靖遠(yuǎn)礦區(qū)地面塌陷地裂縫特征與治理研究論文
論文關(guān)鍵詞:地面塌陷 地裂縫 穩(wěn)定性分析 災(zāi)害治理
論文摘要:在研究靖遠(yuǎn)礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境的基礎(chǔ)上,較為詳細(xì)地?cái)⑹隽说孛嫠荨⒌亓芽p地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征,對(duì)地面塌陷進(jìn)行了分區(qū)穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)和地裂縫穩(wěn)定性分析,針對(duì)不同災(zāi)害類型、區(qū)段,提出了回填、夯填、耕地恢復(fù)等治理建議。
1 基本概況
20世紀(jì)80年代中期至20世紀(jì)末靖遠(yuǎn)礦區(qū)有多達(dá)上百家地方煤礦與私營小煤窯進(jìn)行煤炭開采經(jīng)營,不僅造成礦區(qū)煤炭資源嚴(yán)重浪費(fèi),而且導(dǎo)致礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)一步加劇。小煤窯基本在礦區(qū)煤田的淺部開采,其無序的亂挖濫采不僅嚴(yán)重破壞了煤炭資源的分布,而且給煤炭開采埋下了嚴(yán)重的安全隱患,加劇了礦區(qū)地面塌陷、地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害的危害程度。
2 礦區(qū)地面塌陷現(xiàn)狀
2.1 地面塌陷
悠久的開采歷史和大量的煤炭開采在靖遠(yuǎn)礦區(qū)形成了大范圍的地下采空區(qū),導(dǎo)致礦區(qū)地面塌陷變形強(qiáng)烈、變形范圍大。1)變形特征:地面塌陷變形特征包括地表最大下沉量、最大水平移動(dòng)、最大傾斜變形、最大水平變形和最大曲率變形量等。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果,經(jīng)計(jì)算分析,靖遠(yuǎn)煤礦地表最大下塌、最大水平移動(dòng)、最大傾斜變形、最大水平變形和最大曲率變形量見表1,靖遠(yuǎn)礦區(qū)的地面塌陷面積見表2
2)塌陷程度分析:紅會(huì)礦區(qū)地面塌陷面積11.39 km2,地表最大下沉值11.7 m,最大水平移動(dòng)3.7 m,最大傾斜309 mm/m,最大水平變形+83.66 mm/m,-120.13 mm/m,最大曲率變形為+11.11×10-3/m,-3.09×10-3/m。王家山礦區(qū)地面塌陷面積4.37 km2,地表最大下沉值11.5 m,最大水平移動(dòng)值5.2 m,最大傾斜值157 mm/m,最大水平變形值+81.88 mm/m,-92.79 mm/m,最大曲率變形為+4.24×10-3/m,-4.2×10-3/m。
2.2 地裂縫
煤礦開采形成的地裂縫往往與地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害相伴而生,地裂縫發(fā)育特征受地質(zhì)條件、地下采空區(qū)特征等因素控制。1)根據(jù)礦區(qū)地裂縫地表延伸長度特征及危害性將礦區(qū)地裂縫分成三級(jí)規(guī)模。礦區(qū)的Ⅱ級(jí)地裂縫最發(fā)育,其次為Ⅲ級(jí)地裂縫,Ⅰ級(jí)地裂縫最不發(fā)育,但其危害性最大,Ⅰ級(jí)地裂縫不僅會(huì)使受危害的建筑物報(bào)廢,并且易使礦井產(chǎn)生透水事故。礦區(qū)的Ⅱ級(jí)地裂縫不僅對(duì)建筑物危害較大,而且可能發(fā)生地表水滲漏現(xiàn)象。因此礦區(qū)的Ⅱ級(jí)地裂縫和Ⅰ級(jí)地裂縫是地質(zhì)災(zāi)害研究的重點(diǎn)。
2)一般地面塌陷范圍與地裂縫級(jí)別相輔相成,地面塌陷區(qū)范圍大,則地裂縫規(guī)模隨之增大,反之亦然,礦區(qū)地裂縫分布主要具有以下特征:
a.塌陷區(qū)周邊附近的地裂縫發(fā)育數(shù)量較少,塌陷區(qū)中部附近地裂縫發(fā)育數(shù)量多;
b.Ⅰ級(jí)地裂縫在靠近地面塌陷區(qū)中部附近的部位比較發(fā)育;Ⅱ級(jí)地裂縫在塌陷區(qū)中部分布較多;Ⅲ級(jí)地裂縫在塌陷區(qū)邊緣多,在Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)地裂縫尖滅處常伴生有Ⅲ級(jí)的.弧形裂縫;
c.第四紀(jì)覆蓋層厚度大的寬闊河灘、山間盆地等部位地裂縫發(fā)育;第四紀(jì)覆蓋層厚度小(<1 m)或基巖出露的山脊、陡坡和溝谷部位地裂縫少;
