符繼衛(wèi)

(中國神華神東地測公司錦界煤礦地測站，陜西 神木 719319)

伴隨著煤炭資源的大規(guī)模開采，大部分礦區(qū)生態(tài)環(huán)境遭受巨大破壞，地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生。其中，尤以采空塌陷與地裂縫地質(zhì)災(zāi)害影響最大。塌陷區(qū)、地裂縫在礦區(qū)分布廣泛、數(shù)量眾多，不僅使當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境惡化，而且嚴重阻礙了礦區(qū)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。目前，空間信息技術(shù)、計算機技術(shù)的快速發(fā)展，為煤礦采空區(qū)引起的地質(zhì)災(zāi)害的防治提供了堅實的技術(shù)支持。本文針對礦區(qū)采空塌陷與地裂縫地質(zhì)災(zāi)害，對其形成、危害和防治進行了探討與分析。

1 形成原因與影響因素

1．1 形成原因

礦區(qū)采空塌陷與地裂縫災(zāi)害主要由人類采礦工程活動引發(fā)，地裂縫又常常與采空塌陷地質(zhì)災(zāi)害相伴出現(xiàn)，其空間分布范圍及展布方向與煤礦開采狀況密切相關(guān)，主要受采空區(qū)范圍、采煤巷道方位及上覆巖土體的工程特性所控制。

采空塌陷與地裂縫的形成原因主要是地下礦層大面積采空后，原有的周圍應(yīng)力平衡狀態(tài)遭到破壞，礦層上部巖(土)層失去支撐，在自重和上覆巖土體的壓力作用下向采空區(qū)垮落沉降，以致發(fā)展到地表，從而使地表土和地面發(fā)生下沉變形和水平移動，并在采空區(qū)上方形成冒落帶、裂隙帶和沉降帶三個開采影響帶。隨著采空范圍擴大，在地表形成塌陷變形及地裂縫災(zāi)害。地裂縫是一種緩慢發(fā)展的漸進性地質(zhì)災(zāi)害，它是地表巖土體在自然因素和人為因素的作用下，產(chǎn)生開裂并在地面形成一定長度和寬度裂縫的現(xiàn)象［1］。

1．2 影響因素

采空塌陷和地裂縫是由于地下出現(xiàn)空洞后，上覆巖體失去平衡，發(fā)生冒落或下沉而形成的。影響采空塌陷和地裂縫的因素有多種，如地形、地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地下水活動、采礦方法和開采條件等。其中采礦方法和開采條件是主要因素，在其它條件一定的情況下，礦體埋深淺，深厚比小，地表變形嚴重。

1)開采規(guī)模及開采方式的影響。不同開采規(guī)模與開采方式下形成的采空塌陷、地裂縫地質(zhì)災(zāi)害的規(guī)模是不同的。如使用長壁式采煤，開采技術(shù)先進，開采規(guī)模較大，回采率大于70%，因此，在其采空區(qū)上方形成規(guī)模較大、與采空區(qū)相一致的地面塌陷區(qū)及地裂縫;相對而言，中、小型煤礦的開采規(guī)模較小，主要采用倉房式、殘柱式等采煤方法，開采技術(shù)落后，地表變形以地裂縫為主。

2)煤層埋深的影響。在相同開采條件下，地表變形隨采深的增大而減小，隨采厚的增大而增大，即深厚比越小，地表變形越強烈。同時采掘?qū)挾仍酱螅乇硭莺土芽p范圍越大。

2 采空塌陷與地裂縫的危害程度

采空塌陷與地裂縫的危害主要表現(xiàn)為：

1)直接誘發(fā)崩塌、滑坡。

2)間接引發(fā)地下礦井透水事故。地裂縫如由煤礦采空所致，則該礦抽取的煤層水順裂縫會循環(huán)流入地下巷道，雨季地表水匯流加大了水量，需24 h不間斷抽水，耗電量很大。嚴重影響了煤礦的正常生產(chǎn)，且極易誘發(fā)其它煤礦災(zāi)害發(fā)生。

3)破壞耕地。據(jù)統(tǒng)計，由于采空塌陷和地裂縫的形成會使礦區(qū)耕地受到不同程度的破壞，成為“三跑田”(跑水、跑土、跑肥)。致使地表土壤大量流失，土壤結(jié)構(gòu)破壞，肥力降低，大部分農(nóng)田減產(chǎn)，生長不良，有的農(nóng)田甚至已無法復(fù)墾耕種，嚴重影響了農(nóng)民的生活水平和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。

4)毀壞房屋及水利、交通設(shè)施。因采空塌陷和地裂縫造成房屋、水利交通設(shè)施的不同程度損壞，經(jīng)濟損失巨大。

5)水資源枯竭。在煤礦采空區(qū)，由于采空塌陷與地裂縫災(zāi)害的出現(xiàn)，使地表水及淺～中層地下水向下漏失，使出露于地表的地下水排泄點—泉水干涸，導致地下水位下降。大部分礦區(qū)因此而普遍存在人畜吃水困難的現(xiàn)象。

