貴州省晴隆縣某煤礦開(kāi)采點(diǎn)地質(zhì)災(zāi)害誘因分析

宋元坤，劉　松，宋書(shū)倫

（1.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局117地質(zhì)大隊(duì)，貴州貴陽(yáng)550018：2.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局物化探總隊(duì)，貴州都勻558000：3.貴陽(yáng)地質(zhì)礦產(chǎn)公司，貴州貴陽(yáng)550001）

貴州省晴隆縣某煤礦開(kāi)采點(diǎn)地質(zhì)災(zāi)害誘因分析

宋元坤*，劉松，宋書(shū)倫

（1.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局117地質(zhì)大隊(duì)，貴州貴陽(yáng)550018：2.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局物化探總隊(duì)，貴州都勻558000：3.貴陽(yáng)地質(zhì)礦產(chǎn)公司，貴州貴陽(yáng)550001）

貴州省屬于中國(guó)南方煤炭資源最豐富的省區(qū)。隨著煤礦資源的不斷開(kāi)采，在煤礦開(kāi)采后形成大量的采空區(qū)，采空區(qū)的頂板坍塌常常伴隨不同程度的地質(zhì)災(zāi)害。以貴州省晴隆縣某地質(zhì)災(zāi)害與當(dāng)?shù)孛旱V開(kāi)采現(xiàn)狀進(jìn)行對(duì)比分析成果為例，對(duì)采空區(qū)在大氣降雨、井下爆破等因素的共同誘發(fā)下，會(huì)使地面出現(xiàn)的地裂縫、不均勻沉降、塌陷天坑等成因現(xiàn)象進(jìn)行了對(duì)比分析。

煤礦開(kāi)采：地質(zhì)災(zāi)害：井下爆破：地裂縫：塌陷

1　概述

貴州省地處云貴高原向廣西丘陵平原過(guò)渡的斜坡地帶，地質(zhì)地理?xiàng)l件特殊，地質(zhì)環(huán)境脆弱，按照國(guó)家地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃劃分，全省均為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)，是全國(guó)地質(zhì)災(zāi)害的重災(zāi)區(qū)之一，具有“全、重、多”的特點(diǎn)，其中常見(jiàn)的類(lèi)型有滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地裂縫等。而貴州的地裂縫常常是崩、滑、塌在地表的一種反映。其中，對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)危害最嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型主要為滑坡、崩塌和泥石流。貴州省地質(zhì)災(zāi)害以中小規(guī)模為主（占90%以上），大型或巨型較少。但幾乎每年都有重大級(jí)以上的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。根據(jù)相關(guān)資料，1993年以來(lái)全省共發(fā)生重大級(jí)以上的地質(zhì)災(zāi)害58起，其中死亡30人以上或經(jīng)濟(jì)損失l000萬(wàn)元以上的特大級(jí)災(zāi)害有18起，而這些重大地質(zhì)災(zāi)害或多或少都有人為因素的影子。因此貴州重大地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的主要誘發(fā)因素應(yīng)為大氣降水自然因數(shù)和人類(lèi)工程活動(dòng)影響共同作用的結(jié)果。

貴州省屬于礦產(chǎn)資源大省，尤其在煤礦方面素以“西南煤?！敝Q(chēng)，是中國(guó)南方煤炭資源最豐富的省區(qū)。近年來(lái)，隨著煤礦資源的不斷大規(guī)模開(kāi)采，在煤礦開(kāi)采后形成不同程度的采空區(qū)。在大氣降雨、人工井中放炮等因素的誘發(fā)下，采空區(qū)地面常常出現(xiàn)地裂縫、不均勻沉降、塌陷天坑等現(xiàn)象，現(xiàn)已逐漸成為貴州省主要地質(zhì)災(zāi)害誘因之一。

2　環(huán)境地質(zhì)背景

2.1地形地貌

該區(qū)以剝蝕、侵蝕為主的低中山山地溝谷地貌，總體地勢(shì)東高西低：地形地貌與出露地層的巖性關(guān)系密切，非煤系地層分布地段地形較陡：煤系地層分布地段易風(fēng)化剝蝕，形成緩坡低地，最大相對(duì)高差1040.6m：一般相對(duì)高差100～400m。自然坡度一般為10°～50°，地形起伏較大，地貌類(lèi)型較單一。

