彬長礦區(qū)“對滑型”黃土滑坡及其形成機制

孫 魁，李永紅，劉海南，彭 捷

(1.礦山地質(zhì)災(zāi)害成災(zāi)機理與防控重點實驗室，陜西 西安 710054; 2.陜西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，陜西 西安 710054; 3.西安科技大學(xué) 地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710054)

彬長礦區(qū)“對滑型”黃土滑坡及其形成機制

孫 魁1,2,3，李永紅1,2，劉海南1,2，彭 捷1,2

(1.礦山地質(zhì)災(zāi)害成災(zāi)機理與防控重點實驗室，陜西 西安 710054; 2.陜西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，陜西 西安 710054; 3.西安科技大學(xué) 地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710054)

近年來由于煤炭資源的高強度開采，黃土溝壑區(qū)因采煤沉陷引發(fā)的溝谷“對滑型”滑坡發(fā)育，且滑坡規(guī)模大，穩(wěn)定性差。以李前—白廂滑坡為例，在現(xiàn)場調(diào)查的基礎(chǔ)上，采用數(shù)值模擬分析的方法，探討了“對滑型”黃土滑坡的形成機制，總結(jié)了“對滑型”滑坡的形成條件。研究結(jié)果表明:在工作面跨溝回采過程中，上方黃土層指向采空區(qū)中心的位移向量與采煤擾動作用下沿坡體傾斜的位移向量產(chǎn)生動態(tài)疊加，導(dǎo)致“對滑型”滑坡的發(fā)生，且回采后到達一側(cè)的坡體往往早于先到達一側(cè)坡體滑坡;坡向與回采方向相同的一側(cè)，滑坡類型為推移式，坡向與回采方向相反的一側(cè)，滑坡類型為牽引式，且推移式滑坡規(guī)模往往大于牽引式滑坡。“對滑型”滑坡的形成需要具備4個主要條件:黃土坡體、溝谷地貌、采礦擾動、降雨催化。

巨厚黃土層;采煤沉陷;地表裂縫;“對滑型”滑坡;地質(zhì)災(zāi)害

近年來，煤炭資源的地下開采引起的地面塌陷及次生滑坡、崩塌已經(jīng)成為了采動損害中的主要地質(zhì)災(zāi)害[1-3]，特別是我國西部，黃土層較厚，溝壑地形發(fā)育，煤炭資源開采集中，所引起的地質(zhì)環(huán)境問題較為突出，嚴重破壞了區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境，加大了水土流失[4-6]。陜西彬長礦區(qū)地處隴東黃土高原塬梁丘陵溝壑區(qū)，是我國重要的煤炭生產(chǎn)基地，同時也是西部黃土高原重要的殘塬農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)。筆者在該地區(qū)野外調(diào)查期間發(fā)現(xiàn)，采煤沉陷區(qū)內(nèi)溝谷兩側(cè)黃土滑坡發(fā)育，嚴重影響了區(qū)內(nèi)生態(tài)壞境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動。

