岩石崩落角取值55°。危岩体WY1、WY2及其它自然坡面坡度大于55°的地段，随着破裂面不断发展贯通，在暴雨或者开采扰动等不利因素的诱发下，危岩裂隙水压增加，岩体力学参数降低，可能会演变为崩塌。但结合地形地貌、地层岩性、地质构造、裂隙发育特征等，不可能产生岩体顺层滑动、整体倾倒破坏的现象，而是以小规模单体岩块逐步崩落的形式破坏。

自然坡面小于55°的地段，煤矿采动后地面破坏形式为地裂缝，不会产生崩塌。

根据工程地质比拟法分析危岩体与周边地质灾害的相似性及差异性，结合现场对相邻同类自然坡面调查，借鉴两侧相邻崩塌的危害情况，按BT2的最远影响距离163 m确定WY1、WY2的最大影响范围，不会影响下方民房。

7 地质灾害发展趋势分析

(1) 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》，结合观测资料、现场调查、工作面埋深分析，就本工作面而言，崩塌、地裂缝发生于活跃期，工作面外段已进入衰退期，而里段将逐步进入衰退期。随着时间推移，未来现状地质灾害将趋于稳定，进一步加剧的可能性不大。

(2) 随着未来本工作面继续开采，地面变形将自SEE-NWW方向逐渐加剧，未来在BT2以西的山头将进入沉降活跃期，WY2等地势较陡地段发生崩塌的可能性大，WY2以西地形相对较缓的坡体发生地裂缝的可能性大。

(3) BT1、BT2及WY1、WY2受两组节理控制，节理倾向与坡面倾向一致，但节理倾角较大、发育密度较大，推测未来不会发生大规模的整体山体崩塌，以单体岩块逐渐崩落的形式塌落。

(4) 在本工作面单层开采的情况下，崩塌、地裂缝的影响范围不会波及民房。该地段其它煤层采动时，应考虑重复采动的影响，加强地表观测，以帮助正确判定地面变形的破坏方式、破坏程度及危害范围。

8 结论

(1) 贵州山区煤矿开采引发地面变形较严重，但一般不会形成较规则的移动盆地，山体变形以开裂、崩塌为主，评价时应选择较适合的分析方法。

(2) 由于部分开裂山体下方有民居分布，容易引发民众的恐慌心理，所以评价煤矿开采引发山体变形的趋势及危害程度时应客观、科学，既不能盲目乐观，也不能一味求安全、偏保守，以便帮助有关部门正确对待地质灾害隐患、客观决策。

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