論文關(guān)鍵詞:地面塌陷地裂縫穩(wěn)定性分析災(zāi)害治理論文摘要:在研究靖遠礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境的基礎(chǔ)上,較為詳細地敘述了地面塌陷、地裂縫地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征,對地面塌陷進行了分區(qū)穩(wěn)定性分析評價和地裂縫穩(wěn)定性分析,針對不同災(zāi)害類型、區(qū)段,提出了回填、夯填、耕地恢復(fù)等治理建議。1 基本概況20世紀(jì)80年代中期至20世紀(jì)末靖遠礦區(qū)有多達上百家地方煤礦與私營小煤窯進行煤炭開采經(jīng)營,不僅造成礦區(qū)煤炭資源嚴(yán)重浪費,而且導(dǎo)致礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害進一步加劇。小煤窯基本在礦區(qū)煤田的淺部開采,其無序的亂挖濫采不僅嚴(yán)重破壞了煤炭資源的分布,而且給煤炭開采埋下了嚴(yán)重的安全隱患,加劇了礦區(qū)地面塌陷、地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害的危害程度。2 礦區(qū)地面塌陷現(xiàn)狀2.1 地面塌陷悠久的開采歷史和大量的煤炭開采在靖遠礦區(qū)形成了大范圍的地下采空區(qū),導(dǎo)致礦區(qū)地面塌陷變形強烈、變形范圍大。1)變形特征:地面塌陷變形特征包括地表最大下沉量、最大水平移動、最大傾斜變形、最大水平變形和最大曲率變形量等。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果,經(jīng)計算分析,靖遠煤礦地表最大下塌、最大水平移動、最大傾斜變形、最大水平變形和最大曲率變形量見表1,靖遠礦區(qū)的地面塌陷面積見表22)塌陷程度分析:紅會礦區(qū)地面塌陷面積11.39km2,地表最大下沉值11.7m,最大水平移動3.7m,最大傾斜309mm/m,最大水平變形+83.66mm/m,-120.13mm/m,最大曲率變形為+11.11×10-3/m,-3.09×10-3/m。王家山礦區(qū)地面塌陷面積4.37km2,地表最大下沉值11.5m,最大水平移動值5.2m,最大傾斜值157mm/m,最大水平變形值+81.88mm/m,-92.79mm/m,最大曲率變形為+4.24×10-3/m,-4.2×10-3/m。2.2 地裂縫煤礦開采形成的地裂縫往往與地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害相伴而生,地裂縫發(fā)育特征受地質(zhì)條件、地下采空區(qū)特征等因素控制。1)根據(jù)礦區(qū)地裂縫地表延伸長度特征及危害性將礦區(qū)地裂縫分成三級規(guī)模。礦區(qū)的Ⅱ級地裂縫最發(fā)育,其次為Ⅲ級地裂縫,Ⅰ級地裂縫最不發(fā)育,但其危害性最大,Ⅰ級地裂縫不僅會使受危害的建筑物報廢,并且易使礦井產(chǎn)生透水事故。礦區(qū)的Ⅱ級地裂縫不僅對建筑物危害較大,而且可能發(fā)生地表水滲漏現(xiàn)象。因此礦區(qū)的Ⅱ級地裂縫和Ⅰ級地裂縫是地質(zhì)災(zāi)害研究的重點。2)一般地面塌陷范圍與地裂縫級別相輔相成,地面塌陷區(qū)范圍大,則地裂縫規(guī)模隨之增大,反之亦然,礦區(qū)地裂縫分布主要具有以下特征:a.塌陷區(qū)周邊附近的地裂縫發(fā)育數(shù)量較少,塌陷區(qū)中部附近地裂縫發(fā)育數(shù)量多;b.Ⅰ級地裂縫在靠近地面塌陷區(qū)中部附近的部位比較發(fā)育;Ⅱ級地裂縫在塌陷區(qū)中部分布較多;Ⅲ級地裂縫在塌陷區(qū)邊緣多,在Ⅰ級和Ⅱ級地裂縫尖滅處常伴生有Ⅲ級的弧形裂縫;c.第四紀(jì)覆蓋層厚度大的寬闊河灘、山間盆地等部位地裂縫發(fā)育;第四紀(jì)覆蓋層厚度小(1m)或基巖出露的山脊、陡坡和溝谷部位地裂縫少;d.由于小煤窯開采深度較小、沒有留足夠的安全煤柱,因此,小煤窯采空區(qū)的地裂縫比大煤礦開采區(qū)的地裂縫發(fā)育數(shù)量多;e.