采煤塌陷区塌陷面积的预测方法与分析

２００８ ＮＯ．０９ＳＣＩＥＮＣＥ　＆　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ工　业　技　术煤碳开采后在地下形成的采空区可能造成地表塌陷，产生一定的生态环境影响和社会环境影响，是煤矿建设项目环评和生态环境保护与治理的重点。

笔者依据多年的实践，从采煤地表塌陷环境影响评价的内容、程序、预测方法、环境影响、环境综合治理技术等方面进行初步探讨。

１　采煤地表塌陷环境影响评价内容１．１确定环境影响要素根据煤碳开采的工程分析、环境现状调查，识别采煤塌陷环境影响因素，确定应重点进行评价的要素因子。

１．２确定塌陷范围根据煤田地质情况及采后塌陷影响角的大小，确定首采区及全井田的地表塌陷范围。

１．３确定塌陷深度采用概率积分法预测充分采动时地表最大下沉量、最大倾斜值、最大曲率值、最大水平移动值、最大水平变形值。

１．４动态预测输入开采时间、空间的有关参数，预测煤碳生产在任一时刻引起地表移动和变形的情况，根据需要提出煤碳开采地表塌陷的一些动态的指标。

１．５环境影响分析根据预测结果对确定的采煤塌陷环境影响因素进行分析，得出科学的环境影响评价结论。

１．６提出防治对策根据不同情况的采煤塌陷区及其对环境影响要素的不同，有针对性地提出科学合理的综合整治措施和环境管理规划。

２　采煤地表塌陷环境影响评价程序２．１准备阶段收集采煤塌陷环境影响评价的相关资料，进行初步的项目分析和环境影响因素识别；确定评价范围、选择评价方法，建立采煤塌陷环境影响预测模型。

２．２评价实施阶段运用已选定的评价方法在相应的评价范围内对识别出的环境影响因素进行定性或定量评价，对照评价标准给出评价结论，提出有针对性的对策、措施及建议，必要时进行现场调查和监测。

２．３公众参与阶段邀请地质、采煤、土地管理、环境等专家对采煤塌陷环境影响评价结论及对策、建议、措施进行技术经济论证。

２．４报告的编制完善阶段汇总各种资料、数据、环境影响预测结论和专家认证结果，确定环境影响评价的总体结构、编写环境影响评价文件。

采煤引发地面塌陷的预测及绘制地表下沉等值线的方法例作者：高艳玲来源：《中华建设科技》2013年第04期【摘要】地面塌陷是煤矿开采中常见的人为诱发的地质灾害，煤层采动后，由于大量采空区的形成，引起上覆岩层的扰动，在采空区上部形成冒落带、裂隙带、弯曲带，并最终形成地面塌陷。

利用定性与定量相结合的方法对地面塌陷地质灾害进行预测，对有效地采取防灾减灾综合防治措施具有指导意义。

【关键词】煤矿；开采；地面塌陷；预测；地表下沉；等值线1. 矿山概况山西石泉煤业有限责任公司位于襄垣县城西20Km处的夏店镇柴家岭村至下湾村一带，矿区面积12.2251Km2，批采3～15号煤层，开采标高699.97～27.97m，批准生产规模120万t/a。

开采方式为地下开采，矿井服务年限为35.4年。

自2004年建矿以来，一直未投产，目前正在基建。

2. 地质环境背景2.1矿区位于太行山西麓、长治盆地的北部边缘。

地貌类型为断块剥蚀中低山区，区内黄土梁、冲沟分布广泛，总体地势为南北高、中间低。

（2）8-2号煤层位于太原组上段中部，上距3号煤层40m左右。

顶板岩性为泥岩、砂质泥岩。

底板岩性为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩。

煤层厚度为0～1.20m，平均0.59m，埋深570～710m。

（5）山西组厚58.60m，共含煤4层，自上而下编号为1、2、3、4号，其中3号煤层为稳定可采煤层，其余1、2、4号煤层为不可采煤层，煤层总厚6.85m，含煤系数为11.69%。