3 采空塌陷與地裂縫分級評價

3．1 采空塌陷分級評價

采空塌陷的空間展布與礦井采掘平面相吻合，呈規(guī)律分布，受開采方式及開采條件的影響，大多數(shù)地面塌陷形式為塌陷坑、塌陷槽，靠近山坡處會形成陡崖。陷坑群體平面組合形態(tài)以群集式為主，分布無一定的規(guī)律性，少數(shù)為長列式，長列方向與采掘方向一致;陷坑單體形狀大部分為橢圓形、長條形、圓形，四壁陡直，深度不等，面積在幾十到數(shù)百平方米。煤礦采空塌陷從時間來看，相對于煤礦開采時間具有滯后性，且時間長短不等。采空塌陷的分級標準見表1。

表1 采空塌陷分級標準

3．2 地裂縫分級評價

采礦形成的地裂縫呈直線、折線、鋸齒狀或弧形，走向一般與采掘方向相同，沿采空區(qū)周界開裂。在基巖分布區(qū)，順節(jié)理裂隙延伸。大部分地裂縫發(fā)育在山頂、山坡，并且與斜坡走向平行或小角度斜交。長度一般3～50 m，少數(shù)100～200 m，寬0．08～0．8 m，絕大部分裂縫上寬下窄呈楔形，兩壁近于直立且壁面凹凸不平，最大可量深度達3 m，影響寬度小于10 m，均為小型的拉張下錯裂縫。地裂縫的規(guī)模分級標準見表2。

表2 地裂縫規(guī)模分級標準

采空型地裂縫屬采空塌陷的派生裂縫，由塌陷區(qū)內(nèi)巖土體工程地質(zhì)條件差異與塌陷速率差異而引起，絕大多數(shù)影響耕地，危害程度一般。在地裂縫發(fā)育地段，受降雨沖刷、侵蝕、淋濾等次生作用，使其在原有規(guī)模的基礎(chǔ)上有所擴大，使地裂縫不斷淘空、擴大，久而久之形成地面塌陷，這種作用在每年的雨季都特別明顯。表現(xiàn)形式常為倒圓錐形、長條形，并與地裂縫相連。農(nóng)民耕種時自行填埋，來年雨季再次沖刷，地面塌陷再次形成，直至塌陷穩(wěn)定。

4 采空塌陷與地裂縫防治

4．1 建立地質(zhì)災(zāi)害信息系統(tǒng)

建立礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃空間數(shù)據(jù)庫信息系統(tǒng)。地質(zhì)災(zāi)害信息系統(tǒng)由空間圖形庫和地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫兩部分組成，其中地質(zhì)災(zāi)害空間圖形庫內(nèi)容包括地理要素、工程地質(zhì)要素和地質(zhì)災(zāi)害要素三大部分，地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫包括反映區(qū)域內(nèi)采空塌陷、地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害的主要特征指標等內(nèi)容。地質(zhì)災(zāi)害信息系統(tǒng)主要用于礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害信息錄入和信息查詢，具有圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)一體化、操作簡便快捷、可擴展等功能，為地質(zhì)災(zāi)害信息的科學管理、高效利用提供了有力工具。

4．2 地質(zhì)災(zāi)害防治管理建議

1)將采空塌陷與地裂縫防治納入煤炭企業(yè)議事日程和經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃，按比例安排采空塌陷與地裂縫防治經(jīng)費，根據(jù)其危險性和危害程度按由重到輕、由急到緩逐步實施治理。

2)充分利用經(jīng)濟、行政、法律和技術(shù)等管理手段，最大限度地減輕災(zāi)害損失，促進礦區(qū)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

3)實施采空塌陷與地裂縫災(zāi)害分級管理，調(diào)動全礦區(qū)的社會力量，實現(xiàn)減災(zāi)工作社會化。利用各種渠道，采用多種形式，廣泛深入地大力宣傳、普及地質(zhì)災(zāi)害防治知識，力爭做到家喻戶曉，人人皆知，提高全民的防災(zāi)、減災(zāi)意識和技能，實行群測、群防、群治。

4)設(shè)立災(zāi)害項目管理崗位，指派專人負責，以保障取得最充分的減災(zāi)效果。

5)建立采空塌陷與地裂縫災(zāi)害普查、勘查和防治信息數(shù)據(jù)庫。今后凡在采空塌陷與地裂縫災(zāi)害易發(fā)區(qū)進行建設(shè)項目，應(yīng)科學選址，嚴格實行建設(shè)用地地質(zhì)災(zāi)害危險性評估，避免工程本身遭受地質(zhì)災(zāi)害的危害和工程建設(shè)加劇環(huán)境的破壞。

5 結(jié)束語

近年來，伴隨著煤炭資源的深度開采，采空塌陷與地裂縫地質(zhì)災(zāi)害越來越嚴重。由此所誘發(fā)的地表覆蓋被破壞、土壤退化、水資源污染等次生災(zāi)害已成為國家和社會高度關(guān)注的危害生態(tài)安全問題。本文以采空塌陷與地裂縫為研究對象，分析了其形成原因與影響因素，繼而指出了對礦區(qū)發(fā)展與人類生活所帶來的危害，對采空塌陷與地裂縫進行了分級評價，并提出了相應(yīng)的防治建議?？蔀榈V區(qū)采空塌陷與地裂縫災(zāi)害的防治提供參考，對保障礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展具有一定的現(xiàn)實意義。

［1］ 范 懋，李鐵鋒．災(zāi)害地質(zhì)學［M］．北京：北京大學出版社，2002：150－155．