晓南矿深部开采重复采动引发地裂缝产生规律浅析

◎陈德新 梁树民

铁煤集团晓南矿所处的地理坐标位于21带，东经123°为起点，海拔标高为+57m～+75m。铁法盆地在大地构造中的位置，总体为一近似菱形的盆地。晓南井田位于铁法煤田南部，晓南井田北邻小青井田，西邻大兴井田，南邻蔡牛井田。随着晓南矿开采的不断深入，地下采空区引发的地质灾害给矿区周围居民生产、生活带来了严重的经济损失，本文研究深部开采重复采动后地表地裂缝产生的规律，经实地测量后，井田区域内共发现了23条地裂缝，经过总结计算求出岩层裂缝角，为矿今后在同样地质条件下开采下沉区域内建筑物的动迁及地面灾害防治工作提供依据。

一、引言

近年来铁法矿区并无地震发生，但地裂缝缺频繁出现，仅在晓南井田区域自2010年起就发现？条地裂缝，尤其在近3年内地裂缝发生次数更为频繁，地裂缝造成农田开裂，民房受损等直接灾害，也为污染地下水提供直接渠道，矿山开采地裂缝灾害所带来的损失也是不容小觑的，严重时会阻碍社会的持续发展并威胁到人民的安全。

二、地裂缝调查情况

2018年9月14日晓南井田区域突降暴雨，2018年9月17日上午，宋荒地村委会、张庄村委会分别向晓南矿反映，在村耕地上发现地裂缝。随后，经晓南矿相关人员现场初步查看，上述区域耕地上确有新地裂缝，宋荒地村耕地内共发现10条地裂，总长3905米。张庄村耕地内共发现10条地裂，总长2986米；刘景荒地村村耕地内共发现5条地裂，总长647米。通过测量人员对实地地裂缝测量，这些地裂缝断断续续发生，最长的地裂缝长度约920米，最短的地裂缝长度约110米，地表呈串珠状塌陷，锯齿状弯曲，地裂缝总体走向为弧线。具体位置如图1：

图1：地裂缝位置图

三、地裂缝产生原因

未经开采的含煤岩系原始地应力相互平衡，不同岩性岩石之间保持相对均衡稳定。但在煤炭资源开发条件下，随着采矿活动持续进行，循序渐进的产生采空区，连续改变岩层及其围岩的原始应力状态，采空区上部逐渐垮落，其上覆岩层移动形成三带，即跨落带、裂隙带和缓慢下沉带。地表形成“锅底式“下沉，随着开采深部增加，开采煤层增多，目前晓南矿二水平工作面开采属于深部开采重复采动，这就造成地表重复下沉，随着工作面逐渐开采，随着地下开采工作面逐步向前推进，煤层顶板临空面积不断扩大，上覆岩体重量随之不断增加。而当煤层顶板岩体拉伸应力达到或超过岩体力学抗拉极限时，采空区煤层顶板岩层便会发生垂向或侧向拉伸位移变形。这种拉伸位移变形一般以横梁或者悬臂梁形式沿岩层层面法线方向向下弯曲，并沿层面产生断裂、离层空间和层间裂隙，同时导致地层破碎和冒顶塌落现象。当拉伸位移变形接近或直达采空区上覆地表时，若地应力呈线状释放便形成地裂缝。

四、地裂缝发展规律及岩层裂缝角实测

通过对地裂缝实测，比照晓南矿近几年开采的工作面，确定宋荒地村、张庄村和刘景荒地村耕地上的地裂缝是受晓南矿工作面采煤沉陷影响。受2017年开采的SE-1403工作面采煤沉陷影响，在张庄村委会至宋荒地村道路西侧，共发现4条地裂缝；受2016年开采的SW1402工作面采煤沉陷采影响，在晓南矿西二沙井南、西、北三侧，共发现6条地裂缝；在张庄村道东共发现6条地裂缝；在张庄村道西（与大兴矿井田边界上）共发现3条地裂缝。在晓南矿至张庄村道东发现3条地裂缝。受2012年开采的SW1407工作面采煤沉陷影响，在刘景荒地养鱼池西侧发现1条长74米长地裂缝。通过对地裂缝实测，结合工作面实际位置，根据采空区边界附近地表最外面的地裂缝与采空区控制边界煤层底板点的连线倾角确定晓南井田深部开采重复采动引起的岩层裂缝角为40°。

五、地裂缝问题探讨与防治

地裂缝成因首先是井下工作面开采引起地表塌陷，在自燃降雨，开采程度不断加大的情况下不断扩大明显，其分布基本上与工作面顺槽和切眼方向一致，并伴着开采进度逐渐加宽加长，裂缝上的隐伏状态裂缝也会有所表现。由于人类对煤炭资源的开采日益增多，地裂缝一旦形成只能是不断加深加宽，难以治理。地裂缝带来的灾害使耕地开裂，塌陷漏水，使民房道路损害，地下水污染加快加深，更有可能引起地表水通过地裂缝导入井下造成灾害，地裂缝带来的损失不可估量。地裂缝是构造应力和人类开采活动共同作用的产物，地裂缝的不断发展给我们敲响了警钟，我们不能视而不见，任其发展。

防治原则是合理避让预防和减缓灾害的发展，一经发现应及时填平夯实以地表水作用加速地裂缝的发展，节约和减少地下资源的开采才是最根本的方法。

六、结论

晓南井田深部开采重复采动引起的岩层裂缝角40°。地裂缝宽度在1.5米至3米，深度在0.8米至2.0米，裂缝带上裂缝的深度不一致；地裂缝延伸方向与顺槽和切眼方向基本一致并呈阶梯状成组出现；地裂缝一般在工作面开采6个月后首次出现，暴雨过后是地裂缝产生的高发时期。