采煤沉陷地質災害勘查研究

趙明宣

(太原理工大學礦業學院、山西深藍地理信息工程公司)

·試驗研究·

采煤沉陷地質災害勘查研究

趙明宣

(太原理工大學礦業學院、山西深藍地理信息工程公司)

隨著我國煤炭資源的廣泛開采，由采煤沉陷引起的災害也越來越多的影響到礦區廣大居民的生產和生活，影響了社會的和諧穩定。因此,必須認真探索災害產生的原因，采煤影響的范圍等，科學合理的解決糾紛并提出治理的建議，以實現可持續發展的目的。本文以陽泉市坡頭村災害調查為例，在受損調查、證據缺失及影響范圍確定三方面提出了一些應注意的問題。

災害調查；相關性；證據缺失；影響范圍；地形因素

煤炭是我國的重要資源之一，煤炭的開采給礦山周圍的生態環境造成了嚴重的破壞，制約了礦區的經濟發展，并產生了許多矛盾，因此，為解決矛盾糾紛提供科學依據已成為災害勘查部門的一項重要工作內容。下面以陽泉市坡頭村災害調查為例，在受損調查、證據缺失及影響范圍確定三方面提出了一些應注意的問題。

1 采煤沉陷地質災害調查

坡頭村位于太行山北段西側，溝谷縱橫，為坡頭河和桃河交匯部位，西部和北部高、東部低，屬中低山地貌，微地貌發育。坡頭村為北東向分布，村民房屋基本都建在山坡與山下平地接觸帶的黃土上，地裂縫主要發育在山脊和山坡地帶，一些出現在坡頭村內街道和村民院落中。

山脊和山坡地帶地裂縫為張性裂隙，開口寬窄不一，沿節理方向曲折延伸，規模大。其中在半山梁有下錯式張性地裂縫，延伸方向北東，延伸長度約40 m，下錯約5～15 cm，深度約0.1～3 m。

學校建筑物和部分村民院落內形成壓性地裂縫，裂縫狹窄，線性延伸，伴隨有地面隆起變形和地面構筑物擠壓碎裂現象，走向為北東20°，沿桃河西岸斷續延伸，呈線性展布，裂縫兩側地面不對稱傾斜，西側推移向東擠壓，東側明顯向下傾伏，地面隆起高度約1～10 cm，隆起嚴重地帶位于坡頭小學教學樓前門廳和村內石砌臺階路，其分布特征及規律見圖1。

從以上調查可知，坡頭村地質災害并不僅僅是簡單的采煤沉陷造成的，因為山腳下有大量的擠壓隆起，許多村民家窯洞靠山的后墻被向前推出，山頂山坡又有張性裂縫，因此，可初步斷定災害是由采煤沉陷及采煤沉陷引起的采動滑移體造成的。村中出現大量隆起的地段為滑移體前緣，山脊較大規模的張性裂縫為其后緣，滑移體向下蠕動，才會產生調查中見到的現象。

從圖1可以看出，房屋受損及地裂縫產生的時間與采空區形成的時間密切相關，即采空區形成半年左右地表開始變形移動，并對房屋造成損壞。空間上也存在著對應關系，采空區由北向南遞進，而房屋受損及地裂縫產生也是由北向南逐步發展。 所以，在房屋受損及地裂縫調查過程中，不能只關注裂縫的多少、長度、寬度，還要關注它的走向、產生的時間及性質(張性、壓性等)；從其產生的時間可以判斷與采煤沉陷的時間相關性，從它的位置、走向及性質可以判斷與采煤沉陷的空間相關性。從大范圍內分析其分布規律，判斷災害位置是處于采煤沉陷區、沉陷影響區還是影響區之外，在山地還要分析其是否處于沉陷區之外的采動滑移區，上例坡頭村的災害便是采煤沉陷及沉陷引起的采動滑移造成的。

