杨 青* 邹 继 宋建贵 梅 军

（湖南省工程地质矿山地质调查监测所，湖南 长沙 410000）

煤矿开采不仅为我国的国民经济做出了巨大的贡献，同时也带来了一定的环境问题[1-4]，随着国民经济的高质量发展，为推动国家能源改革，使煤炭产业走上“减、优、绿”之路，政策性的关闭了一些煤矿，关闭煤矿后续的地质环境治理和土地资源开发利用问题仍然是当地政府的重点工作。

本次工作以杉桥煤矿开采历史为研究背景，在资料收集及环境地质调查成果的基础上，以终采时间为主要因素，结合地面变形特征和采深采厚比对采空区稳定性进行综合评价及分区，为当地政府对土地资源的开发利用提供地质依据。

1 研究区概况

1.1 地形地貌

研究区地处衡阳盆地中北部，归属湖南省衡阳县东南的杉桥镇管辖，面积2.95km2。区内以丘陵地貌为主，地势总体上为北高南低，中部为山丘，东、西部为宽缓冲沟，最高点位于研究区北侧一带，三镇殿西北侧山坡顶，海拔199.1m，最低点位于研究区南侧冲沟鸭世塘附近，海拔63m，两者相差136.1m。

1.2 地层岩性

研究区出露的地层由新至老分别为第四系（Q），白垩系上段（K2）、下段（K1），侏罗系中统沙井组（J22s)，侏罗系下统观音滩组塔坝口段（J12t）、排家冲段（J11p），三叠系上统杨柏冲组（T3y）、泥盆系中统棋子桥组（D2q）、泥盆系中统跳马涧组（D2t）、元古界板溪群（Pt)。其中三叠系上统杨柏冲组（T3y）为矿区的含煤地层，岩性以泥质粉砂岩、砂质泥岩为主，夹有泥岩、煤层和少量细砂岩，一般厚约58m，含煤7 层。

1.3 地质构造

研究区白垩系红层为宽缓的枢纽北起南伏的倾伏背斜，而煤系地层则属于一半隐伏的走向北北西、倾向南西西、倾角40°～50°的简单的单斜构造。区内发育2 组断裂共9 条，一组断裂为与地层走向近于平行、断面西倾的3 条压性分支断裂，分别于矿区北部、中部和南部与主干断裂呈锐角相交，平面上呈“入”字形构造；另一组与主干断裂近于垂直，为高角度张性断裂，这组断裂常切割走向分支断裂，且多呈南盘下降、北盘上升，为主干断裂的配套构造。

2 采空区分布特征

据收集资料，矿山以往开采煤层为82、91、92、102煤层，主采煤层为91、92煤层，局部可采煤层为82、102煤层。82煤层仅南北两端可采，+50m～-150m 水平于2004 年前已大部采完，仅剩南部走向约20m 未采完，-150m～-300m 水平尚未采动。102煤层仅南北两端可采，+50m～-150m 水平于2004 年前已采完，-150m～-300m 水平尚未采动。91煤层全区发育，+100m～-150m 水平于2004年前已采完，-150m～-240m 水平中北部于2010-2014年间陆续开采部分范围，-240m～-300m 水平尚未采动。92煤层区内大部分面积可采，南部有部分面积不可采，+100m～-150m 水平于2004 年前已采完，-150m～-250m 水平中北部于2010-2014 年间陆续开采部分范围，-250m～-300m 水平尚未采动。

杉桥煤矿经过近40 年的开采，现已形成0.465km2的地下采空区，由于不同煤层开采的位置不同，故将采空区分为5 部分：1 号采空区82、91、92、102煤层均有开采，2 号采空区主要开采91、92煤层，3 号采空区主要开采91煤层，4 号采空区82、91、92、102煤层均有开采，5 号采空区仅开采91、92煤层。采空区的分布情况见图1 所示。

图1 采空区与煤层底板等高线图

3 地面变形地质灾害特征

地面变形地质灾害是指在一定的自然条件和人为因素作用下，地下一定范围内的岩土体压缩、位移等活动引起的地面下沉、塌落、开裂，对工程设施、城乡环境以及人民生命财产造成危害的现象，因地面变形引起塌陷坑、地裂缝及建筑损毁的现象属于地面变形特征[5-7]。

