论文关键词:地面塌陷地裂缝稳定性分析灾害治理论文摘要:在研究靖远矿区地质环境的基础上,较为详细地叙述了地面塌陷、地裂缝地质灾害发育特征,对地面塌陷进行了分区稳定性分析评价和地裂缝稳定性分析,针对不同灾害类型、区段,提出了回填、夯填、耕地恢复等治理建议。1 基本概况20世纪80年代中期至20世纪末靖远矿区有多达上百家地方煤矿与私营小煤窑进行煤炭开采经营,不仅造成矿区煤炭资源严重浪费,而且导致矿区地质灾害进一步加剧。小煤窑基本在矿区煤田的浅部开采,其无序的乱挖滥采不仅严重破坏了煤炭资源的分布,而且给煤炭开采埋下了严重的安全隐患,加剧了矿区地面塌陷、地裂缝等地质灾害的危害程度。2 矿区地面塌陷现状2.1 地面塌陷悠久的开采历史和大量的煤炭开采在靖远矿区形成了大范围的地下采空区,导致矿区地面塌陷变形强烈、变形范围大。1)变形特征:地面塌陷变形特征包括地表最大下沉量、最大水平移动、最大倾斜变形、最大水平变形和最大曲率变形量等。根据现场调查结果,经计算分析,靖远煤矿地表最大下塌、最大水平移动、最大倾斜变形、最大水平变形和最大曲率变形量见表1,靖远矿区的地面塌陷面积见表22)塌陷程度分析:红会矿区地面塌陷面积11.39km2,地表最大下沉值11.7m,最大水平移动3.7m,最大倾斜309mm/m,最大水平变形+83.66mm/m,-120.13mm/m,最大曲率变形为+11.11×10-3/m,-3.09×10-3/m。王家山矿区地面塌陷面积4.37km2,地表最大下沉值11.5m,最大水平移动值5.2m,最大倾斜值157mm/m,最大水平变形值+81.88mm/m,-92.79mm/m,最大曲率变形为+4.24×10-3/m,-4.2×10-3/m。2.2 地裂缝煤矿开采形成的地裂缝往往与地面塌陷地质灾害相伴而生,地裂缝发育特征受地质条件、地下采空区特征等因素控制。1)根据矿区地裂缝地表延伸长度特征及危害性将矿区地裂缝分成三级规模。矿区的Ⅱ级地裂缝最发育,其次为Ⅲ级地裂缝,Ⅰ级地裂缝最不发育,但其危害性最大,Ⅰ级地裂缝不仅会使受危害的建筑物报废,并且易使矿井产生透水事故。矿区的Ⅱ级地裂缝不仅对建筑物危害较大,而且可能发生地表水渗漏现象。因此矿区的Ⅱ级地裂缝和Ⅰ级地裂缝是地质灾害研究的重点。2)一般地面塌陷范围与地裂缝级别相辅相成,地面塌陷区范围大,则地裂缝规模随之增大,反之亦然,矿区地裂缝分布主要具有以下特征:a.塌陷区周边附近的地裂缝发育数量较少,塌陷区中部附近地裂缝发育数量多;b.Ⅰ级地裂缝在靠近地面塌陷区中部附近的部位比较发育;Ⅱ级地裂缝在塌陷区中部分布较多;Ⅲ级地裂缝在塌陷区边缘多,在Ⅰ级和Ⅱ级地裂缝尖灭处常伴生有Ⅲ级的弧形裂缝;c.第四纪覆盖层厚度大的宽阔河滩、山间盆地等部位地裂缝发育;第四纪覆盖层厚度小(1m)或基岩出露的山脊、陡坡和沟谷部位地裂缝少;d.由于小煤窑开采深度较小、没有留足够的安全煤柱,因此,小煤窑采空区的地裂缝比大煤矿开采区的地裂缝发育数量多;e.地面塌陷稳定区的地裂缝分布数量比塌陷非稳定区的地裂缝分布数量明显少,其主要原因是地面塌陷稳定区一般不再有新的地裂缝产生,而且塌陷稳定区以前早期形成的地裂缝已基本被填埋或阶坎已被夷平;.众多小煤窑集中开采区的各个小煤窑相互影响导致地裂缝分布多、密度大、规模大、危害性大。3)不同级别的地裂缝延伸特征有差异,大多情况下Ⅰ级地裂缝沿开采范围边界附近呈中部直、两端弧形延伸,Ⅱ级和Ⅲ级地裂缝呈近似直线状延伸。3 地面塌陷稳定性分析3.1 地面塌陷根据原煤炭工业局颁布的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》有关规定,参照靖远矿区地表移动观测资料,综合分析研究,矿区地面塌陷区地表移动延续时间与开采深度之间具有如下关系:1)开采深度小于100m时,地表移动延续总时间为1年;2)开采深度为100m~200m时,地表移动延续总时间为1.5年;3)开采深度为200m~300m时,地表移动延续总时间为2年;4)开采深度为300m~400m时,地表移动延续总时间为2.5年;5)开采深度为400m~500m时,地表移动延续总时间为3年。从上述结果来看,开采深度越大,地面移动延续时间越长。综合考虑各影响因素,通过分析研究,矿区地表塌陷稳定性特征如下:红会煤矿:红会一矿二号井为塌陷稳定区;一号井+1560m高程以上为塌陷稳定区;五、六采区现已经开采的4个工作面为塌陷非稳定区;红会三矿井田属塌陷稳定区;红会一矿八采区为塌陷非稳定区;红会四矿井田北翼煤层+1580m等高线以上为塌陷稳定区,该高程以下生产水平为塌陷非稳定区。王家山煤矿:王家山矿一、二号井+1650m等高线以上为塌陷稳定区;四、五号井+1600m等高线以上为塌陷稳定区;+1600m等高线以下为塌陷非稳定区。通过分析,各矿区的塌陷稳定区与非稳定区的评价结果如表3所示。3.2 地裂缝地裂缝稳定性受多种因素影响,除受塌陷区稳定性影响外,还受到地质条件、地表水和人类活动等因素影响。靖远矿区地裂缝稳定性具有如下特征:1)地面塌陷稳定区现有地裂缝多数基本上处于稳定状态,该区不易产生新的地裂缝;塌陷非稳定区不仅已有地裂缝继续发展扩大,而且容易产生新的地裂缝;2)松散物覆盖层厚度大的部位,特别是黄土厚度大的部位,不仅已有地裂缝稳定性差,而且易形成新的地裂缝。松散物覆盖层的工程特性差,遭受外力容易破坏,已有的地裂缝易形成垮塌变形。4 矿区地面塌陷治理建议1)地裂缝夯填:对于红会沙河的地裂缝采用以下措施:a.排导沟范围内的地裂缝首先回填夯实,然后在排导沟沟底铺设30cm的浆砌片石;b.对土地整治范围的地裂缝进行回填夯实,对Ⅰ级和Ⅱ级地裂缝分层回填夯实。2)塌陷坑回填:对沙河河道附近堆积的煤矸石与小煤窑形成的塌陷坑,采用煤矸石回填塌陷坑、整治河道和整治土地。3)恢复耕地:根据地面塌陷、地裂缝造成的土地破坏现状,修筑高1m~1.5m的田坎,梯田坎用块石垒砌,并用细料充实。梯田宽度50m~200m,表部覆0.3m~0.5m厚的黄土。参考文献:[1] 张倬元,王士天,王兰生.工程地质分析原理[M].北京:中国建筑工业出版社,1994.