d.由于小煤窯開采深度較小、沒有留足夠的安全煤柱,因此,小煤窯采空區(qū)的地裂縫比大煤礦開采區(qū)的地裂縫發(fā)育數(shù)量多;e.地面塌陷穩(wěn)定區(qū)的地裂縫分布數(shù)量比塌陷非穩(wěn)定區(qū)的地裂縫分布數(shù)量明顯少,其主要原因是地面塌陷穩(wěn)定區(qū)一般不再有新的地裂縫產(chǎn)生,而且塌陷穩(wěn)定區(qū)以前早期形成的地裂縫已基本被填埋或階坎已被夷平;.眾多小煤窯集中開采區(qū)的各個(gè)小煤窯相互影響導(dǎo)致地裂縫分布多、密度大、規(guī)模大、危害性大。
3)不同級(jí)別的地裂縫延伸特征有差異,大多情況下Ⅰ級(jí)地裂縫沿開采范圍邊界附近呈中部直、兩端弧形延伸,Ⅱ級(jí)和Ⅲ級(jí)地裂縫呈近似直線狀延伸。
3 地面塌陷穩(wěn)定性分析
3.1 地面塌陷
根據(jù)原煤炭工業(yè)局頒布的《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》有關(guān)規(guī)定,參照靖遠(yuǎn)礦區(qū)地表移動(dòng)觀測資料,綜合分析研究,礦區(qū)地面塌陷區(qū)地表移動(dòng)延續(xù)時(shí)間與開采深度之間具有如下關(guān)系:
1)開采深度小于100 m時(shí),地表移動(dòng)延續(xù)總時(shí)間為1年;2)開采深度為100 m~200 m時(shí),地表移動(dòng)延續(xù)總時(shí)間為1.5年;3)開采深度為200 m~300 m時(shí),地表移動(dòng)延續(xù)總時(shí)間為2年;4)開采深度為300 m~400 m時(shí),地表移動(dòng)延續(xù)總時(shí)間為2.5年;5)開采深度為400 m~500 m時(shí),地表移動(dòng)延續(xù)總時(shí)間為3年。從上述結(jié)果來看,開采深度越大,地面移動(dòng)延續(xù)時(shí)間越長。綜合考慮各影響因素,通過分析研究,礦區(qū)地表塌陷穩(wěn)定性特征如下:
紅會(huì)煤礦:紅會(huì)一礦二號(hào)井為塌陷穩(wěn)定區(qū);一號(hào)井+1 560 m高程以上為塌陷穩(wěn)定區(qū);五、六采區(qū)現(xiàn)已經(jīng)開采的4個(gè)工作面為塌陷非穩(wěn)定區(qū);紅會(huì)三礦井田屬塌陷穩(wěn)定區(qū);紅會(huì)一礦八采區(qū)為塌陷非穩(wěn)定區(qū);紅會(huì)四礦井田北翼煤層+1 580 m等高線以上為塌陷穩(wěn)定區(qū),該高程以下生產(chǎn)水平為塌陷非穩(wěn)定區(qū)。王家山煤礦:王家山礦一、二號(hào)井+1 650 m等高線以上為塌陷穩(wěn)定區(qū);四、五號(hào)井+1 600 m等高線以上為塌陷穩(wěn)定區(qū);+1 600 m等高線以下為塌陷非穩(wěn)定區(qū)。
通過分析,各礦區(qū)的塌陷穩(wěn)定區(qū)與非穩(wěn)定區(qū)的評(píng)價(jià)結(jié)果如表3所示。
3.2 地裂縫
地裂縫穩(wěn)定性受多種因素影響,除受塌陷區(qū)穩(wěn)定性影響外,還受到地質(zhì)條件、地表水和人類活動(dòng)等因素影響。靖遠(yuǎn)礦區(qū)地裂縫穩(wěn)定性具有如下特征:
1)地面塌陷穩(wěn)定區(qū)現(xiàn)有地裂縫多數(shù)基本上處于穩(wěn)定狀態(tài),該區(qū)不易產(chǎn)生新的地裂縫;塌陷非穩(wěn)定區(qū)不僅已有地裂縫繼續(xù)發(fā)展擴(kuò)大,而且容易產(chǎn)生新的地裂縫;
2)松散物覆蓋層厚度大的部位,特別是黃土厚度大的部位,不僅已有地裂縫穩(wěn)定性差,而且易形成新的地裂縫。松散物覆蓋層的工程特性差,遭受外力容易破壞,已有的地裂縫易形成垮塌變形。
4 礦區(qū)地面塌陷治理建議
1)地裂縫夯填:對(duì)于紅會(huì)沙河的地裂縫采用以下措施:a.排導(dǎo)溝范圍內(nèi)的地裂縫首先回填夯實(shí),然后在排導(dǎo)溝溝底鋪設(shè)30 cm的漿砌片石;b.對(duì)土地整治范圍的地裂縫進(jìn)行回填夯實(shí),對(duì)Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)地裂縫分層回填夯實(shí)。
2)塌陷坑回填:對(duì)沙河河道附近堆積的煤矸石與小煤窯形成的塌陷坑,采用煤矸石回填塌陷坑、整治河道和整治土地。3)恢復(fù)耕地:根據(jù)地面塌陷、地裂縫造成的土地破壞現(xiàn)狀,修筑高1 m~1.5 m的田坎,梯田坎用塊石壘砌,并用細(xì)料充實(shí)。梯田寬度50 m~200 m,表部覆0.3 m~0.5 m厚的黃土。
參考文獻(xiàn):
[1] 張倬元,王士天,王蘭生.工程地質(zhì)分析原理[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1994.
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