3.1 地面塌陷

据现状调查及收集资料统计（截止到2018 年4 月），矿山于2015 年年初封堵、关闭，研究区共发生采空地面塌陷47 处，地面塌陷现象最早出现在1984 年，大多数塌陷坑发生塌陷的时间在2003 年到2015 年之间，2015 年至2017 年发生1 处塌陷。塌陷坑平面形状为椭圆形或圆形，剖面形状为漏斗状，规模均为小型，塌陷坑长轴0.5-8m，短轴1-5m，最大深度约3m，塌陷坑多集中分布在杉桥村古家排、下杉桥及集福村鸭世塘一带。

3.2 地裂缝

研究区范围内发育地裂缝有4处，位于采空区边界及塌陷盆地边缘，裂缝的走向与采空区边界斜交，据调查访问地裂缝发生时间为2009 年至2014 年，2015 年以后未见地裂缝发育，与矿山开采有一定的时空对应关系，地裂缝长20m～300m，宽0.05m～0.3m，近年来未见进一步加剧现象。

3.3 建筑损毁

据现场调查，研究区范围内因矿业活动受损的建筑物有56 处，受损的建筑多为砖土或砖混结构。随着采深越大，地表移动盆地的范围越大[8]，研究区主采煤层9 煤层最大采深约342m，采空区地表移动盆地影响宽度约为850m，最大下沉值达1.0m，建筑物的损毁与采空区地表移动密切，基本位于采空区地表移动盆地范围内，少数在盆地边缘附近。

4 采空区场地稳定性评价

因无地表移动变形实测资料，本次评价工作选择开采条件判别法，在资料收集及环境地质调查成果基础上，以终采时间为主要因素（截止到2018 年4 月），结合采空区采深采厚比、地面变形特征评价因子进行稳定性分区评价，划分为不稳定、相对稳定和稳定三个等级[9-10]，最后综合分析各个因子评价结果，确定对研究区场地稳定性的分区评价。

4.1 终采时间

终采时间即自终采延续到现今的时间，首先以终采时间作为主控因素进行划分。由于杉桥煤矿无采空区地表移动变形监测数据，故依照《煤矿采空区岩土工程勘察规范》H.0.6，当采空区采深小于400m 时，矿山开采地表移动的持续时间按公式T（d）=2.5H0，H0为采深（m）计算，矿山采空区最大采深为342m，地表移动延续时间T=2.5*342=855d，矿山于2014 年底停产，2015 年2 月2日封堵、关闭，依据表1 采空区终采时间t＞1.2T 且t＞730，判定采空区全区为稳定区。

4.2 地面变形特征

据现场调查，矿区地表整体呈现下沉的趋势，在不同的区域产生不同的位移变形，塌陷坑及地裂缝主要发生在采空区内及边缘，受损房屋主要分布在地表移动盆地中间及边缘区。依据《煤矿采空区岩土工程勘察规范》中表12.2.3-2，按变形特征评判采空区场地稳定性等级为不稳定。

4.3 采深采厚比

根据矿山地质条件及开采方式，并参考地区经验，该处采空区稳定性采深采厚比临界值取120，即采深采厚比大于120 的采空区为基本稳定区～稳定区；采深采厚比小于120 的采空区为不稳定区。对采空区各区地面高程取区内最大高程，计算采深采厚比结果及采空区稳定性评价结果见表2。由表2 可知，除3 号采空区为基本稳定区外，其它采空区均处于不稳定状态。

表2 根据采空区采深采厚比确定采空区场地稳定性等级

4.4 稳定性综合评价与分区

采用上述稳定性分区成果叠加分析，将研究区划分为两个不稳定区（Ⅰ-1、Ⅰ-2）、一个基本稳定区（Ⅱ）和一个稳定区（Ⅲ）。从图2 可知，不稳定区主要分布在以下几个区域：Ⅰ-1 不稳定区位于矿区中部杉桥村半边街、古家排及下杉桥一带，地表变形较大，塌陷坑及地裂缝发育强烈，调查时发现该区域建筑物开裂现象明显；Ⅰ-2 不稳定区位于矿区南部下杉桥、鸭世塘一带，采深采厚比小于120，且塌陷坑分布密集。

图2 稳定性分区图

5 结论

杉桥煤矿经过多年开采，矿山地质环境受到了较大的破坏，主要表现在采空地面塌陷、地裂缝发育强烈，地表建筑物受损较严重等情况，对当地的生产生活造成了一定的影响。通过对矿山采空区特点及地面变形特征的分析，以终采时间、地面变形特征、采深采厚比等因素综合评判了研究区的稳定性，评价结果显示不稳定区主要分布在杉桥镇半边