目前，有關(guān)人類工程活動誘發(fā)滑坡的研究較多。國外一些學(xué)者應(yīng)用“Kinematic-Element-Method”方法分析礦井開采引起的滑坡災(zāi)害，采用有限差分軟件(FLAC)和離散元軟件(UDEC)對不同開采深度、開采方式、開采位置以及邊坡地形地質(zhì)特征等因素對邊坡變形破壞的影響進行了模擬，研究采動山體滑坡的機理[7-8]。國內(nèi)湯伏全、梁明、田家琦等[9-11]通過對自然斜坡和采動條件下斜坡的應(yīng)變狀態(tài)進行對比分析，總結(jié)了采動滑坡與地下開采方向的關(guān)系，建立了采動山體失穩(wěn)的基本模式及相應(yīng)的穩(wěn)定性計算模型。楊逾、劉新喜等[12-13]研究了采動滑坡區(qū)地表移動變化規(guī)律和滑坡滲流場變化特征，建立了地下開采沉陷區(qū)滑坡穩(wěn)定性評價模型。孫學(xué)陽等[14]分析了銅川礦區(qū)采煤沉陷特征及原因，認為該礦區(qū)采動滑坡形成的主要因素是支離破碎、溝壑縱橫的特殊地貌，抗壓強度較低的巖土體以及改變了覆巖和地表斜坡原始應(yīng)力平衡狀態(tài)的地下開采。單曉云等[15]采用有限元模擬方法對山體裂縫的成因、發(fā)展規(guī)律及其與地下采礦等因素的關(guān)系進行了分析研究。王玉川、趙建軍等[16-17]采用數(shù)值模擬的方法，對緩傾斜煤層采空區(qū)滑坡的演化發(fā)展過程進行了分析，對滑坡的形成機制進行了概括。代張音等[18]通過相似模擬實驗，對不同回采條件下含軟弱夾層順層巖質(zhì)斜坡變形破裂規(guī)律進行了分析研究。胡海峰等[19]運用有限元模擬，提出了采動坡體穩(wěn)定性的計算方法，并建立了穩(wěn)定性評價預(yù)測模型。“973”課題組開展了高強度采煤條件下地質(zhì)災(zāi)害研究[20]，但均未涉及“對滑型”滑坡。此外，張茂省等[21]將誘發(fā)黃土滑坡的人類工程活動分為斬坡型、灌溉型、水庫型及堆載型。彭建兵、段釗等[22-24]研究了涇河南塬多序次黃土滑坡的成因機制，認為灌溉導(dǎo)致地下水位上升是該區(qū)黃土滑坡形成的主要原因。通過對灌溉誘發(fā)的黃土滑坡的運動規(guī)律分析，探討了引起滑坡運動特征分異的“液化效應(yīng)”。基于典型工程活動觸發(fā)黃土滑坡案例分析，研究了堆載、卸荷以及灌溉誘發(fā)的黃土滑坡的特征及致災(zāi)機理。

以上學(xué)者從不同角度對采礦和其他人類工程活動引起的滑坡進行了深入的研究，但研究內(nèi)容并未涉及到溝谷兩側(cè)“對滑型”滑坡成災(zāi)機理。而“對滑型”滑坡一般規(guī)模較大，堆積物較多，引起的水土流失嚴重，加劇了生態(tài)質(zhì)量脆弱性。而且滑坡影響區(qū)內(nèi)地表沉陷裂縫規(guī)模較大，下錯較深，嚴重破壞了農(nóng)業(yè)區(qū)土地資源。因此，筆者基于陜西彬長礦區(qū)采動損害的調(diào)查成果，以該區(qū)典型“對滑型”黃土滑坡為例，從采煤沉陷角度探討其形成機制，以期豐富采動滑坡理論研究成果，為西部集中采煤區(qū)生態(tài)及生產(chǎn)環(huán)境的恢復(fù)和保護提供理論支撐。

1 “對滑型”滑坡的概念

礦區(qū)“對滑型”滑坡是指溝谷兩側(cè)同一個平面上2個或多個相對滑動的黃土滑坡。筆者認為，這類黃土滑坡與地下采礦有著密切的關(guān)系，多是由于地下采動引起上覆基巖不均勻沉降而導(dǎo)致溝谷兩側(cè)坡體先后發(fā)生失穩(wěn)所致，是我國西部黃土溝壑地區(qū)過溝開采過程中因采煤沉陷引起的一種典型的采動滑坡地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象。

彬長礦區(qū)位于鄂爾多斯盆地南緣，煤炭資源豐富。礦區(qū)地表形態(tài)屬黃土塬和黃土溝谷，黃土塬開闊平坦，黃土溝谷切割嚴重，坡陡溝深。由于近年來該區(qū)煤炭資源的高強度開采，因采煤沉陷引起的“對滑型”黃土滑坡廣泛發(fā)育(圖1)，其分布和發(fā)育規(guī)律明顯。

圖1 溝谷兩側(cè)“對滑型”黃土滑坡Fig.1 “Opposite-slide” loess landslide on both sides of the valley

(1)“對滑型”滑坡多密集分布在煤層開采集中的黃土溝谷兩側(cè)，與采礦擾動關(guān)系密切?；潞蟊诿黠@，規(guī)模較大，穩(wěn)定性較差。黃土溝谷坡度較陡、切割較深。

(2)“對滑型”滑坡并非同時發(fā)生，其發(fā)生順序與工作面的回采方向關(guān)系密切，當(dāng)工作面跨溝而過時，坡向與工作面開采方向相反一側(cè)的坡體往往先發(fā)生滑動。

