江西某采煤區(qū)地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害的分析

華偉嬪 ，張 睿 ，廖 歡

（江西省煤田地質(zhì)勘察研究院，江西 南昌 330001）

江西某采煤區(qū)存在可溶巖層，由于地下開采和抽排地下水，導(dǎo)致地下水位動(dòng)態(tài)變化，可能加劇巖溶地面發(fā)育。本文主要從煤層開采情況出發(fā)，分析采煤區(qū)的采空地面塌陷和巖溶地面塌陷發(fā)育情況。

1 礦山地質(zhì)環(huán)境條件概述

該區(qū)地貌形態(tài)主要為剝蝕堆積崗埠及沖積平原地形，原始地面標(biāo)高為+23.4 m～+37.9 m，地面起伏不大，地表主要由第四系覆蓋。該區(qū)鉆孔揭露的地層有：第四系 （Q）、侏羅系下統(tǒng)門口山組(J1m)、三疊系下統(tǒng)大冶組（T1d）、二疊系上統(tǒng)長(zhǎng)興組（P3c）、二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l）。 地層分布圖見圖1。

圖1 項(xiàng)目區(qū)巖基地層概況略圖

項(xiàng)目區(qū)A-A’剖面見圖2。

圖2 項(xiàng)目區(qū)A-A’地層剖面

2 主采煤層分布及特征

該區(qū)構(gòu)造簡(jiǎn)單，為一單斜構(gòu)造，煤層傾角5°～32°（見圖2）。主采煤層為B4煤層，位于老山下亞段下部。煤層穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單～較復(fù)雜，開采煤層厚度0.60～4.22 m。開采標(biāo)高為-500 m～-1300 m。主采煤層（B4）底板等高線見圖3。

B4煤層直接頂板為厚約3～8 m的深灰～灰黑色細(xì)粉砂巖，局部為粗粉砂巖、含炭泥巖，薄至中厚層狀，致密均一。B4煤層底板為厚1～2 m的灰褐色鮞狀粘土巖或粘土質(zhì)、砂質(zhì)泥巖，鮞狀結(jié)構(gòu)或團(tuán)塊狀結(jié)構(gòu)。

3 采區(qū)地面塌陷分析

3.1 地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀

項(xiàng)目的開采深度為523.4～1337.9 m，地面標(biāo)高為+23.4 m～+37.9 m，煤層開采標(biāo)高為-500 m～-1300 m，通過(guò)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)該采煤區(qū)建筑物和地面出現(xiàn)不同程度的破壞，其地質(zhì)災(zāi)害主要是地面塌陷和房屋開裂，地面塌陷主要分布在三疊系下統(tǒng)大冶組（T1d）和二疊系上統(tǒng)長(zhǎng)興組（P3c）地層，地面塌陷同時(shí)伴隨著房屋開裂。地面塌陷見表1，地面塌陷點(diǎn)分布見圖3，地面塌陷及房屋開裂見照片1和照片2。

表1 區(qū)內(nèi)地面塌陷情況

圖3 項(xiàng)目區(qū)地面塌陷點(diǎn)分布

圖4 房屋裂縫

圖5 地面塌陷坑

3.2 地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害分析

區(qū)內(nèi)發(fā)生地面塌陷主要由于采煤沉陷和巖溶塌陷。

（1）采煤沉陷分析

影響采動(dòng)對(duì)地表變形的因素有煤層埋藏深度、煤層開采厚度、煤層上覆巖性結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造以及地面形態(tài)特征等。

根據(jù)2017年7月煤炭工業(yè)出版社 《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》中附表3-1巖性與預(yù)測(cè)參數(shù)相關(guān)關(guān)系表，本區(qū)地表移動(dòng)參數(shù)選擇如下：

區(qū)內(nèi)上覆巖層為中等偏硬巖層條件，根據(jù)《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》中針對(duì)不同上覆巖層巖性條件推薦的取值范圍，并參考相關(guān)的地表移動(dòng)實(shí)測(cè)資料分析，區(qū)內(nèi)壓覆煤炭資源全采條件下地表移動(dòng)參數(shù)如表2所示。

表2 區(qū)內(nèi)壓覆煤炭資源全采條件下

表3 區(qū)內(nèi)部分鉆孔采動(dòng)變形分析計(jì)算結(jié)果

注：根據(jù)《三下采煤規(guī)程》，其中一級(jí)變形區(qū)（最大傾斜＜3 mm/m，最大水平變形≤2 mm/m），二級(jí)變形區(qū) （3 mm/m＜最大傾斜≤6 mm/m，2 mm/m＜最大水平變形≤4 mm/m），三級(jí)變形區(qū)（6 mm/m＜最大傾斜≤10 mm/m，4 mm/m ＜最大水平變形≤6.0 mm/m），四級(jí)變形區(qū)（最大傾斜＞10 mm/m，最大水平變形＞6.0 mm/m）。