圖1 災害分布示意圖

2 確定影響范圍時的地形因素

在災害調查時，地裂縫是相當重要的證據，在表層為黃土時，地表裂縫可見，表層為風積沙層時，塌陷裂縫會在雨水沖蝕下，完全彌合，在地表巖石破碎嚴重地段地裂縫不明顯，一些裂縫易被坡積物等掩埋。對于難以找到證據的地段，可以對當地居民進行調查，問清是否有裂縫，裂縫產生的時間，裂縫的位置、走向及規模，并做詳細記錄。另外，可根據已有的比較充分的資料進行推斷。在圖1，中虛線部分便是根據后緣的大規模張性裂縫及前緣的擠壓隆起推斷出的滑移體邊界。

3 如何對待特殊地區證據的缺失

我國的采空區塌陷研究人員引入、提出了多種預測方法，包括概率積分法、負指數函數法、典型曲線法等，目前普遍應用的是概率積分法。概率積分法認為，礦層開采后的覆巖塌陷是一種服從于統計規律的隨機現象，因此，可用概率分布方法建立其計算公式，其坐標系的建立是先假設地面水平，然后選擇下沉曲線拐點處作為原點，建立數學模型進行計算，因此，該方法在平原地區預計效果更為理想。實際中，山區地表的移動范圍與平地有所不同，原因是采掘活動在山區條件下除了造成沉陷以外，往往伴隨附加的地表滑移甚至滑坡。采動滑移，是開采引起的地表移動過程中表土層或風化層在重力分量的作用下沿山坡向下的緩慢滑動。它是與采動沉陷過程同時發生的，其移動量、移動方向和移動范圍取決于地表傾角、傾向、移動盆地位置及附近的微地貌。一般來說，這種滑移的移動量和移動速度與采動影響的大小有關，且滑動方向總是指向山坡的傾斜方向。根據采動滑移產生的條件，山區地表平均傾角大于15°，且存在黃土等覆蓋層時，滑移產生的影響范圍為移動角減小5°～10°后的范圍。坡頭村災害調查中用概率積分法預計下沉10 mm等值線和0 mm等值線后再將移動角減小10°外推的影響范圍圖見圖2，圖3。

圖2 (上) 移動角減小10°影響范圍擴大示意圖

圖3 (右)采煤沉陷等值線及其影響范圍擴大線圖

從圖2，圖3可以看出，計算出的影響范圍并未包括村東邊的小學校園，但在實際調查中發現，校園內出現多處擠壓隆起及房屋裂縫，因此，必須考慮到學校西部相鄰山地的影響。

5°～10°的確定與地表傾角、傾向和上覆地層性質均有關系，可以通過構筑物變形，地面隆起等現象做進一步的判斷。

[1] 郭一民.大柳塔礦區采空區塌陷地質災害預測分析[D].西安：長安大學碩士學位論文，2006:37-39.

[2] 薛光武.物探技術在地表探測煤礦采空影響區中的應用研究[D].太原：太原理工大學碩士學位論文，2006:24-26.

[3] 周 群.采煤塌陷地致災機理及恢復治理研究[D].泰安：山東農業大學碩士學位論文，2005:32-34.

[4] 何國清,楊 倫,凌賡娣.礦山開采沉陷學[M].徐州：中國礦業大學出版社，1991:18-19.

ResearchonExplorationofGeologicalDisastersaboutSubsidingofCoalMining

ZhaoMing-xuan

In our country, with the extensive mining of coal resources, geological hazards caused by the callapse of coal mining areas more and more. Which influence the production and life of the local people, thus becoming unstable factors of our society, so we have to study the disaster-causing and influence extent of mined areas etc.. It will solve the problem scientifically and provide advices for social sustainable development. Taking the village of Potou in Yangquan city as an example, this paper raised some issues that need attention, including damage survey, lack of evidence and determine the influence extent of mined areas, which are expecting more suggestions and further discussions.

Damage survey; Correlation; Lack of evidence; Sphere of influence; Terrain factors

趙明宣 男 1978年出生 2009年太原理工大學在讀工程碩士研究生 工程師 太原 030024

TD16

B

1672-0652(2010)10-0016-03

2010-07-24