常允新，王振濤，馮在敏

（山東省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，山東濟南 2 50014）

0 引言

在礦山開采過程中，斷層可引起底板突水、斷層突水甚至微地震［1-2］，已得到充分重視并有較多研究。但有關(guān)斷層引發(fā)和加劇地裂縫地質(zhì)災(zāi)害方面的研究尚不多見。本文以新泰市河山子村地裂縫為例，指出斷層可使采空塌陷、地裂縫地質(zhì)災(zāi)害的影響范圍較傳統(tǒng)預(yù)測結(jié)果大為增加，期望通過本文的探討，能夠進一步豐富采空地面塌陷、地裂縫地質(zhì)災(zāi)害防治的理論研究。

1 地質(zhì)背景

河山子村地勢東北高，西南低，邁萊河位于村莊西北沿地勢由東北向西南徑流。蓮花山斷層由村莊東部呈北西—南東向穿過，該斷層屬區(qū)域控制性斷裂，控制了新泰盆地的北部邊界，走向NW-SE，傾向SW，傾角60°～70°，為一正斷層，斷距大于 2000m。斷層?xùn)|側(cè)（下盤）為泰山群變質(zhì)巖，西側(cè)（上盤）分布古近紀石灰質(zhì)角礫巖，下覆石炭系山西組煤系地層。村莊中部及以西被第四系覆蓋，由西向東逐步變厚，一般2～10m。某煤礦位于村莊西部，礦區(qū)東邊界于村莊西部貫穿南北，距離東側(cè)的蓮花山斷層340m（圖1）。

2 工程活動

2.1 礦山開發(fā)活動

煤礦主要開采二煤和四煤。二煤已形成采空區(qū)面積 0.193km2，其中 2000年以前的采空區(qū)0.049km2；四煤采空區(qū)面積0.185km2，其中2000年以前的采空區(qū)0.088km2，除此以外村莊附近沒有其他采空區(qū)。

圖1 礦山地質(zhì)環(huán)境及地質(zhì)剖面示意圖Fig.1 Mine geological environment and geological section map

2.2 地下水開采

該地段第四系松散巖類孔隙水富水性500m3/d，水位埋深4m左右，開采量很小。古近紀朱家溝組裂隙巖溶水富水性1000～2000m3/d，水位埋深6～7m，開采井動水位9～11m，是當?shù)鼐用裆a(chǎn)、生活用水來源。

礦山企業(yè)于1993年4月開始在邁萊河?xùn)|側(cè)開采古近紀朱家溝組裂隙巖溶水，四個開采井總開采量為5000m3/d。2002年保留一眼供水水井，其余封閉，開采井井深約200m，供水量150m3/d。在邁萊河西側(cè)有鎮(zhèn)供水站水井一眼，井深107m，2005年開始開采古近紀朱家溝組裂隙巖溶水，供水量約900 m3/d。

3 房屋（地）裂縫地質(zhì)災(zāi)害特征

自2000年開始，河山子村開始產(chǎn)生地裂縫和房屋裂縫，逐年加重，延續(xù)至今，共有17戶居民房屋發(fā)生裂縫，裂縫點呈東南-西北方向沿蓮花山斷層帶展布，斷層帶中心較兩側(cè)更為嚴重，南部較北部更為嚴重，均表現(xiàn)出南盤下降且向南西拉張位移的特征，下降位移量約20～50mm，向南西拉張位移約20mm，最大裂縫寬度70mm。而蓮花山斷層以西至礦區(qū)之間房屋開裂和地面裂縫不嚴重，房屋斑裂現(xiàn)象不明顯。斷層北部房屋未見斑裂現(xiàn)象。

4 房屋（地）裂縫成因分析

結(jié)合河山子村地質(zhì)環(huán)境條件和工程活動特點，引起地裂縫的原因有3種可能，一是區(qū)域性構(gòu)造活動，即蓮花山斷層復(fù)活；二是地下水開采造成巖溶塌陷；三是采空塌陷伴生地裂縫，各種原因分析如下。

4.1 區(qū)域構(gòu)造活動

除河山子村以外，該斷層分別從王家寨、上石灰峪等村莊居民區(qū)穿過，未見活動跡象，沒有地裂縫或房屋裂縫發(fā)生，可排除區(qū)域構(gòu)造活動引發(fā)地裂縫的可能性。

4.2 地下水開采

從地裂縫持續(xù)發(fā)展的過程分析，2002年礦山企業(yè)水源井關(guān)閉前，斷裂帶內(nèi)發(fā)現(xiàn)房屋裂縫寬度2mm，2002年水源井關(guān)閉，之后房屋裂縫持續(xù)發(fā)展，至現(xiàn)狀最寬已達70mm，2005年的新建房屋也逐漸發(fā)生裂縫，寬度30～40mm。在地下水開采量調(diào)整過程中，房屋裂縫一直處于發(fā)展、加劇過程。房屋裂縫地段基巖大部裸露，槽探資料排除巖溶塌陷的可能。