（6）3号煤层位于山西组下部，上距K8砂岩32m左右。

顶板岩性为砂岩、细砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩。

底板岩性为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩。

含0～3层黑色泥岩夹矸。

结构简单～复杂。

3号煤厚5.05～7.20m，埋深530～670m，平均厚6.14m，为稳定可采煤层。

（7）硬质岩石为砂岩，软质岩石为泥岩、页岩。

砂岩、粉砂岩呈中厚层状，比较坚硬，泥岩、页岩较软弱，遇水易泥化，抗风化能力低，工程性质差，岩性较为复杂，岩层层理发育，层间结合力较差，软硬相间的岩层导致工程地质性质差异较大（表1），所夹的煤层采空后，易产生地面塌陷地质灾害。

采煤塌陷区标准一、引言采煤塌陷区是由于煤矿开采过程中，地下煤层被采空，导致地表下沉形成的区域。

随着煤炭开采的持续进行，塌陷区的面积和深度不断扩大，对自然环境和社会经济产生了严重影响。

因此，制定采煤塌陷区的治理标准，对于保护生态环境、促进社会经济发展具有重要意义。

二、塌陷区的形成1.煤矿开采方法煤矿开采方法包括露天开采和井下开采两种。

露天开采是将煤层表面的土壤和岩石剥离，直接暴露出煤层进行开采。

井下开采则是通过钻孔、巷道等方式进入煤层内部进行开采。

无论哪种开采方式，都会导致地下煤层被采空，进而引发地表下沉。

2.地表移动规律煤矿开采过程中，地表下沉是不可避免的现象。

根据地质条件、开采深度、煤层厚度等因素，地表下沉的规律和范围也会有所不同。

一般来说，地表下沉的范围会随着开采深度的增加而扩大，同时下沉的速度也会逐渐减缓。

3.塌陷面积和深度塌陷区的面积和深度取决于多个因素，包括煤层的厚度、地质条件、开采方式等。

一般来说，露天开采形成的塌陷区面积较大，而井下开采形成的塌陷区面积较小。

同时，随着煤矿开采的进行，塌陷区的深度也会逐渐增加。

三、塌陷区的分类1.按塌陷程度分类根据地表下沉的程度，可以将塌陷区分为轻度塌陷区、中度塌陷区和重度塌陷区。

轻度塌陷区地表下沉较小，对生态环境和社会经济影响较小；中度塌陷区地表下沉较大，对生态环境和社会经济有一定影响；重度塌陷区地表下沉很大，对生态环境和社会经济影响较大。

2.按塌陷影响范围分类根据塌陷区对周边环境的影响范围，可以将塌陷区分为局部塌陷区和区域性塌陷区。

局部塌陷区仅对周边一定范围内的环境产生影响；区域性塌陷区则对周边较大范围内的环境产生影响。

四、塌陷区的危害1.对自然环境的影响塌陷区会导致地表下沉、土壤疏松、水源污染等问题，进而影响植被的生长和动物的栖息。

同时，塌陷区还可能引发山体滑坡、泥石流等自然灾害。

2.对社会经济的影响塌陷区会破坏道路、桥梁等基础设施，影响交通运输和经济发展。

采煤塌陷区塌陷面积的预测方法与分析2005年11月12日摘要：本文在煤矿开采沉陷理论的基础上，导出了塌陷面积和万吨塌陷亩数的通用计算公式，同时，对影响塌陷面积的主要因素进行了深入分析，从而为煤矿塌陷区面积的预测和计算提供了理论依据。

关键词塌陷区塌陷面积预测与分析1 万吨塌陷面积的计算公式1.1 按长圆形计算如图1所示，设地面平坦，采空区为长壁大冒顶矩形采区，采区倾向长为L0，走向长为S0；L0和S0在平面图上的投影长度分别为a和b。