(3)“對滑型”滑坡影響區(qū)，地表裂縫具有明顯的分布規(guī)律。當(dāng)工作面跨溝回采時，坡向與回采方向相同一側(cè)的坡體，后緣地表較容易產(chǎn)生下錯裂縫，規(guī)模大，多呈階梯狀。裂縫下錯方向先是與工作面回采方向相反，在靠近溝谷邊緣時，下錯方向與回采方向一致。坡面裂縫自上而下發(fā)展，形成推移式滑坡;坡向與回采方向相反一側(cè)的坡體，后緣裂縫呈階梯狀，下錯方向與坡向一致。坡面裂縫自下而上發(fā)展，形成牽引式滑坡。

(4)“對滑型”滑坡大多切穿黃土層，發(fā)育角度一般較大。由于“對滑型”滑坡從溝谷兩側(cè)向溝谷中心滑動，其堆積物體積一般較大，堵塞溝谷，雨季易形成堰塞湖，當(dāng)坡腳堆積物遭受降水和流水侵蝕后，容易引發(fā)再次滑坡。

2 滑坡概況

水簾洞煤礦位于彬長礦區(qū)腹地，具有40余年的開采歷史，大規(guī)模開采開始于2006年，主采4號煤層，煤層埋深309.96～350.60 m。綜采采煤工藝，全部垮落法管理頂板。井田范圍內(nèi)溝谷發(fā)育，其中規(guī)模較大的東溝由南向北橫跨井田中部。沖溝兩側(cè)為巨厚黃土層，坡度較陡峭，植被覆蓋較差，溝谷兩側(cè)因煤層開采引起的“對滑型”滑坡發(fā)育。筆者以井田中部ZF3802工作面上部較為典型的李前—白廂“對滑型”滑坡為研究對象(圖2，3)，探討其形成機制。

圖2 李前—白廂滑坡遙感影像[25]Fig.2 Image of Liqian-Baixiang loess landslide[25]

2.1 地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造

滑坡坡體整體為第四系中上更新統(tǒng)黃土，厚度約150 m，孔隙大、疏松、垂直節(jié)理發(fā)育，滲透性強(圖4)。下部地層由老到新依次為:中生界三疊系上統(tǒng)胡家村組;侏羅系下統(tǒng)富縣組，中下統(tǒng)延安組，中統(tǒng)直羅組、安定組;白堊系下統(tǒng)宜君組、洛河組;新生界新近系地層。ZF3802工作面埋深約345 m，所采4號煤層厚度9 m。

滑坡區(qū)位于大佛寺向斜南翼，為向北傾斜的單斜構(gòu)造，走向近東西，地層傾角3°～5°，斷層稀少，地質(zhì)構(gòu)造簡單。

圖3 李前—白廂黃土滑坡平面Fig.3 Plan of Liqian-Baixiang loess landslide

圖4 李前—白廂滑坡剖面Fig.4 Profile of Liqian-Baixiang loess landslide

2.2 水文地質(zhì)條件

滑坡區(qū)主要含水層為第四系孔隙潛水含水層和下覆基巖裂隙承壓含水層。第四系孔隙潛水主要賦存在第四系松散堆積物孔隙中，接受大氣降水補給，富水性弱—中等?；鶐r承壓含水層以區(qū)域側(cè)向徑流方式補給為主，地下水總體由南向北運移，富水性弱—中等。受采礦影響，導(dǎo)水裂隙使得直羅組、延安組含水層的結(jié)構(gòu)被破壞，產(chǎn)生導(dǎo)水通道，地下水位已下降約35 m。

2.3 滑坡基本特征

(1)李前滑坡

李前滑坡發(fā)育于東溝左岸，該滑坡寬300 m，長200 m，厚30 m，屬大型黃土滑坡?；氯σ螤钸吔缑黠@，后壁陡直，坡向90°，坡度約45°。毀耕地46 666.7 m2，林地66 666.7 m2。本次調(diào)查共發(fā)現(xiàn)后緣裂縫18條，呈階梯狀，間距20 m，平行排列，裂縫最小的長10 m，寬0.1 m，最大的長1 000 m，寬0.5 m，裂縫走向60°～70°，均為下錯裂縫，裂縫下錯有較明顯的規(guī)律性，大多沿工作面傾向方向由一側(cè)延伸到工作面另一側(cè)，并在工作面邊界處發(fā)生彎曲，彎曲方向在溝谷邊緣凹向溝谷，并以銳夾角與溝谷邊緣相交。溝谷斜坡加劇了裂縫的發(fā)育，靠近溝邊裂縫增多，且在陡崖附近裂縫有分叉(圖5)。