2.2地質(zhì)概況

該區(qū)出露地層由新到老分別出露有：第四系（Q）殘坡積層、三疊系下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組（T1yn）灰?guī)r、夜郎組（T1y）灰?guī)r及粘土巖、二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l）細(xì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、炭質(zhì)泥巖及煤組成。地層大體上呈單斜產(chǎn)出，地層傾向148°～151°，傾角8°～11°。該區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45s，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅵ度。該區(qū)及其鄰近區(qū)域近年來(lái)未發(fā)現(xiàn)有強(qiáng)地震活動(dòng)，區(qū)域穩(wěn)定性較好，屬無(wú)震害區(qū)。

2.3煤礦開(kāi)采概況

該區(qū)煤礦開(kāi)采歷史悠久，老窯較多，各可采煤層均有老窯開(kāi)采過(guò)，其中北面楊柳村一帶主要是以早期老窯開(kāi)采為主，由于老窯已停采多年，垮塌較嚴(yán)重：南段長(zhǎng)嶺崗、中寨一帶主要為近期及現(xiàn)在正在開(kāi)采段。根據(jù)資料收集，該段可采煤層主要為2層，其中：

C14煤層：位于龍?zhí)督M第二段中下部，呈層狀產(chǎn)出，傾向148°～151°，傾角8°～11°。煤層層位和厚度均較穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，煤厚1.86～2.01m，平均1.99m。頂板為粉砂巖，底板為灰白色粘土巖：C15煤層：產(chǎn)于龍?zhí)督M第二段下部，上距C14煤層10m左右。煤層呈層狀產(chǎn)出，傾向149°～151°，傾角9°～10°。該煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，該煤層層位和厚度均較穩(wěn)定，一般煤厚1.80～2.15m，平均2.00m。頂板為泥巖，底板為粉砂巖（見(jiàn)圖1）。

3　地質(zhì)災(zāi)害特征及影響

該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型主要以地裂縫、地面塌陷為主（見(jiàn)圖2）。村寨中村民房屋多以地面及墻體開(kāi)裂為主，部分地基下沉致墻體錯(cuò)位成危房。大部份地面裂縫長(zhǎng)7～50m，寬0.2～40cm：墻體裂縫長(zhǎng)1～11m，寬1～20cm，少數(shù)房屋已經(jīng)垮塌，地面水井干涸（見(jiàn)圖3～圖6）。

3.1地裂縫

村寨南東后山開(kāi)裂一道走向40°～60°、長(zhǎng)大于1000m，寬10～50cm，局部超過(guò)1m的地裂縫：裂縫兩邊相對(duì)高差10～100cm，局部超過(guò)3m：可見(jiàn)深度0.5～1.5m，局部超過(guò)2m。整條裂縫呈S狀產(chǎn)出，并引起局部地段小面積塌方，裂縫有加劇趨勢(shì)（見(jiàn)圖2）。

位于該地裂縫北西向分布位于該地裂縫影響區(qū)的楊柳村、長(zhǎng)嶺崗和中寨住地為自然村寨，房屋密集，共109戶(hù)106棟房屋，受威脅人口530人。

3.2地面塌陷

調(diào)查區(qū)地面塌陷1處，分布于楊柳村，按形態(tài)特征劃為塌陷坑，地面長(zhǎng)約200m，寬10～50m，深1～5m，面積約1300m2。

4　煤礦開(kāi)采與地面裂隙、塌陷的關(guān)系

在施工上，煤礦開(kāi)采過(guò)程中常常采用爆破作業(yè)：煤礦被開(kāi)采完成常留下大規(guī)模的采礦空洞，也就是采空區(qū)：地質(zhì)條件上，采空區(qū)頂?shù)装寮安煽諈^(qū)內(nèi)的地層巖性主要為砂巖、頁(yè)巖及薄層灰?guī)r：在圖2上看，采空區(qū)距受影響的3個(gè)村子最短距離在0～1200m之間。根據(jù)此條件我們可以探討一下在采空區(qū)和采礦爆破作業(yè)共同作用下是否會(huì)引起地裂縫及巖溶塌陷。

4.1煤礦爆破作業(yè)與地裂關(guān)系

結(jié)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB6722）86）5爆破安全規(guī)程6中的安全距離計(jì)算公式我們可以對(duì)爆破安全范圍進(jìn)行鑒定，其公式為：

R=（K/V）1/AQ1/3

式中：R——安全距離，m：

K——與介質(zhì)和爆破條件有關(guān)的系數(shù)：

Q——炸藥量，kg，齊發(fā)爆破時(shí)取總藥量，分段爆破時(shí)取最大段藥量：

A——衰減指數(shù)：

V——地震安全速度。

計(jì)算中，根據(jù)測(cè)區(qū)的巖性特征，K和A的取值是依照5爆破安全規(guī)程6（GB6722）86中關(guān)于巖石介質(zhì)的K、A的取值范圍進(jìn)行確定，如表1所示。

