枣庄某石膏矿老采空区塌陷分析.doc.doc

枣庄某石膏矿老采空区塌陷分析[ 摘要] 本文依据枣庄某石膏矿老采空区地表塌陷现状特点, 应用反分析的方法, 从矿柱稳定性、护顶板厚度及最大下沉值三个方面对地面塌陷的原因进行分析。认为影响房柱式开采地面塌陷的原因主要是矿柱尺寸, 护顶板厚度, 另外与矿房的尺寸、地质构造等亦存在密切关系。本文为类似项目进行地面塌陷预测、地基稳定性评价及老采空区治理等提供参考。[ 关键词] 石膏矿;房柱式;矿柱;护顶板;塌陷 1. 地质条件该区域属成武~枣庄坳陷, 位于韩庄~四户地堑内。该地堑呈东西向分布, 长达 70km ,宽5~ 10km 。古近纪地层由下第三系大汶口组( E2-3dw ) 组成。其上大部分被第四系覆盖, 仅在西部微山岛、韩庄一带有基岩零星出露。该地堑是较老的 NW 向构造基础上产生的 EW 向地堑, 它切割了纬向构造、次级 NE 向分枝的徐州弧北东段。新华夏系构造重叠其上。区内第四系广布,顶部为 - 的腐殖土,上部为黄揭色粘土夹砂质粘土, 富含姜结石, 中下部为紫红色粘土, 含少量砂姜结石, 本层厚 17-31m 。基岩地层为古近系大汶口组中段( ( E2-3dw2 ) ,为含膏岩系,由一个泥岩层和一个石膏岩层组成。泥岩为褐色、浅褐色, 含砂质, 间夹浅褐色中- 细粒长石、石英砂岩,岩性较单一,膏层平均厚 9m ,位于本段最下部。本段总厚度 35-60m 。基岩主要由泥岩、砂岩组成, 灰白、灰黑、灰绿、紫红等颜色, 具泥质或砂质结构,岩石由矿物碎屑和胶结物组成。矿层顶底板岩石主要为砂岩, 与矿层呈整合接触, 其顶板岩石裂隙不发育, 水文地质条件简单, 据开采证实, 顶板稳固性一般, 井下未见淋水。矿层及顶、底板强度见下表: 表1 矿层及顶、底板抗压抗剪强度表 2. 塌陷原因分析 矿柱分析当选取 Bieniawski 矿柱强度进行矿柱稳定性计算时当需要考虑由于矿柱长期负载而失稳可能对地表建筑物造成损害时, 在对矿柱强度的长时效应以及矿柱所受的载荷和矿柱强度随时间的变化进行仔细的评估情况下,矿柱的安全系数取值如下: 公共道路、机动车房:安全系数 Fs= ; 住宅、办公室、工业建筑:安全系数 Fs= ; 医院、学校、寺庙、水坝:安全系数 Fs= 。根据 Bieniawsk i 公式计算出该石膏矿山井下典型矿柱的安全系数 Fs: 式中: Sl- 矿岩强度参数,按本矿区报告取 16940KPa ; h- 矿柱的高度, m; a- 为常数;试验表明而当矿柱的宽高比小于 5 时, a=. r- 岩石容重:取 23kN/m? ; z- 埋藏深度, m; Wo, Wp,- 分别为矿房和矿柱的宽度, m; LO, LP,- 分别为矿房与矿柱的长度, m。通过现场抽样典型矿柱(柱 1~3 ,具体位置见图 1 井上下对照图)进行稳定性计算, 得出矿柱 1 的安全系数 , 小于 , 较危险;柱3安全系数 ,较安全。具体见表 2: 护顶板分析一般情况下, 矿山生产过程中若能严格按照设计要求进行矿体开采活动, 采空区发生地面塌陷的可能性小, 这已经被枣庄石膏矿区许多矿井实际生产情况所证明。由于矿井巷道、房室矿层顶底板岩性为泥、砂岩,抗风化及耐水浸能力差, 稳定性差, 矿层开采后, 泥岩遇水或直接暴容易