圖5 李前滑坡照片F(xiàn)ig.5 Images of Liqian loess landslide

(2)白廂滑坡

白廂滑坡位于東溝右岸，該滑坡寬150 m，長200 m，厚15 m，屬中型黃土滑坡?；氯σ螤钸吔缑黠@，后壁陡直，坡向270°，坡度約50°。毀耕地13 333.3 m2，林地20 000 m2，房屋20余間。調(diào)查共發(fā)現(xiàn)后緣裂縫5條，近乎平行，總體呈南北向，下錯方向均朝向溝邊。下錯高度1.2～2 m，深1 m，寬0.2～0.6 m，延伸長度300 m，裂縫間距5～15 m(圖6)。

圖6 白廂滑坡照片F(xiàn)ig.6 Images of Baixiang loess landslide

兩處滑坡分布在水簾洞煤礦同一采煤工作面上部?；掳l(fā)生時間均在高強度持續(xù)降雨以后，滑坡規(guī)模較大，穩(wěn)定性差。后緣耕地裂縫較為發(fā)育，裂縫下錯距離大，延伸長，無論在斜坡帶，還是地勢相對平坦的塬面，裂縫均近乎垂直于地表，未見明顯的傾斜面;地面裂縫在溝谷左右兩側(cè)呈現(xiàn)不同的下錯方式:東溝左岸李前滑坡后緣裂縫沿回采方向先反向下錯，后正向下錯，東溝右岸白廂滑坡后緣裂縫下錯方向朝向谷坡。

3 “對滑型”滑坡成因機制分析

筆者以李前—白廂滑坡為例，從開采沉陷角度，輔以FLAC3D數(shù)值模擬手段，探討采煤條件下“對滑型”滑坡的誘發(fā)機制。

3.1 覆巖破壞規(guī)律分析

工作面回采過程中，采空區(qū)頂板巖層失去支撐，在自重力和上覆巖土體壓力作用下，引起圍巖內(nèi)應(yīng)力的重分布和應(yīng)力集中[26]，進而產(chǎn)生向下的彎曲與移動，這種彎曲、移動隨著采空區(qū)面積的擴大而不斷加強，直至傳遞至地表，在地表顯現(xiàn)出塌陷盆地、塌陷槽、塌陷裂縫等不同的變形形式。

水簾洞煤礦煤層埋深約340 m，其中上覆基巖厚度約190 m，地表黃土覆蓋層厚度約150 m，黃土層厚度約占開采深度的44%。結(jié)合前人對該區(qū)域的研究結(jié)果[27]，判定白堊系下統(tǒng)洛河組砂巖為主關(guān)鍵層。采用《規(guī)程》推薦公式計算，煤層開采形成的導(dǎo)水裂隙帶溝通至直羅、延安組含水層，并未導(dǎo)通至松散層，地面產(chǎn)生的裂縫是由于覆巖的差異性下沉引起，覆巖關(guān)鍵層的彎曲破壞主要受上覆土層的荷載影響。關(guān)鍵層上局部拉應(yīng)力區(qū)的擴大和拉應(yīng)力值的增大，使關(guān)鍵層局部范圍內(nèi)發(fā)生從底部到頂部的塑性拉裂破壞，此時巖石強度值產(chǎn)生弱化。當(dāng)關(guān)鍵層豎直范圍內(nèi)的局部拉裂變形達到一定程度，基巖上覆黃土層的變形由量變發(fā)展到質(zhì)變，從而傳遞至地表，形成地表裂縫等。當(dāng)采煤發(fā)生在溝谷下方時，這種地表變形破壞程度會放大，加之該區(qū)黃土層厚度大，濕陷性強，極易在溝谷兩側(cè)形成大規(guī)模黃土滑坡。

根據(jù)水簾洞煤礦開采后覆巖的破壞情況，自下而上依次可以劃分為垮落帶、斷裂帶、離層帶及彎曲下沉帶、關(guān)鍵層局部拉裂破壞區(qū)、松散層破壞區(qū)(圖7)。

