史建國

（同煤集團煤峪口礦，山西 大同 037003）

煤峪口煤礦地處中低山丘陵區(qū)，溝谷發(fā)育，自然地質(zhì)環(huán)境脆弱，采礦活動導致地面塌陷，誘發(fā)崩塌、滑坡等地質(zhì)災害點的形成，地表水、地下水滲漏加之廢棄物的排放對礦區(qū)內(nèi)地貌景觀形成了較大影響，對礦區(qū)內(nèi)的人民生產(chǎn)、生活產(chǎn)生了極大的影響。

煤峪口治理區(qū)為中低山丘陵區(qū)，地表均為黃土覆蓋，而區(qū)內(nèi)的地面裂縫主要分布于山坡、耕地、溝谷底部，當遭遇強降水或長歷時降水條件下，降水沿裂縫下滲，極可能在巖土接觸面或巖層軟弱結構面誘發(fā)崩塌、滑坡地質(zhì)災害[1]。此外礦區(qū)內(nèi)規(guī)模大的裂縫、塌陷還可能造成人、牲畜掉入，威脅到人、牲畜的安全。

由于地面塌陷及地裂縫的形成，采空區(qū)影響范圍內(nèi)大面積土地受到不同程度的破壞，影響了土地資源的正常使用功能。伴隨地裂縫地質(zhì)災害，影響或破壞土地類型主要為耕地、林地、草地。

1 煤峪口礦治理區(qū)域概況

1.1 采空區(qū)分布及影響范圍

煤峪口礦開采歷史悠久，目前全井田已開采的煤層有：3、8、9、11-12、14-2、15。其中：3、9、11-12、14-2號煤層開采基本結束，15 號煤層為計劃主要開采煤層。目前，3 號煤層形成采空區(qū)面積為4.745 km2，主要分布于礦區(qū)東部及西部；9 號煤層形成采空區(qū)面積5.483 km2，主要分布于礦區(qū)的東部、中部；11-12 號煤層形成采空區(qū)面積為7.124 km2，主要分布于礦區(qū)大部；14 號煤層形成采空區(qū)面積為4.224 km2，主要分布于礦區(qū)大部；15 號煤層形成采空區(qū)面積為1.127 km2，主要分布于礦區(qū)內(nèi)中部。已開采區(qū)域各煤層采空區(qū)相互重疊，截至目前，采空區(qū)在地面的投影面積約為14.36 km2，開采面積已達井田面積的80%以上。

1.2 治理區(qū)塌陷裂縫分布范圍

治理區(qū)主要研究南信莊至鄭家?guī)X一帶地裂縫、地面塌陷區(qū)。該治理區(qū)的地面裂縫影響分布范圍較大，經(jīng)野外調(diào)查統(tǒng)計，治理區(qū)內(nèi)裂縫長度介于40～500 m 之間，寬度介于0.1～2 m，裂縫兩側落差介于0.1～3.5 m 之間，裂縫間距一般介于10～50 m，部分地段裂縫間距小于5 m，裂縫分布面積占采區(qū)面積的1.5%。此類地質(zhì)災害隱患主要集中在3、9、11-12、14 號煤采空區(qū)以及小煤窯采空區(qū)的上方。治理區(qū)地裂縫基本都分布在山坡、山梁上，溝谷底部基本未發(fā)現(xiàn)地裂縫，在山坡地段裂縫比較明顯，開口寬，延伸長，形態(tài)為“V”字形（如圖1、圖2）。這是因為邊坡傾斜地表可產(chǎn)生附加采動滑移，滑移方向指向山體的下坡方向，因而凸形變坡部位容易產(chǎn)生附加水平拉伸變形，導致邊坡、陡崖的邊緣附近裂縫發(fā)育。經(jīng)過實地踏勘，治理區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)中型地裂縫3 條，小型地裂縫12 條，小型塌陷坑3 處。

圖1 地表裂縫

圖2 地面塌陷

2 塌陷裂縫治理區(qū)治理方法研究

2.1 地表裂縫、塌陷回填工程

（1）回填材料要求

地裂縫填埋用土采用取土場黃土狀粉土，其中不得含有有機雜質(zhì)，應選擇稍濕狀態(tài)的黃土狀粉土填埋。石料選擇取石場矸石，根據(jù)裂縫寬度選用合適粒徑石料進行填埋。填埋前過篩，粒徑控制在裂縫寬度0.5 倍之內(nèi)，避免粒徑過大，填充壓實不足[2]。

（2）基底處理

① 土方回填前，應清除基底的草皮、樹根、垃圾等雜物，并應采取措施防止地表滯水流入填方區(qū)。

② 當填方基底為松土時，應將基底充分夯實或輾壓密實。

③ 回填壓實要求：填土土料含水量的大小，直接影響到碾壓質(zhì)量。含水量過小，輾壓不實；含水量過大，則易成橡皮土，對土的回填壓實效果有直接影響。應選擇稍濕狀態(tài)的黃土狀粉土填埋，要求壓實度不低于93%。

2.2 不同類型、位置地表裂縫、塌陷坑的治理

（1）耕地內(nèi)地裂縫填埋及耕地恢復

先沿著地表裂縫剝離表土，剝離寬度為裂縫兩側各50 cm，剝離深度為30 cm，剝離土就近堆放在裂縫兩側。表土剝離后先進行基底處理，然后向裂縫中填埋矸石，如圖3。地裂縫寬度小于0.1 m，全部采用黃土充填，如圖4，充填至覆蓋層深度，每充填30 cm 夯實一次。隨后再向裂縫中填土，每充填30 cm 夯實一次，直到與原地表基本平齊為止。最后將原剝離表土覆土平整。