开采边界为ABCD，其面积为F。

由地表塌陷角β、γ和δ圈定的地表塌陷范围a1a2b1b2c1c2d1d2可近似视为由直线和圆弧组成的长圆形，设其面积为F′，取a,b的单位为米，面积F的单位为亩，则煤层开采面积F为：（1）长圆形的地表塌陷面积F′可满足工程需要的近似计算公式为：（2）或（3）图1 采煤塌陷面积计算示意图式中α为煤层倾角，dβ、dγ、dδ分别为走向、倾向下山和倾向上山主断面开采边界至塌陷边界的水平距离，可按下式计算：dδ＝Hctgδ；dβ＝Hxctgβ；dγ＝Hsctgγ（4）式中δ、β、γ分别为走向、下山、上山地表塌陷角，一般平地按移动角，山区按裂缝角取值。

当开采煤层为水平时，α＝0；Hx＝Hs＝Hz；β＝γ＝δ；dδ＝dβ＝dγ＝Hctgδ=d，则有F0＝a.b（5）F′0＝［a.b+2(a+b)d+πd2］.10－6（km2）（6）F′0＝［F＋2（a+b)d+πd2］.0．0015（亩）（7）设煤炭采出量为Q（万t），采高为M（m），煤的容重为γ（t／m3），回采率为c，则（8）因而采出万吨原煤的地表塌陷亩数（简称万吨塌陷率或万吨塌陷亩数）P应为当开采水平煤层时，万吨塌陷亩数P0可表示为1.2 按椭圆面积计算地表塌陷面积F′亦可近似地按椭圆面积计算，此时F′可表示为：或（km2）（15）则万吨塌陷亩数P′可表示为：当开采煤层为水平时，则有或因而此时的万吨塌陷亩数P′0可表示为：度和层数有某种反比函数关系。

采矿区塌陷及沉陷区治理方式探析摘要：地表沉陷是由采矿采空区所引发的，随着大规模的煤炭从地下采出，采空区范围不断扩大和加深，必然会导致严重的地质环境问题的发生。

我国部分地区由采矿区引发的地质环境问题首当其冲，塌陷坑、地裂缝、沉陷区等所造成环境危害和修复难度也最大，通过加强采矿区塌陷及沉陷区治理方式的深入研究与探讨，对采空区地面沉陷区的形成与治理方式进行了初步探讨，为其综合治理提供了一些方法，对实现绿色矿山建设和可持续发展具有十分重要的意义。

关键词：采矿区；塌陷；沉陷区；治理方式引言在实际开展采矿沉陷区治理工作的过程中，相关人员应该有效结合采矿沉陷区所属类型和当地实际情况，选择适宜的综合治理模式，不但要有效地修复自然生态系统，还要为整个矿区可持续发展提供有效保障。

1采矿区塌陷及沉陷区的形成及危害沉陷区形成原因主要有两点：第一，大面积长时间的采矿开采，地下逐渐形成了采空区，采矿区内岩层稳定性变差，易导致岩层断裂、弯曲，地表水平及垂直移动等现象；第二，因开采矿区的水文地质条件影响比较复杂，受采空扰动的影响，巷道顶板塌落，形成采矿区。

由于沉陷区的形成改变了水文地质条件，地表水系受到破坏，周围水系受到严重影响，特别是对于平原矿区，地下水位较浅且降水集中，随着采矿区形成，地表会形成沉陷水域，进一步使沉陷区内可利用土地面积减少，自然景观被破坏，动植物栖息环境受影响，生物多样性锐减，因此对于沉陷区治理迫在眉睫。

2采矿区形成过程采矿区是指在采矿作业过程中，将地下煤炭或煤岩石等开采完成后留下的空洞或空腔。

在采矿工程开采过程需要将地下煤炭资源开采运走，一般会在掘进过程中，采用类似道路上过山隧道方法，逐步打通地下煤炭所在位置到采矿井口间的隧道，一般会将开采过程中遇到的矿石、煤炭等运送到地面，以便形成合理的运送和开采作业面，随着煤炭和其他矿石的不断运出，地下形成了采矿区。