地面塌陷穩(wěn)定區(qū)的地裂縫分布數(shù)量比塌陷非穩(wěn)定區(qū)的地裂縫分布數(shù)量明顯少,其主要原因是地面塌陷穩(wěn)定區(qū)一般不再有新的地裂縫產(chǎn)生,而且塌陷穩(wěn)定區(qū)以前早期形成的地裂縫已基本被填埋或階坎已被夷平;.眾多小煤窯集中開采區(qū)的各個小煤窯相互影響導(dǎo)致地裂縫分布多、密度大、規(guī)模大、危害性大。3)不同級別的地裂縫延伸特征有差異,大多情況下Ⅰ級地裂縫沿開采范圍邊界附近呈中部直、兩端弧形延伸,Ⅱ級和Ⅲ級地裂縫呈近似直線狀延伸。3 地面塌陷穩(wěn)定性分析3.1 地面塌陷根據(jù)原煤炭工業(yè)局頒布的《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》有關(guān)規(guī)定,參照靖遠礦區(qū)地表移動觀測資料,綜合分析研究,礦區(qū)地面塌陷區(qū)地表移動延續(xù)時間與開采深度之間具有如下關(guān)系:1)開采深度小于100m時,地表移動延續(xù)總時間為1年;2)開采深度為100m~200m時,地表移動延續(xù)總時間為1.5年;3)開采深度為200m~300m時,地表移動延續(xù)總時間為2年;4)開采深度為300m~400m時,地表移動延續(xù)總時間為2.5年;5)開采深度為400m~500m時,地表移動延續(xù)總時間為3年。從上述結(jié)果來看,開采深度越大,地面移動延續(xù)時間越長。綜合考慮各影響因素,通過分析研究,礦區(qū)地表塌陷穩(wěn)定性特征如下:紅會煤礦:紅會一礦二號井為塌陷穩(wěn)定區(qū);一號井+1560m高程以上為塌陷穩(wěn)定區(qū);五、六采區(qū)現(xiàn)已經(jīng)開采的4個工作面為塌陷非穩(wěn)定區(qū);紅會三礦井田屬塌陷穩(wěn)定區(qū);紅會一礦八采區(qū)為塌陷非穩(wěn)定區(qū);紅會四礦井田北翼煤層+1580m等高線以上為塌陷穩(wěn)定區(qū),該高程以下生產(chǎn)水平為塌陷非穩(wěn)定區(qū)。王家山煤礦:王家山礦一、二號井+1650m等高線以上為塌陷穩(wěn)定區(qū);四、五號井+1600m等高線以上為塌陷穩(wěn)定區(qū);+1600m等高線以下為塌陷非穩(wěn)定區(qū)。通過分析,各礦區(qū)的塌陷穩(wěn)定區(qū)與非穩(wěn)定區(qū)的評價結(jié)果如表3所示。3.2 地裂縫地裂縫穩(wěn)定性受多種因素影響,除受塌陷區(qū)穩(wěn)定性影響外,還受到地質(zhì)條件、地表水和人類活動等因素影響。靖遠礦區(qū)地裂縫穩(wěn)定性具有如下特征:1)地面塌陷穩(wěn)定區(qū)現(xiàn)有地裂縫多數(shù)基本上處于穩(wěn)定狀態(tài),該區(qū)不易產(chǎn)生新的地裂縫;塌陷非穩(wěn)定區(qū)不僅已有地裂縫繼續(xù)發(fā)展擴大,而且容易產(chǎn)生新的地裂縫;2)松散物覆蓋層厚度大的部位,特別是黃土厚度大的部位,不僅已有地裂縫穩(wěn)定性差,而且易形成新的地裂縫。松散物覆蓋層的工程特性差,遭受外力容易破壞,已有的地裂縫易形成垮塌變形。4 礦區(qū)地面塌陷治理建議1)地裂縫夯填:對于紅會沙河的地裂縫采用以下措施:a.排導(dǎo)溝范圍內(nèi)的地裂縫首先回填夯實,然后在排導(dǎo)溝溝底鋪設(shè)30cm的漿砌片石;b.對土地整治范圍的地裂縫進行回填夯實,對Ⅰ級和Ⅱ級地裂縫分層回填夯實。2)塌陷坑回填:對沙河河道附近堆積的煤矸石與小煤窯形成的塌陷坑,采用煤矸石回填塌陷坑、整治河道和整治土地。3)恢復(fù)耕地:根據(jù)地面塌陷、地裂縫造成的土地破壞現(xiàn)狀,修筑高1m~1.5m的田坎,梯田坎用塊石壘砌,并用細料充實。梯田寬度50m~200m,表部覆0.3m~0.5m厚的黃土。參考文獻:[1] 張倬元,王士天,王蘭生.工程地質(zhì)分析原理[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1994.
