采煤塌陷地上建设生态新农村研究与实践.doc

采煤塌陷地上建设生态新农村研究与实践 1 概 况 吕家坨矿地面村庄稠密,村庄下压煤严重,根据开采计划,对该矿地面尖角村实施搬迁开采。若尖角村搬迁至井田之外无煤区,搬迁距离在6 km以上,且选址、征地十分困难。为贯彻落实新土地管理法精神,切实保护耕地,同时减小搬迁距离,不影响搬迁村庄村民的生产和生活,对尖角村北约15 km的吕家坨矿一、三采区采煤塌陷地进行矸石充填复垦,重建一个生态环境良好的村落环境,用于尖角村的搬迁村址。 11 塌陷地原貌 复垦新村址区域位于吕家坨矿一、三采区采煤塌陷地,原地势平坦,地面标高280 m左右。由于开采塌陷,地面高低不平,且形成积水塌陷坑多个。据吕家坨矿地质测量科2002年4月对该区域实测结果,现地面标高多在250260 m,积水坑底标高在230240 m,积水坑水面标高为248 m左右。目前塌陷积水坑多被利用进行水产养殖,积水坑以外的部分塌陷波及地多属荒废地。 12 煤层及采矿情况 一、三采区开采7、8合层、9、11、12四个煤层。其中 7、8合层全区可采,其余煤层均为部分或局部可采。尖角新村址复垦区域7、8合层于1968年至1985年开采结束,采厚58 m; 9煤于1972年1988年开采结束,采厚16 m; 11煤于19791988年开采结束,采厚08 m; 12煤于1980至1982年开采结束;采煤方法均为水力采煤,全部陷落法管理顶板。 2 采煤塌陷地稳定性分析 评价采煤塌陷地是否已经稳定,通常包含邻近采区开采是否对其产生影响、原老采空区是否永久稳定和复垦后地表建筑荷载是否对老采空生影响等三个方面。 21 地表稳定性论证 采煤塌陷地复垦区选在邻近采区开采的影围之外,这样就避免了开采对村庄新址产生影响迁村复垦区地下采煤最小采深为134m,最深为450m,煤层为缓倾斜及倾斜,倾角在21之间,根据国内外地表移动研究成果,在这种条地表采动持续时间,一般不超过三年。而规划区附近地下的采煤活动早在1988年即已结束,采动过程中引起的地表移动早已停止。根据“三下”采煤规程,地表移动时间可按计算T 25Hd式中H为开采深度,该区域最大采深450计算得本区地表移动最长时间为1125 d。所以本区地表移动已稳定。 22 采空区永久稳定性论证 采空区获得永久稳定支承。这在采用科学的房柱式开采或条带式开采时才能实现,本区力采煤,显然不满足这种条件。 本次评价区域地下老采空区为水力采煤成,其采出率虽达67 70,说明采区尚残留定数量未被采落的残留煤柱,阻碍采空区顶底充分遇合和压实。因此,部分残留煤柱在长期解风化和矿压作用下,有可能垮落而失去对顶支承,说明本采区这种条件还存在引起地表移新活化的潜在因素。 因地下采区的采出率已达到67 70,能发生如刀柱法回采形成的老空区那样大面积沉陷,尤其是复垦迁村区下方,老采空区均为1976唐山大地震之前开采,其采空区经剧烈震动,从而采空区压密得更为充分。因此,虽然复垦迁村区仍存在地表移动重新活化的潜在因素,但实际发生的可能性极小,且一旦发生所引起的地表移动只会局部显现,而且影响程度轻微。只要科学地采取抗变形结构设计措施,即可保证地面建筑物不受损坏。在复垦迁村区附近采空区上方, 19941995年间吕家坨矿兴建的24层七七工房职工住宅楼,在采取科学的抗变形措施之后,建筑物至今安全使用,未发现损坏现象,即已说明了这一点。 23 建筑物荷载影响深度 经过对地基中自重应力、建筑物附加应力和建筑物荷载影响深度的计算得知对于迁建的平房和2、3层楼房,其建筑物荷载影响深度为6m;而本区最小采深为134m,最大导水裂隙带高度为566 m,因而迁建建筑物荷载不会影响到导水裂隙带区域已受开采破坏的岩层,不会破坏采空区上覆地层的平衡状态,即不会导致采空区的活化。 3 废弃矸石回填复垦可行性分析 31 回填矸石成份 1岩性组成吕家坨矿煤矸石岩性主要由中、细砂岩、砂质页岩、页岩、泥岩等组成。2矿物成份煤矸石的矿物成份比较复杂,主要矿物有粘土类矿物、碳酸盐类矿物、铝土矿、黄铁矿、石英、云母、长石、碳质和植物化石等。 3化学成份 煤矸石的化学成份直接影响着煤矸石的工程性质,吕家坨矿煤矸石化学成份见表1。由表1可知,SiO2含量较高,这是煤矸石骨架的主要成份,使煤矸石具有一定的强度;同时由于含有碳、铝和CaO等物质,使煤矿矸石会发生一定的水解和风化等现象。表1 煤矸石的化学成份成份SiO2Fe2O3Al2O3CaO MgO TiO2SO3含量 5464 680 3188 148 112 115 0632 矸石物理性质1矸石颗粒组成煤矸石的颗粒组成差别较大,一般新排矸石颗粒较粗,不均匀系数较小。经过风化的矸石颗粒较小,级配良好;对于掘进和洗选矸石来说,洗矸较均匀,级配不好,而掘进矸石颗粒级配相对较煤矸石筛分试验结果见表2。该表数据说明洗掘矸级配均良好。 表2 煤矸石筛分试验结果试样粒径mm100 10050 5025 2513 136 63 掘矸1738 2817 1581 117 851 482 13洗矸382 3295 1514 1477 1258 778 12平均106 3056 1548 1324 1055 63 132矸石的基本物理指标由于煤矸石的岩性组成、矿物成份、颗粒级复杂性及特殊性,使它的物理性质与其它松散相比变化较大,也使得煤矸石地基的稳定性较均匀介质差。 煤矸石容重一般在现场用水置换法或砂置测定,其它物理指标可在室内测定。矸石容重为1619g/cm3,密度为2126g/cm3,含外水份5 12,孔隙比为0306。3煤矸石的力学性质试验表明,在相同含水条件下,煤矸石内摩φ随密实程度的增大而增大,而内聚力C却基变,煤矸石干容重由146g/cm3变至202g/cm3φ值由36增至55,而C值在013 kg/cm2左右煤矸石的风化程度取决于其所处环境条件度。压实矸石是避免其风化和潮解的一种有法。潮湿的煤矸石处于冷热交替的环境下会迅解,干燥状态下的矸石浸入水中会发生水解,达定程度后就不再出现水解现象,煤矸石处于干替的冻融循环条件