枣庄市峄城区吴林石膏矿采空区稳定性评价

1 项目背景及主要工作
      2015年12月底临沂平邑县一石膏矿发生垮塌事故后，枣庄市峄城区对所有在生产矿井进行停产整顿，受枣庄市峄城区吴林石膏矿的委托，徐州中国矿大岩土工程新技术发展有限公司承担了枣庄市峄城区吴林石膏矿采空区稳定性评价工作。
      本次工作的目的是查明吴林矿历史开采情况、采空区治理情况以及在采现状，根据所收集资料及现场调查情况，分析评价吴林矿周边关停矿井采空区、吴林矿采空区及现生产区域的稳定性，对矿井进行稳定性分区评价。
      本次工作的主要内容：
     （1）收集石膏矿现有采矿、地质、储量核查、安全评价等资料；
     （2）根据矿方提供的资料分析查明矿区地层组成、岩土层结构和产状、地质构造及地下水条件等基础地质条件，查明矿层的分布、层数、层间距、厚度等埋藏条件等；
     （3）根据资料和现场调查，对矿井及相邻区域的采空区普查并进行分类；
     （4）根据普查分类结果选择有代表性区块对矿房、矿柱、采高等开采参数进行验证测量；
     （5）根据验证实测结果，建立三维评价模型，对石膏矿矿柱局部、整体进行数值模拟分析，评价采空区稳定性；
     （6）对矿井进行稳定性分区，提出防治措施和建议。
2 评价场地现状概述
       吴林石膏矿位于枣庄市峄城区，该矿始建于1982年，现生产能力为30万t/年，允许开采标高+2m~-215m，主采I、IX层膏，目前IX层膏已开采完毕，现采I层膏。
       IX层膏自上世纪80年代初经历30多年的开采，由于开采初期，技术条件比较落后等多方面原因，采用传统的以掘代采的房柱式采矿法，形成了大面积的采空区。
       自2001年开始，吴林石膏矿对I层膏进行巷道开拓及回采，采用竖井开拓方式、房柱式采矿法，巷道布置三个生产阶段，分别为一水平（标高-85m）、二水平（标高-160m）、三水平（标高-190m）。
3 采空区稳定性评价
      本次将现状下有代表性的开采尺寸进行了矿柱、顶板和底板稳定性定性、定量分析，通过三种分析结果及矿井实际情况综合评价采空区稳定性。
3.1 采空区矿柱稳定性评价
      石膏矿多采用房柱采矿法开采，留有矿柱支撑采空区。矿柱失稳是造成房柱法开采矿山失稳的重要因素之一。
      矿柱稳定性计算分析主要是通过比较矿柱的强度与矿柱所承受的应力大小来确定的。矿柱稳定性以安全稳定性系数作为评价依据，根据《煤矿采空区岩土工程勘察规范》（GB51044-2014）12.2.5中关于房柱式采矿法稳定性系数计算。
3.2 采空区顶板稳定性评价
      现场实践也表明由于矿柱的支撑，石膏矿地表并不发生如煤矿的缓慢整体下沉，其上覆岩层移动破坏机制有别于采用条带式开采的煤矿。
      普氏平衡拱理论由松散体抗拉、抗剪、抗弯能力极其微弱这一点出发推导得到松散围岩自然冒落形态，石膏矿上覆岩层多为软弱泥岩，因此，普氏平衡拱理论分析石膏矿上覆岩层的破坏规律具有一定的可靠性，采用普氏平衡拱理论对矿层顶板进行稳定性评价。
3.3 采空区底板稳定性分析
      受采掘工程的影响，巷道顶底板和两帮岩体产生变形并向巷道内产生位移，从而导致巷道底板向上隆起，产生底鼓现象。
      现场调查矿井底板留设护底膏层厚度，底板日常管理记录及底鼓现状，采用定性分析方法对矿层底板稳定性评价。
4 主要工作成果
4.1 采空区稳定性综合分析
     （1）本次评价对矿井内图纸区域及实际调查区域进行了矿柱及顶底板稳定性分析计算，根据矿柱及顶板安全稳定性系数计算结果，大部分稳定性系数大于2，矿柱与顶板处于稳定状态，局部处于基本稳定状态：I层膏二水平运输大巷以北、F2断层以南、七号下山以东、十一号下山以西区域，矿柱与顶板处于基本稳定状态，存在矿柱局部失稳、冒顶危险。
     （2）本次评价对矿井内图纸区域及实际调查区域进行了底板稳定性定性评价，I层膏接近三水平运输大巷（F2断层以北）区域出现底鼓，调查结果表明吴林矿I层膏已发生底鼓区域，现状下处于基本稳定状态，其他区域未发现底鼓现象，处于稳定状态。
     （3）对吴林石膏矿老采空区、在采工作面进行稳定性分区，将矿井划分为基本稳定区和稳定区。
4.2 安全管理措施
    （1）对于稳定区，主要采取顶底板安全管理与采空区监测管理措施。
    （2）对于基本稳定区，主要采取地压监测与，人工监测，监测人员发现突变情况，应立即组织人员撤离，待阶段稳固后采取分割封堵等方式进行加固。