由于开采工艺和使用技术不同，采矿区略有差别，一般会以采矿井口为中心，向煤炭资源存储点形成采煤巷道，采煤巷道类似过山隧道的形状。

开发研究采煤区地面塌陷问题分析张青云（贵州大学矿业学院，贵州贵阳550025）：近几年，中国的土地资源尤其是耕地资源方面遭受了极大的损失，人地之间的冲突日益凸显。

采煤塌陷土地是中国重要的预备土地资源，经过一系列开垦，使土地可持续发展，为中国的人地冲突提供缓冲地带。

采煤区一般主要从事农业生产，平原地带人口较多，煤炭开采会导致地面塌陷，构成一种特别的塌陷积水形式。

笔者经过研究，对此地面塌陷以及耕地损坏状况有一定了解，同时结合此地经济与技术需求给出一系列治理措施，希望能为土地塌陷积水问题防治提供借鉴。

：采煤区；地面塌陷；问题分析中国具有非常充裕的煤炭资源，煤炭总量、明确储存量和年开采量在世界上都名列前茅。

新中国成立至今，煤炭在中国能源生产以及消耗中始终占有最重要的位置，但绝大部分原煤都从地下开采，煤田地质条件非常特殊，同时由于在经济发展阶段经历了范围大、强度较高的开采，地球表面与岩石圈难以维持应有的平衡状态，地形日渐变化，环境隐患逐渐浮出水面。

1采煤区地面塌陷现状在很长一段时间内，中国的能源消费结构核心都是煤炭，这一能源消费结构在很大程度上容易造成酸雨、二氧化硫和烟尘等煤烟型空气污染，直接导致中国污染物排放量在国际上排名第二；除此之外，煤炭开采和生产过程中对土地资源进行了大范围的挖废、塌陷以及强占，阻碍耕地保护工作。

据调查显示，一直到年末，我国一共毁坏了万左右的土地，很大一部分土地毁坏都由采煤活动导致，采煤塌陷地每一年平均增长～万，煤矿区环境也遭受到大范围毁坏。

中国具备非常充裕的地下煤炭资源，多年来都没有停止开采，长时间的煤炭开采、加工、储存、运输以及燃烧导致许多环境问题，比如强占或毁坏土地资源、污染水资源和空气环境等。

以上种种环境问题之中最为严峻的就是煤炭开采导致的大范围土地塌陷，塌陷区土地资源遭受毁坏，人地冲突显著，矿区人民难以维持生产和生活，不利于社会稳定。

2采煤塌陷地问题的影响分析2.1对地表形态和土壤结构的破坏潘安村在开采沉陷之前，地势相对平缓，沉陷之后地势具体体现为下沉、积水以及坡地。

1 矿产资源开采引发的地面塌陷大规模的矿产资源的开采，会造成大面积的采矿地面塌陷及伴随而发生的地表水、浅层地下水的漏失现象，对农业生态系统造成严重危害和影响。

社会发展客观需要对采矿塌陷地进行研究，为地方政府科学合理地治理和恢复生态环境提供参考，为矿山企业优化生产布局、避免和减少塌陷灾害的发生提供依据，从而促进区域的可持续发展。

下面以商都县卯都乡团结村萤石矿矿山开采为例，简要说明矿产资源开采引发的地面塌陷及生态环境问题。

内蒙古自治区商都县卯都乡团结村萤石矿为内蒙古自治区乌兰察布市商都县卯都乡所辖。

矿山设计生产规模为年采矿石2 000t，开采方式为地下开采，属小型矿山。

主要可能引发的地质灾害为地面塌陷。

结合矿区地质环境条件、矿体赋存特征及矿体开采后形成采空区的最大地表影响半径，经计算，地面塌陷(沉陷)影响范围为0.0034km2。

1.1 地面塌陷范围预测采空区形成地面塌陷的范围大小与围岩的岩性、力学强度、风化程度、节理裂隙发育程度、软弱结构面的发育程度、地下水条件、岩层产状以及矿体的产状、矿体开采方式、顶底板处理方法等多种因素有关。