圖7 覆巖破壞模式Fig.7 Overburden failure pattern

3.2 坡體變形破壞數(shù)值模擬分析

水簾洞煤礦ZF3802工作面傾向長度150 m，推進長度2 100 m，采煤厚度9 m，煤層埋深340 m，采用綜采采煤工藝，全部垮落法管理頂板。工作面橫跨東溝，連接李前、白廂兩村。筆者以ZF3802工作面為原型，適當(dāng)簡化地質(zhì)及采礦條件，建立數(shù)值模型。模型走向長900 m，傾向?qū)?50 m，高374 m，煤層采高9 m。模型的坡面設(shè)置為自由邊界，底部設(shè)為固定約束邊界，四周設(shè)為單向約束邊界，模擬采用分步開挖，步長20 m，共推進700 m。計算時只考慮自重力的作用，計算遵循摩爾-庫倫準(zhǔn)則。根據(jù)滑坡區(qū)現(xiàn)場取樣的室內(nèi)巖石力學(xué)測試結(jié)果、水簾洞煤礦勘探地質(zhì)報告，并結(jié)合類似工程經(jīng)驗[27]，計算選的各巖土層物理力學(xué)參數(shù)見表1。模擬結(jié)果如圖8所示。

根據(jù)模擬結(jié)果，從溝谷兩側(cè)斜坡位移場的角度分析，隨著工作面的推進，溝谷兩側(cè)土體位移呈現(xiàn)以下動態(tài)規(guī)律:

(1)當(dāng)工作面推進至200 m時，水平方向位移主要受采空區(qū)的控制，整體表現(xiàn)為左側(cè)坡體向左移動。

表1巖土體物理力學(xué)參數(shù)
Table1Physicalandmechanicalparametersofrockandsoil

編號巖性厚度/m體積模量/GPa剪切模量/GPa密度/(kg·m-3)黏聚力/MPa抗拉強度/MPa內(nèi)摩擦角/(°)1黃土1150.2100.3817020.0480.002522.072黏土400.2900.4118450.0540.001821.103礫巖134.5202.4626553.8402.35444粗粒砂巖1404.0502.5224103.0400.57405細粒砂巖184.0402.4826403.8000.56356粗礫巖244.8202.4626203.8402.35447泥巖1133.4301.1124200.7000.38288砂質(zhì)泥巖143.3301.1322201.1800.20359粗粒砂巖2184.0402.0824103.0400.574010泥巖263.4301.1124200.7000.382811細粒砂巖2134.0402.4826403.8000.563512粉砂巖224.2401.9825302.0100.604113細粒砂巖3164.0401.4826403.8000.563514泥巖333.4301.1124200.7000.3828154號煤層90.5650.3713600.5000.602516砂質(zhì)泥巖205.9305.1322204.1801.0435

圖8 模擬結(jié)果Fig.8 Simulation results

豎直方向位移主要受采空區(qū)和重力作用的控制，整體表現(xiàn)為下沉(圖8(a))。

(2)當(dāng)工作面推進至300 m時，水平方向位移仍主要集中在左側(cè)坡體，同時豎直方向上的下沉波及到坡面(圖8(b))。

(3)當(dāng)工作面推進至400 m時，左側(cè)坡體采動影響由后緣發(fā)展至前緣，同時右側(cè)斜坡下部土體開始發(fā)生左向水平位移，并在下沉作用下右側(cè)坡面下部較容易形成裂縫(圖8(c))。

(4)當(dāng)工作面推進至500 m時，右側(cè)斜坡在采空區(qū)和重力下沉作用下整體左向移動;同時左側(cè)斜坡在采空區(qū)和重力作用下再次失穩(wěn)，坡體上部開始發(fā)育拉伸裂縫(圖8(d))。

(5)當(dāng)工作面推進至600 m時，右側(cè)斜坡采動失穩(wěn)轉(zhuǎn)移至坡體后緣;同時左側(cè)斜坡在采空區(qū)和重力作用下繼續(xù)失穩(wěn)，并向坡體底部發(fā)展(圖8(e))。

(6)當(dāng)工作面推進至700 m時，左側(cè)斜坡在采空區(qū)和重力作用下繼續(xù)失穩(wěn)(圖8(f))。

3.3 “對滑型”黃土滑坡的成因機制

工作面回采以后，采空區(qū)上部巖層失去支撐而垮斷運移，采空區(qū)上方土層中會產(chǎn)生附加的拉伸應(yīng)力，繼而產(chǎn)生指向采空區(qū)中心的位移向量。當(dāng)工作面橫跨溝谷回采時，溝谷兩側(cè)坡體在采動作用下會形成沿坡體傾斜的位移向量，兩組向量隨回采而動態(tài)疊加，導(dǎo)致“對滑型”滑坡的發(fā)生。

