趙明宣

(太原理工大學(xué)礦業(yè)學(xué)院、山西深藍(lán)地理信息工程公司)

·試驗(yàn)研究·

采煤沉陷地質(zhì)災(zāi)害勘查研究

趙明宣

(太原理工大學(xué)礦業(yè)學(xué)院、山西深藍(lán)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(zāi)害也越來越多的影響到礦區(qū)廣大居民的生產(chǎn)和生活，影響了社會(huì)的和諧穩(wěn)定。因此,必須認(rèn)真探索災(zāi)害產(chǎn)生的原因，采煤影響的范圍等，科學(xué)合理的解決糾紛并提出治理的建議，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目的。本文以陽泉市坡頭村災(zāi)害調(diào)查為例，在受損調(diào)查、證據(jù)缺失及影響范圍確定三方面提出了一些應(yīng)注意的問題。

災(zāi)害調(diào)查；相關(guān)性；證據(jù)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(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞，制約了礦區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，并產(chǎn)生了許多矛盾，因此，為解決矛盾糾紛提供科學(xué)依據(jù)已成為災(zāi)害勘查部門的一項(xiàng)重要工作內(nèi)容。下面以陽泉市坡頭村災(zāi)害調(diào)查為例，在受損調(diào)查、證據(jù)缺失及影響范圍確定三方面提出了一些應(yīng)注意的問題。

1 采煤沉陷地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查

坡頭村位于太行山北段西側(cè)，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(fā)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(fā)育在山脊和山坡地帶，一些出現(xiàn)在坡頭村內(nèi)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(jié)理方向曲折延伸，規(guī)模大。其中在半山梁有下錯(cuò)式張性地裂縫，延伸方向北東，延伸長度約40 m，下錯(cuò)約5～15 cm，深度約0.1～3 m。

學(xué)校建筑物和部分村民院落內(nèi)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(gòu)筑物擠壓碎裂現(xiàn)象，走向?yàn)楸睎|20°，沿桃河西岸斷續(xù)延伸，呈線性展布，裂縫兩側(cè)地面不對(duì)稱傾斜，西側(cè)推移向東擠壓，東側(cè)明顯向下傾伏，地面隆起高度約1～10 cm，隆起嚴(yán)重地帶位于坡頭小學(xué)教學(xué)樓前門廳和村內(nèi)石砌臺(tái)階路，其分布特征及規(guī)律見圖1。

從以上調(diào)查可知，坡頭村地質(zhì)災(zāi)害并不僅僅是簡單的采煤沉陷造成的，因?yàn)樯侥_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(zāi)害是由采煤沉陷及采煤沉陷引起的采動(dòng)滑移體造成的。村中出現(xiàn)大量隆起的地段為滑移體前緣，山脊較大規(guī)模的張性裂縫為其后緣，滑移體向下蠕動(dòng)，才會(huì)產(chǎn)生調(diào)查中見到的現(xiàn)象。

從圖1可以看出，房屋受損及地裂縫產(chǎn)生的時(shí)間與采空區(qū)形成的時(shí)間密切相關(guān)，即采空區(qū)形成半年左右地表開始變形移動(dòng)，并對(duì)房屋造成損壞?？臻g上也存在著對(duì)應(yīng)關(guān)系，采空區(qū)由北向南遞進(jìn)，而房屋受損及地裂縫產(chǎn)生也是由北向南逐步發(fā)展。 所以，在房屋受損及地裂縫調(diào)查過程中，不能只關(guān)注裂縫的多少、長度、寬度，還要關(guān)注它的走向、產(chǎn)生的時(shí)間及性質(zhì)(張性、壓性等)；從其產(chǎn)生的時(shí)間可以判斷與采煤沉陷的時(shí)間相關(guān)性，從它的位置、走向及性質(zhì)可以判斷與采煤沉陷的空間相關(guān)性。從大范圍內(nèi)分析其分布規(guī)律，判斷災(zāi)害位置是處于采煤沉陷區(qū)、沉陷影響區(qū)還是影響區(qū)之外，在山地還要分析其是否處于沉陷區(qū)之外的采動(dòng)滑移區(qū)，上例坡頭村的災(zāi)害便是采煤沉陷及沉陷引起的采動(dòng)滑移造成的。