圖3 地裂縫填埋示意圖（矸石+黃土）

圖4 地裂縫填埋示意圖（黃土）

（2）塌陷坑的治理及植被恢復

首先清理塌陷坑周邊的土石，對塌陷坑進行基底處理。考慮到如果簡單的充填結果就是下次下雨必將重新塌陷，鑒于此種原因，對其塌陷坑底部進行了隔水處理。治理時先對塌陷坑底部充填，底部基本充填后鋪塑料至開挖外邊界，下一步充填黃土覆蓋，高出地面0.5 m，再種上矮灌木。

（3）溝谷底部裂縫的治理

首先溝谷底部的裂縫治理難度大，屢次治理但效果都不佳，治理后每下一次雨溝谷底部裂縫必然重新被水沖開。面對這種情況，煤峪口礦研究出對溝谷底部治理長期有效的辦法。經(jīng)過長期的觀察，發(fā)現(xiàn)當水流經(jīng)過溝谷時，若遇裂縫必然將充填的裂縫沖開，使水下泄至井下。針對這種情況，采用廢舊皮帶割成1 m 的小塊，依照瓦房房頂?shù)脑?，首先填充裂縫，再用小塊皮帶一塊接一塊地插一起，覆蓋修復裂縫表面。為了防止水從側幫流入，裂縫兩側開挖0.3～0.5 m 深，使皮帶塊與溝谷穩(wěn)定土層成為一體，使雨水很好地通過修復裂縫，不能成為匯水區(qū)。經(jīng)過數(shù)次觀察，該方法達到了一勞永逸的效果，解決了溝谷治理的難題。

3 地面穩(wěn)定性監(jiān)測工程

3.1 監(jiān)測點的布設

治理區(qū)共15 條裂縫，3 個塌陷坑，共布設監(jiān)測點6 個，主要對地表下沉量、水平移動量、塌陷深度和形態(tài)、地裂縫的長寬深、地面工程設施等的變形破壞進行監(jiān)測[3]。

3.2 監(jiān)測方法

監(jiān)測方法采用定期目視地面變形和全站儀控制監(jiān)測方式。

（1）目視監(jiān)測

定期目視檢查要求監(jiān)測責任人治理完一個月之內(nèi)每天觀察一次，以后三個月之內(nèi)每周一次，三個月以后每旬一次目視檢查或在暴雨、汛期天氣時目視檢查被監(jiān)測地點有無異常變化，如建筑物變形情況、地裂縫發(fā)生、地表植被、地下水異常變化等。

對耕地、林地、草地的監(jiān)測，可充分利用當?shù)厝罕娺M行四季觀察，一發(fā)現(xiàn)問題及時采取措施。

（2）全站儀控制監(jiān)測

在地裂縫的兩端、拐彎、中部和最寬處的兩側，設立成對觀測木樁（300 mm×200 mm×800 mm），并編號。選取未變化區(qū)域設立三個固定點，以閉合測量固定點的方法，保證固定點未發(fā)生沉陷。在此基礎上，對臨時的監(jiān)測點進行高程及位移的監(jiān)測。把觀察到的裂縫走向同位移監(jiān)測成果對比，對出現(xiàn)裂縫的斷面要格外引起重視。裂縫標志點（木樁）的埋深500 mm，裂縫的形狀、寬度應測繪到監(jiān)測點平面布置圖上。TX1、TX2、TX3 為塌陷坑，L3～L8為裂縫監(jiān)測點，監(jiān)測數(shù)據(jù)見表1。

表1 X 軸監(jiān)測位移量數(shù)據(jù)統(tǒng)計表（單位：mm）

表2 H 軸監(jiān)測沉降數(shù)據(jù)統(tǒng)計表（單位：mm）

通過近半年的數(shù)據(jù)分析，X 方向基本趨于穩(wěn)定，未發(fā)生變化，H 方向也在限差內(nèi)變化。可以得出對裂縫、塌陷坑的治理滿足工作的需要，達到了環(huán)境恢復治理的要求。

4 結論

治理結束后通過目視及監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)比較，治理后的地表裂縫、塌陷坑、谷底裂縫均未發(fā)生明顯變化，特別是對塌陷坑及谷底裂縫的治理，達到了預想的效果。通過雨季期間礦井涌水量的觀測較平時基本沒有變化，說明治理效果很好，沒有大量地表水潰入井下，保證了礦井的安全生產(chǎn)。

本次項目的研究與實施，在治理區(qū)建立一套系統(tǒng)的地表沉陷充填治理技術和方法，對煤峪口礦地面破壞區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境進行了恢復治理，開展綜合的地表塌陷區(qū)穩(wěn)定性監(jiān)測，有效地消除了該地區(qū)地面沉陷地質(zhì)災害隱患，避免地質(zhì)災害對煤峪口礦內(nèi)及周邊群眾構成的潛在威脅，同時改善整個礦區(qū)的環(huán)境，促進礦區(qū)的社會、經(jīng)濟發(fā)展，響應國家保護生態(tài)環(huán)境的政策要求，共建綠色礦山。