礦區地面塌陷中巷道附近滲流致災機理及其控制方法

汪華勝

（湖南省地質礦產勘查開發局417隊，湖南 衡陽 421001）

礦區地面塌陷是礦山在開采中主要的地質災害之一，它的發生及發展過程具有隱蔽性和突發性等特點，不僅造成礦區地面的塌陷，也給礦山的建設和安全帶來嚴重影響。相關部門應當高度重視這一內容，研究導致礦區地面坍塌的具體原因，然后從根源上對其進行控制。

1 滲透破壞基本形式

礦區土壤中滲透破壞的形式分成兩種，分別為流土和管涌[1]。粗細兩層之間的滲流，會將細粒土從粗粒土當中帶走，這種現象被叫做接觸沖刷或者潛蝕。針對一層土來說，粘性土并不會出現管涌現象。當管涌發生后，會引發兩種結果，第一種是繼細粒土被帶走之后，粗粒土也會被滲流帶走，從而產生空洞現象，最終造成漸進破壞現象[2]。另外一種則是細粒土被帶走，粗粒土形成一種骨架還能夠支持，神流量加大，但不一定會出現破壞情況。

2 流土判別條件

可以形成穩定滲流的基礎上，對臨界平衡狀態進行分析，應當滿足以下幾個條件。這種情況下，土體則處于一種相對飽和的狀態下，這時可以采用總應力分析方式。如圖1、2所示：

圖1 流土示意圖

圖2 有壓重時的流土

對土體自重和上下形成水壓力差相等的情況下，得出下列公式：

站在理論角度進行分析，認為只要土中所滲流的水力坡度在臨界水力坡度以上的時候，就有可能會產生流土，對土的穩定性帶來影響，但因為粘性土具有粘聚力，這種情況下可以承受較大的水利坡降[3]。但不是所有的均可以形成相對穩定的滲流，土的下部位置，若突然施加，土的透水性較差，土沒有被飽和，同時在土中并沒有形成相對穩定的滲流，在這種情況下，土體的容重則使用天然容重，對其懸浮條件進行分析，得出下列公式：

此外，進行相關研究后，發現含水層中存在的固體顆粒的水平運動結果在含水層的垂向變形，以巖土水利學相關內容為依據，可以通過物理模型或者數學方式，對地質中滲流問題進行宏觀的處理，但是針對一些小范圍地面坍塌問題而言，當前還沒有較好的數值角度。

巖土體滲流變形具有較高的實效性，而其中的地下水對于巖土體產生的作用并不明顯，伴隨著時間的增長，地下水對巖土體產生了較為明顯的影響。一方面，是產生了軟弱結構面的物理化作用，促使巖土體物理學性質逐漸被減弱。另一方面是地下水產生一定的力學作用，促使巖土體中裂隙孔隙等發生擴張。第三方面，主要是針對比較松散的粒狀土體，因為高梯度地下水流的影響，產生土顆粒運動，從而引發土體變形。

3 礦區坍塌滲流勘測與控制

3.1 地質雷達探測

地質雷達探測方式是一種能夠確定地下介質分布的廣譜電磁技術，地質雷達技術主要是對發射天線進行應用，對外發射高頻寬帶電磁波，通過這種方式來接收地下介質界面的反射波。電磁波在相應介質當中，所傳播的路徑、電磁場強度、波形等，會隨著全部介質的電性質幾何形態發生變化。以接收波的旅行時間、幅度和波形資料等，能夠進一步推斷介質的結構。若巖層當中發生工程災害隱患的時候，巖層和工程災害隱患界面兩邊會產生較大的電性差異，可能會產生較為強烈的反射波。

因此，使用時間剖面上存在的特征圖像，能夠有效明確工程災害隱患位置，采用這項技術對礦區內部進行勘測，能夠事先發現地基掏空問題，從而進行及時處理，防止出現塌陷問題出現。

3.2 瞬變電磁法

瞬變電磁法也被稱作時間域電磁法，主要是采用不接地回線或者接地長導線提供雙極性的脈沖電流，如果回線中存在的穩定電流突然間斷電，可以結合電磁感應理論，當回線當中的電流突然產生變化，可能會在周圍產生相應的磁場。

3.3 礦區地面塌陷中滲流的控制

對地下水補給來源進行控制，以避免地表水無限制的滲透到地下，導致水體始終處于飽和狀態。此外，對水力的坡度進行限制，不同地下工程的具體施工過程中，需要按照計劃進行具體施工，選擇合理的截水帷幕，對降水的深度、速度以及降水的范圍進行嚴格控制。此外，還需針對地質條件進行科學處理，在進行土體回填時，需加大密實度，對廢舊的地下管線進行及時清理，防治這些廢舊的地下管線成為水土流失的通道。

4 結語

針對礦區地面坍塌現象，需從源頭上進行治理，找出發生坍塌的具體原因，控制降水的深度、速度和范圍，避免出現過大水力坡度。減少不良地質條件，針對一些特殊的地質，可以采用換填的方式，提高壓實度。