結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果分析可知:在工作面回采未過溝谷時采動引起的地表沉陷裂縫朝溝谷邊緣發(fā)展(圖9(a))，當(dāng)采動影響靠近左側(cè)坡體后緣時，后緣土體移動方向與坡向相反，并在后緣形成裂縫(圖9(b))。當(dāng)工作面推進至溝底時，左側(cè)坡體后緣裂縫逐步向前緣發(fā)展，但坡體在指向采空區(qū)位移形成的左向土壓力牽制作用下發(fā)生滑坡的可能性小。同時，右側(cè)坡體由于指向采空區(qū)的位移向量與重力作用下的滑移向量疊加作用，坡腳開始出現(xiàn)拉張裂縫(圖9(c))，隨著工作面的推進，拉張裂縫由坡體前緣逐步向后緣發(fā)展(圖9(d))，右側(cè)坡體下部土體先發(fā)生失穩(wěn)下滑，使上部土體失去支撐而變形滑動，形成牽引式滑坡(圖9(e))。同時，因采空區(qū)中心位置右移，左測坡體后緣再次失穩(wěn)開裂，上部土體擠壓下部土體而產(chǎn)生變形滑動，形成推移式滑坡(圖9(f))?，F(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在工作面跨溝開采過程中，采空區(qū)發(fā)展方向與坡向相同的一側(cè)，地表裂縫發(fā)育較多，延伸長、下錯距離大，所形成的滑坡規(guī)模較大。

圖9 “對滑型”滑坡發(fā)育示意Fig.9 Development of “opposite slide” landslide

必須強調(diào)的是，降雨是誘發(fā)并影響該區(qū)滑坡的重要因素。從煤層回采至地表沉陷顯現(xiàn)，存在一個過渡期，由于彬長礦區(qū)黃土層較厚且具有較強的濕陷性，地表沉陷主要是由于基巖面上不均勻下沉在土層中影響傳播至地表的結(jié)果，其顯現(xiàn)往往存在一定的滯后性。而連續(xù)高強度降雨，使滯后期提前結(jié)束，雨水入滲貫通塌陷裂縫，黃土自重濕陷性增強，坡體黏聚力降低，坡體失去穩(wěn)定而下滑。

4 “對滑型”黃土滑坡形成條件

“對滑型”黃土滑坡是西部黃土溝壑區(qū)一種典型的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，筆者認為，該類滑坡的產(chǎn)生應(yīng)具備以下條件。

(1)黃土坡體

滑坡坡體主要為黃土，由于黃土孔隙大、疏松、垂直節(jié)理發(fā)育，遇水容易崩解，具有濕陷性和軟化性，這為雨水入滲、滑坡變形提供了條件，尤其是垂直節(jié)理、裂隙發(fā)育為雨水的滲入提供了良好的通道。

(2)溝谷地貌

“對滑型”滑坡主要發(fā)生在黃土溝壑區(qū)，溝谷斷面呈“V”型或坡度較陡、落差較大的“U”型，且兩岸谷坡地形地貌、坡體結(jié)構(gòu)等特征基本一致。這是“對滑型”滑坡形成的必要條件。

(3)采礦擾動

地下采礦擾動是“對滑型”滑坡形成的主控因素。工作面上覆基巖受采煤擾動后，在重力作用下發(fā)生彎曲變形和斷裂。當(dāng)這種變形破壞傳遞至地表后，在地表顯現(xiàn)出塌陷盆地、塌陷槽、塌陷裂縫等不同的變形形式。當(dāng)工作面過溝回采時，隨著采空區(qū)面積的擴大，上覆巖體動態(tài)失穩(wěn)并導(dǎo)致溝谷兩側(cè)坡體內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)隨采動過程而時刻變化。這種坡體內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)的不均勻變化是溝谷兩側(cè)“對滑型”滑坡形成主要影響因素。

(4)降雨催化

由于黃土的濕陷性，高強度集中降雨能夠提前結(jié)束地表沉陷的滯后期，雨水從黃土本身及采煤擾動形成的裂縫下滲，使坡體自身的穩(wěn)定性減低，導(dǎo)致滑坡的發(fā)生。