圖1 災(zāi)害分布示意圖

2 確定影響范圍時(shí)的地形因素

在災(zāi)害調(diào)查時(shí)，地裂縫是相當(dāng)重要的證據(jù)，在表層為黃土?xí)r，地表裂縫可見，表層為風(fēng)積沙層時(shí)，塌陷裂縫會(huì)在雨水沖蝕下，完全彌合，在地表巖石破碎嚴(yán)重地段地裂縫不明顯，一些裂縫易被坡積物等掩埋。對(duì)于難以找到證據(jù)的地段，可以對(duì)當(dāng)?shù)鼐用襁M(jìn)行調(diào)查，問清是否有裂縫，裂縫產(chǎn)生的時(shí)間，裂縫的位置、走向及規(guī)模，并做詳細(xì)記錄。另外，可根據(jù)已有的比較充分的資料進(jìn)行推斷。在圖1，中虛線部分便是根據(jù)后緣的大規(guī)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(duì)待特殊地區(qū)證據(jù)的缺失

我國的采空區(qū)塌陷研究人員引入、提出了多種預(yù)測方法，包括概率積分法、負(fù)指數(shù)函數(shù)法、典型曲線法等，目前普遍應(yīng)用的是概率積分法。概率積分法認(rèn)為，礦層開采后的覆巖塌陷是一種服從于統(tǒng)計(jì)規(guī)律的隨機(jī)現(xiàn)象，因此，可用概率分布方法建立其計(jì)算公式，其坐標(biāo)系的建立是先假設(shè)地面水平，然后選擇下沉曲線拐點(diǎn)處作為原點(diǎn)，建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，因此，該方法在平原地區(qū)預(yù)計(jì)效果更為理想。實(shí)際中，山區(qū)地表的移動(dòng)范圍與平地有所不同，原因是采掘活動(dòng)在山區(qū)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(dòng)滑移，是開采引起的地表移動(dòng)過程中表土層或風(fēng)化層在重力分量的作用下沿山坡向下的緩慢滑動(dòng)。它是與采動(dòng)沉陷過程同時(shí)發(fā)生的，其移動(dòng)量、移動(dòng)方向和移動(dòng)范圍取決于地表傾角、傾向、移動(dòng)盆地位置及附近的微地貌。一般來說，這種滑移的移動(dòng)量和移動(dòng)速度與采動(dòng)影響的大小有關(guān)，且滑動(dòng)方向總是指向山坡的傾斜方向。根據(jù)采動(dòng)滑移產(chǎn)生的條件，山區(qū)地表平均傾角大于15°，且存在黃土等覆蓋層時(shí)，滑移產(chǎn)生的影響范圍為移動(dòng)角減小5°～10°后的范圍。坡頭村災(zāi)害調(diào)查中用概率積分法預(yù)計(jì)下沉10 mm等值線和0 mm等值線后再將移動(dòng)角減小10°外推的影響范圍圖見圖2，圖3。

圖2 (上) 移動(dòng)角減小10°影響范圍擴(kuò)大示意圖

圖3 (右)采煤沉陷等值線及其影響范圍擴(kuò)大線圖

從圖2，圖3可以看出，計(jì)算出的影響范圍并未包括村東邊的小學(xué)校園，但在實(shí)際調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，校園內(nèi)出現(xiàn)多處擠壓隆起及房屋裂縫，因此，必須考慮到學(xué)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(zhì)均有關(guān)系，可以通過構(gòu)筑物變形，地面隆起等現(xiàn)象做進(jìn)一步的判斷。

[1] 郭一民.大柳塔礦區(qū)采空區(qū)塌陷地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測分析[D].西安：長安大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006:37-39.

[2] 薛光武.物探技術(shù)在地表探測煤礦采空影響區(qū)中的應(yīng)用研究[D].太原：太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006:24-26.

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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(xué)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