目前控制的矿体长度约129m，矿体厚度1m~2m,矿体平均厚度1.6m，走向北西323°，倾向53°，倾角75°左右，属倾斜矿体。

根据矿体的赋存条件和开采条件，随着矿层全面开采，会形成采空区，从而产生地面塌陷。

根据公式H=Am，选取矿体采深采厚比A等于30(为地面塌陷临界值)、矿体厚度(m)取最大厚度 2m，以此确定引发地面塌陷的矿体开采深度H为60m。

而实际矿体的最大开采深度为20m。

由此确定矿层全面开采后引发的地质灾害为地面塌陷。

据《岩土工程勘察设计手册》(第三版)“地表移动和变形的预测方法”对矿区内采空区形成的塌陷及影响范围进行预测，评价采用以下公式：采空区最大地表影响半径(塌陷半径)r=H/tgβ式中：H-开采深度(m)；β-移动角(倾角)，硬岩一般为65°(75°)。

区域治理环境治理与发展经济发展带来了煤矿资源开采规模的不断扩大，但是同时也造成了采煤区大面积的出现塌陷，这对农业生产、社会生活都造成了严重的破坏。

相关部门应该清醒地认识到采煤塌陷区域治理工程存在的问题，根据煤矿采煤塌陷区域特点，对治理方式进行完善，实现经济效益与社会影响和谐发展，推动煤矿采煤塌陷区域利用的可持续发展。

一、采煤塌陷区概述地面塌陷是指地表岩、土体在自然或人为因素作用下，向下陷落，并在地面形成塌陷坑（洞）的一种地质现象。

采煤塌陷是指由于井下开采煤炭，引起煤炭上覆岩层和地表的下沉，导致大量土地沉陷的现象。

这种现象一旦发生会对生态环境和人身安全造成无法想象的破坏和影响。

塌陷区的形成也跟自然因素有关，如下伏岩层多为砂岩、泥质岩等的情况下，当遇到构造断裂时，容易造成地层塌陷。

除此之外，人为活动的因素也非常重要，高强度的开采加剧了塌陷区的形成，同时人类工程的活动在采煤疏排地下水时，破坏水系统的平衡，也会导致塌陷。

按照稳定程度来分，采煤塌陷区主要分为稳沉塌陷区、未稳沉塌陷区、待塌陷区。

其中，稳沉塌陷区包括积水稳定塌陷区、季节性积水稳定塌陷区和无积水稳定塌陷区。

未稳沉塌陷区包括积水不稳定塌陷区、季节性积水不稳定塌陷区和无积水不稳定塌陷区。

待塌陷区是指在煤田范围内将塌陷而未塌陷的土地。

二、采煤区塌陷现象的主要成因1自然因素地质运动对矿床结构产生强烈的作用力，破坏采煤区地质岩层构造，进而引发了区域性的塌陷现象。

水文灾害是自然界中最为常见的危害现象，其是由地质层构造异常运动引起的，并且随着地下水运动流向而形成不同的破坏区域最近几年国内水文病害的发生率持续上升，洪涝、水灾等，这些都有可能造成地质塌陷。

2人为因素随着社会经济的快速发展，人们改造自然的活动越来越多，人为因素也是造成采煤区塌陷的主要原因。

例如，地下排水管、污水管破裂、邻近建筑施工等改造行为，引起的地下水位急剧变化等都可能引起地面塌陷。

也有部分是生产作业造成，大面积生产均会带来不同程度的塌陷。