總之，“對滑型”黃土滑坡形成條件較為復(fù)雜，筆者認為，需要綜合考慮各因素之間的相互耦合作用，才能更好揭示“對滑型”滑坡的形成機制。

5 結(jié) 論

(1)礦區(qū)“對滑型”黃土滑坡是指地表同一個平面上2個或多個相對滑動的黃土滑坡，多是由于地下采動引起上覆基巖不均勻沉降而導(dǎo)致溝谷兩側(cè)坡體先后發(fā)生失穩(wěn)所致，是我國西部黃土溝壑區(qū)因采煤沉陷引起的一種典型的滑坡地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象。

(2)工作面過溝開采時，“對滑型”黃土滑坡是溝谷兩側(cè)坡體在指向采空區(qū)中心的位移向量及沿坡體傾斜的位移向量動態(tài)疊加作用下形成的，且回采后到達一側(cè)的坡體往往早于先到達一側(cè)坡體滑坡。坡向與回采方向相同的一側(cè)，滑坡類型為推移式，坡向與回采方向相反的一側(cè)，滑坡類型為牽引式，推移式滑坡規(guī)模往往大于牽引式滑坡。

(3)“對滑型”黃土滑坡后緣地表裂縫展布規(guī)律明顯。當(dāng)工作面過溝回采時，坡向與回采方向相同一側(cè)的坡體，后緣地表較易產(chǎn)生裂縫，規(guī)模大，多呈階梯狀。裂縫下錯方向先是與工作面回采方向相反，在靠近溝谷邊緣時，下錯方向與回采方向一致。

(4)“對滑型”黃土滑坡的形成條件較為復(fù)雜。黃土坡體、溝谷地貌、采礦擾動、降雨催化以及相互之間的耦合作用是導(dǎo)致“對滑型”滑坡形成的重要條件。

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“Opposite-slide”loesslandslidesanditsformationmechanisminBinchangminingarea

SUN Kui1,2,3，LI Yonghong1,2，LIU Hainan1,2，PENG Jie1,2

(1.KeyLaboratoryofMineGeologicalHazardMechanismandControl，Xi’an710054，China; 2.ShaanxiInstituteofGeo-EnvironmentMonitoring，Xi’an710054，China; 3.CollegeofGeologyandEnvironment,Xi’anUniversityofScience&Technology，Xi’an710054，China)

In recent years,as the high-intensity exploitation of coal resources,the “opposite-slide” loess landslides caused by coal mining subsidence were developed,the loess landslides usually have large scale and poor stability.Based on the field survey,this paper takes Liqian-Baixiang landslide as a case,discusses the formation mechanism of “opposite slide” landslide by numerical simulation,and summarizes the produce condition of “opposite slide” landslide.The result shows that in thick loess area,surface subsidence is caused by uneven migration of coal seam overlying bedrock.In the process of cross valley exploitation,the “opposite-slide” loess landslides is caused by the displacement vector of the upper loess layer to the center of the mined out area and the dynamic displacement of the downward displacement vector along the slope of the mining disturbance.And the recovery after arrived at one side of the side slope is often earlier than the arrival of first slope landslide.On one side of the slope to the same as the direction of extraction,the landslides are push-type landslides,the other side landslides are pull-type landslides.The pull-type landslides are often greater than push-type landslides.There are four main conditions for the formation of “opposite-slide” loess landslides:loess slope,gully topography,mining disturbance and rainfall catalysis.

thick loess layer;coal mining subsidence;surface cracks;“opposite-slide” loess landslides;geological disaster

孫魁，李永紅，劉海南，等.彬長礦區(qū)“對滑型”黃土滑坡及其形成機制[J].煤炭學(xué)報,2017,42(11):2989-2997.

10.13225/j.cnki.jccs.2017.0323

SUN Kui，LI Yonghong，LIU Hainan,et al.“Opposite-slide” loess landslides and its formation mechanism in Binchang mining area[J].Journal of China Coal Society,2017,42(11):2989-2997.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2017.0323

P642.22

A

0253-9993(2017)11-2989-09

2017-03-13

2017-08-11責(zé)任編輯韓晉平

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973)資助項目(2013CB227901)

孫 魁(1988—)，男，河南周口人，助理工程師，博士研究生。Tel:029-87852493，E-mail:793626676@qq.com。

李永紅(1968—)，女，山西盂縣人，教授級高級工程師。Tel:029-87850392，E-mail:573142680@qq.com