表1　巖石介質(zhì)中K、A的取值范圍

根據(jù)礦山提供炸藥量帶入計(jì)算得R=480m，因此大部分村莊均在受影響范圍內(nèi)。

再結(jié)合采空區(qū)的位置和特征不難看出（見(jiàn)圖1），長(zhǎng)嶺崗村已完全處于最新開(kāi)采完的采空區(qū)上，由于該區(qū)地層以軟地層為主，斷裂構(gòu)造極為發(fā)育（500m范圍內(nèi)就可見(jiàn)2條斷層F4-1、F4），在以爆破為誘因的基礎(chǔ)條件下，在地表兩斷層之間地層產(chǎn)生滑動(dòng)，從而地面裂隙DL1隨之產(chǎn)生，裂隙走向與采空區(qū)的地表投影走向邊平行，延伸長(zhǎng)度略大于采空邊長(zhǎng)，呈內(nèi)斂外張狀。

4.2煤礦爆破作業(yè)與巖溶關(guān)系

從圖2上看，楊柳村的地面塌陷區(qū)與現(xiàn)開(kāi)采作業(yè)的處直線(xiàn)距離在1200m左右，已處于安全范圍的2倍以外，但該區(qū)為最早的老窯區(qū)，隨著時(shí)間的推移該區(qū)老窯已全部充水，成為極為危險(xiǎn)的老窯水倉(cāng)，且該區(qū)地層較為軟弱，局部區(qū)域與地表聯(lián)通，采空區(qū)的頂版巖性長(zhǎng)期受到流水侵泡，在地下爆破的間接誘導(dǎo)下，地面產(chǎn)生受力不均，因此在地下爆破時(shí)產(chǎn)生坍塌、沉陷。

圖3　村民趙某家房屋開(kāi)裂情況

圖4　村民楊某某家房屋開(kāi)裂情況

圖5　地裂縫局部

5　結(jié)語(yǔ)

對(duì)本區(qū)的裂隙、地面塌陷與煤礦開(kāi)采活動(dòng)關(guān)系的研究總結(jié)：

圖6　地裂縫局部所形成的小型崩塌

（1）煤礦采煤活動(dòng)常會(huì)引起滑坡、崩塌、泥石流、地裂縫、地面塌陷等礦山地質(zhì)災(zāi)害，危害巨大，在開(kāi)采過(guò)程中應(yīng)注意預(yù)防和治理。

（2）地質(zhì)災(zāi)害常常是多因素共同作用的結(jié)果。

（3）開(kāi)采村民居住區(qū)及附近地下煤炭資源時(shí)，應(yīng)針對(duì)危害對(duì)象劃出足夠的禁采區(qū)或?qū)⒈晃：?duì)象全部搬遷至采礦活動(dòng)影響區(qū)外，千萬(wàn)不要盲目開(kāi)采。

（4）對(duì)于已發(fā)生地災(zāi)區(qū)域要注意危害的擴(kuò)大，隨著地下開(kāi)采活動(dòng)的不斷深入或雨水沿地裂縫的不斷滲入，可能會(huì)加劇或出現(xiàn)新的開(kāi)裂和塌陷，亦可能會(huì)使村民房屋、地面開(kāi)裂加劇。應(yīng)做好后續(xù)的觀測(cè)工作。

［1］郭振春.貴州地質(zhì)災(zāi)害的主要類(lèi)型和誘因及其預(yù)防建議［J］.貴州地質(zhì)，2003（2）.

［2］張建江，楊勝元，裴永煒，趙國(guó)宣.貴州省人為地質(zhì)災(zāi)害及其防治［J］.貴州地質(zhì)，2007（4）.

［3］孫善濟(jì)，高午.貴州省煤礦開(kāi)采引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害特征及致災(zāi)模式研究［J］.中國(guó)煤炭地質(zhì)，2013，25（6）.

［4］全國(guó)地震標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB18306-2001中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖［S］.2012.

［5］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50011-2001建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.2010.

［6］貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)局.貴州省區(qū)域地質(zhì)志［M］.1987.

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A

1004-5716（2016）02-0141-04

2015-10-09

2015-10-09

宋元坤（1981-），男（漢族），貴州大方人，工程師，現(xiàn)從事地質(zhì)工作。