4.3 采空塌陷

4.3.1 房屋裂縫與煤礦開采的時間、空間關(guān)系

礦區(qū)北部的Ⅰ號采空區(qū)形成于1998～2000年，南部的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ號采空區(qū)形成于2000～2007年。而斷層帶房屋裂縫發(fā)現(xiàn)于2000年，之后逐年加重，且南部的房屋裂縫較北部嚴重，兩者在空間、時間分布上具有明顯的對應(yīng)性。

已開采的4層煤埋深550m，該地區(qū)巖性為煤系地層砂巖、泥巖和古近紀石灰質(zhì)角礫巖，按經(jīng)驗值，沉陷盆地影響角一般為65°［3］，采空塌陷（沉陷盆地）影響范圍（半徑）為257m（圖1）。現(xiàn)斷裂帶及裂縫房屋點處于沉陷盆地傳統(tǒng)理論預(yù)測影響范圍之外243m。

4.3.2 影響程度分析

地下煤層被采出形成采空區(qū)以后，上覆巖層中的應(yīng)力平衡狀態(tài)被破壞，隨著采空區(qū)的擴大，巖層應(yīng)力不斷改變，上覆巖層在重力作用下產(chǎn)生裂隙、變形、下沉和塌陷，變形特征取決于地質(zhì)構(gòu)造條件、煤層埋深、厚度、產(chǎn)狀、上覆地層巖性及組合等。在整體沉降時，盆地外圍及邊緣受拉伸，在巖性相對均質(zhì)的條件下，越接近盆地邊緣，所受拉伸越?。?］。巖層節(jié)理裂隙發(fā)育，會促進變形加快，增大變形范圍，擴大地表裂縫區(qū)，斷層會破壞地表移動的正常規(guī)律，改變移動盆地的大小和位置［5］，有研究表明，斷層帶的抗剪切強度只有周圍完整巖層的30％［6］。根據(jù)以上分析，由于蓮花山斷層為張性斷層，加之支斷層、裂隙的存在，破壞了上覆地層的完整性和抗拉強度，在拉應(yīng)力作用下，更容易使其結(jié)構(gòu)遭到破壞，因此，斷層帶上的地表變形更加劇烈，采空塌陷范圍及地裂縫的實際范圍遠大于傳統(tǒng)理論計算預(yù)測范圍。就本區(qū)而言，實際變形、裂縫的影響范圍比傳統(tǒng)理論計算范圍擴大了243m，相當于采空地面變形影響角減小為48°。

5 結(jié)語

礦山采空塌陷和地裂縫，是主要的礦山地質(zhì)災(zāi)害，對其預(yù)測的結(jié)果直接關(guān)系到礦山自身的生產(chǎn)安全、周邊居民的生產(chǎn)、生活安全穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展。礦區(qū)周邊斷層（帶）的存在，將會嚴重影響采空塌陷的范圍和特征，可能顛覆概率積分法等傳統(tǒng)預(yù)測理論的可靠性。這種規(guī)律應(yīng)該在同類地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工作中引起重視。

［1］卜萬奎，徐慧.某礦區(qū)帶壓開采逆斷層活化級突水性分析［J］.煤炭學(xué)報，2011，36（7）：1177-1183.BU Wankui，XU Hui.In some mining area mining with pressure reverse fault activation level of Water Bursting Analysis［J］.Journal of China Coal Society，2011，36（7）：1177-1183.

［2］郭曉強，竇林明，陸菜平，等.采動誘發(fā)斷層活化的微震活動規(guī)律研究［J］.煤炭安全，2011，42（1）：26-29.GUO Xiaoqiang，DOU Linming，LU Caiping，et al.Mining induced microseismic activity of fault activation［J］.Safety in Coal Mines，2011，42（1）：26-29.

［3］國家煤炭工業(yè)局.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［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2000：259-280.State Bureau of coal industry.Buildings，water bodies，the railroad and the main roadway of coal pillars and mining rules［M］.Beijing：Coal Industry Press，2000：259-280.

［4］方寶明，常允新.西港煤礦采區(qū)地面變形分析［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2006，33（4）：13-15.FANG Baoming，CHANG Yunxin.Xigang coal mining ground surface deformation analysis［J］.Hydrogeology and Engineering Geology，2006，33（4）：13-15.

［5］張?zhí)K民，楊耀坤.工程地質(zhì)手冊［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1982：781.ZHANG Sumin，YANG Yaokun.Manual of engineering geology［M］.Beijing：China Building Industry Press，1982：781.

［6］卜萬奎，茅獻彪.斷層傾角對斷層活化及底板突水影響的研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2009，28（2）：386-394.BU Wankui，MAO Xianbiao.Fault dip on Fauinfluence research［J］.Chinese Journal of rock mechanics and Engineering，2009，28（2）：386-394.