根據(jù)區(qū)內(nèi)所有鉆孔數(shù)據(jù) （部分鉆變形值見表2）采用內(nèi)插法得出該區(qū)主采煤層（B4）開采影響等級(jí)變形圖（見圖4）。

圖4 主采煤層（B4）開采影響等級(jí)變形

由圖4可看出鉆孔揭露無(wú)煤層的屬于無(wú)變形區(qū)，煤層埋深淺的等級(jí)變形級(jí)別大。區(qū)內(nèi)塌陷1（TX1）發(fā)生在三級(jí)變形區(qū)，塌陷2（TX2）、塌陷3（TX3）和塌陷4（TX4）均發(fā)生在二級(jí)變形區(qū)，房屋開裂發(fā)生在一級(jí)變形區(qū)和二級(jí)變形區(qū)。由此，煤層開采對(duì)區(qū)內(nèi)的地面塌陷的發(fā)生起到一定的作用。

（2）巖溶地面塌陷分析

由圖4可以看出，地面塌陷主要分布在三疊系下統(tǒng)大冶組（T1d）和二疊系上統(tǒng)長(zhǎng)興組（P3c）地層。大冶組（含泥質(zhì)灰?guī)r）和長(zhǎng)興組為灰?guī)r在區(qū)內(nèi)巖溶較發(fā)育。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查后認(rèn)為，該處地面塌陷與人為因素和自然因素有關(guān)，是多種因素綜合作用的結(jié)果，但人為因素是主導(dǎo)因素。

① 自然因素

地面塌陷區(qū)為覆蓋型灰?guī)r區(qū)，上覆第四系碎石、礫石粘土層，具有一定的滲透性。其下部的灰?guī)r溶洞與溶蝕裂隙比較發(fā)育，利于地下水滲入，儲(chǔ)存與運(yùn)移，造成對(duì)上覆土層的潛蝕，在地下水潛蝕下將第四系松散物質(zhì)隨水流帶走，在此基礎(chǔ)上容易形成淺層溶洞和在覆蓋層中形成土洞。在地下水水位變幅過(guò)大過(guò)快時(shí)易自然產(chǎn)生地面變形，形成塌陷或沉降。

同時(shí)巖溶水水位隨季節(jié)性變化發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，導(dǎo)致其水位頻繁地在土層底板上、下波動(dòng)，從而對(duì)土體產(chǎn)生長(zhǎng)期的潛蝕作用并形成土洞，土洞發(fā)展到一定階段，在土體自重或其它外力作用下最終產(chǎn)生地面塌陷。

② 人為因素

引發(fā)巖溶地面塌陷的人為因素多數(shù)是由于過(guò)量開采巖溶地下水所致。本區(qū)由于碳酸巖巖溶較發(fā)育，巖溶上覆土層為粘性土層。未開采巖溶水之前，巖溶水多為承壓水，其水位一般位于土層底板之上。由于區(qū)內(nèi)存在農(nóng)田抗旱機(jī)井、飲用水井以及煤礦開采的礦坑排水，當(dāng)長(zhǎng)期過(guò)量開采巖溶地下水之后，巖溶水水位不斷下降，上部松散巖類孔隙水與巖溶水之間的水頭差加大，孔隙水不斷下滲補(bǔ)給巖溶水。對(duì)土體潛蝕作用加強(qiáng)而形成土洞，直至產(chǎn)生地面塌陷。

根據(jù)本區(qū)巖溶地面塌陷的特征及區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件，初步推測(cè)誘發(fā)本區(qū)巖溶地面塌陷的主導(dǎo)因素系主要與周邊過(guò)量開采巖溶地下水有關(guān)。

4 結(jié)語(yǔ)及建議

4.1 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)本區(qū)地面塌陷的分析，可知區(qū)內(nèi)主要為采煤沉陷和巖溶地面塌陷，其中巖溶地面塌陷主要由自然因素和人為因素共同產(chǎn)生的，最主要的因素是地下開采以及周邊過(guò)量開采巖溶地下水。地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害將會(huì)對(duì)地表農(nóng)田及民用建筑等造成威脅。

4.2 建議

為了避免和降低地面塌陷帶來(lái)的生命和財(cái)產(chǎn)損失，應(yīng)慎對(duì)該區(qū)進(jìn)行巖溶地下水的開采，建議對(duì)該區(qū)進(jìn)行更進(jìn)一步的工程地質(zhì)勘探，查明巖溶發(fā)育情況，并對(duì)區(qū)內(nèi)的采空變形等級(jí)進(jìn)行論證評(píng)估。