矿区采空塌陷与地裂缝灾害探析

符继卫

(中国神华神东地测公司锦界煤矿地测站，陕西 神木 719319)

伴随着煤炭资源的大规模开采，大部分矿区生态环境遭受巨大破坏，地质灾害频繁发生。其中，尤以采空塌陷与地裂缝地质灾害影响最大。塌陷区、地裂缝在矿区分布广泛、数量众多，不仅使当地生态环境恶化，而且严重阻碍了矿区经济的可持续发展。目前，空间信息技术、计算机技术的快速发展，为煤矿采空区引起的地质灾害的防治提供了坚实的技术支持。本文针对矿区采空塌陷与地裂缝地质灾害，对其形成、危害和防治进行了探讨与分析。

1 形成原因与影响因素

1．1 形成原因

矿区采空塌陷与地裂缝灾害主要由人类采矿工程活动引发，地裂缝又常常与采空塌陷地质灾害相伴出现，其空间分布范围及展布方向与煤矿开采状况密切相关，主要受采空区范围、采煤巷道方位及上覆岩土体的工程特性所控制。

采空塌陷与地裂缝的形成原因主要是地下矿层大面积采空后，原有的周围应力平衡状态遭到破坏，矿层上部岩(土)层失去支撑，在自重和上覆岩土体的压力作用下向采空区垮落沉降，以致发展到地表，从而使地表土和地面发生下沉变形和水平移动，并在采空区上方形成冒落带、裂隙带和沉降带三个开采影响带。随着采空范围扩大，在地表形成塌陷变形及地裂缝灾害。地裂缝是一种缓慢发展的渐进性地质灾害，它是地表岩土体在自然因素和人为因素的作用下，产生开裂并在地面形成一定长度和宽度裂缝的现象［1］。

1．2 影响因素

采空塌陷和地裂缝是由于地下出现空洞后，上覆岩体失去平衡，发生冒落或下沉而形成的。影响采空塌陷和地裂缝的因素有多种，如地形、地貌、地层岩性、地质构造、地下水活动、采矿方法和开采条件等。其中采矿方法和开采条件是主要因素，在其它条件一定的情况下，矿体埋深浅，深厚比小，地表变形严重。

1)开采规模及开采方式的影响。不同开采规模与开采方式下形成的采空塌陷、地裂缝地质灾害的规模是不同的。如使用长壁式采煤，开采技术先进，开采规模较大，回采率大于70%，因此，在其采空区上方形成规模较大、与采空区相一致的地面塌陷区及地裂缝;相对而言，中、小型煤矿的开采规模较小，主要采用仓房式、残柱式等采煤方法，开采技术落后，地表变形以地裂缝为主。

2)煤层埋深的影响。在相同开采条件下，地表变形随采深的增大而减小，随采厚的增大而增大，即深厚比越小，地表变形越强烈。同时采掘宽度越大，地表塌陷和裂缝范围越大。

2 采空塌陷与地裂缝的危害程度

采空塌陷与地裂缝的危害主要表现为：

1)直接诱发崩塌、滑坡。

2)间接引发地下矿井透水事故。地裂缝如由煤矿采空所致，则该矿抽取的煤层水顺裂缝会循环流入地下巷道，雨季地表水汇流加大了水量，需24 h不间断抽水，耗电量很大。严重影响了煤矿的正常生产，且极易诱发其它煤矿灾害发生。

3)破坏耕地。据统计，由于采空塌陷和地裂缝的形成会使矿区耕地受到不同程度的破坏，成为“三跑田”(跑水、跑土、跑肥)。致使地表土壤大量流失，土壤结构破坏，肥力降低，大部分农田减产，生长不良，有的农田甚至已无法复垦耕种，严重影响了农民的生活水平和农业生产的发展。

4)毁坏房屋及水利、交通设施。因采空塌陷和地裂缝造成房屋、水利交通设施的不同程度损坏，经济损失巨大。

5)水资源枯竭。在煤矿采空区，由于采空塌陷与地裂缝灾害的出现，使地表水及浅～中层地下水向下漏失，使出露于地表的地下水排泄点—泉水干涸，导致地下水位下降。大部分矿区因此而普遍存在人畜吃水困难的现象。

3 采空塌陷与地裂缝分级评价

3．1 采空塌陷分级评价

采空塌陷的空间展布与矿井采掘平面相吻合，呈规律分布，受开采方式及开采条件的影响，大多数地面塌陷形式为塌陷坑、塌陷槽，靠近山坡处会形成陡崖。陷坑群体平面组合形态以群集式为主，分布无一定的规律性，少数为长列式，长列方向与采掘方向一致;陷坑单体形状大部分为椭圆形、长条形、圆形，四壁陡直，深度不等，面积在几十到数百平方米。煤矿采空塌陷从时间来看，相对于煤矿开采时间具有滞后性，且时间长短不等。采空塌陷的分级标准见表1。

表1 采空塌陷分级标准

3．2 地裂缝分级评价

采矿形成的地裂缝呈直线、折线、锯齿状或弧形，走向一般与采掘方向相同，沿采空区周界开裂。在基岩分布区，顺节理裂隙延伸。大部分地裂缝发育在山顶、山坡，并且与斜坡走向平行或小角度斜交。长度一般3～50 m，少数100～200 m，宽0．08～0．8 m，绝大部分裂缝上宽下窄呈楔形，两壁近于直立且壁面凹凸不平，最大可量深度达3 m，影响宽度小于10 m，均为小型的拉张下错裂缝。地裂缝的规模分级标准见表2。

表2 地裂缝规模分级标准

采空型地裂缝属采空塌陷的派生裂缝，由塌陷区内岩土体工程地质条件差异与塌陷速率差异而引起，绝大多数影响耕地，危害程度一般。在地裂缝发育地段，受降雨冲刷、侵蚀、淋滤等次生作用，使其在原有规模的基础上有所扩大，使地裂缝不断淘空、扩大，久而久之形成地面塌陷，这种作用在每年的雨季都特别明显。表现形式常为倒圆锥形、长条形，并与地裂缝相连。农民耕种时自行填埋，来年雨季再次冲刷，地面塌陷再次形成，直至塌陷稳定。

4 采空塌陷与地裂缝防治

4．1 建立地质灾害信息系统

建立矿区地质灾害调查与区划空间数据库信息系统。地质灾害信息系统由空间图形库和地质灾害数据库两部分组成，其中地质灾害空间图形库内容包括地理要素、工程地质要素和地质灾害要素三大部分，地质灾害数据库包括反映区域内采空塌陷、地裂缝等地质灾害的主要特征指标等内容。地质灾害信息系统主要用于矿区地质灾害信息录入和信息查询，具有图形数据和属性数据一体化、操作简便快捷、可扩展等功能，为地质灾害信息的科学管理、高效利用提供了有力工具。

4．2 地质灾害防治管理建议

1)将采空塌陷与地裂缝防治纳入煤炭企业议事日程和经济发展规划，按比例安排采空塌陷与地裂缝防治经费，根据其危险性和危害程度按由重到轻、由急到缓逐步实施治理。

2)充分利用经济、行政、法律和技术等管理手段，最大限度地减轻灾害损失，促进矿区经济的可持续发展。

3)实施采空塌陷与地裂缝灾害分级管理，调动全矿区的社会力量，实现减灾工作社会化。利用各种渠道，采用多种形式，广泛深入地大力宣传、普及地质灾害防治知识，力争做到家喻户晓，人人皆知，提高全民的防灾、减灾意识和技能，实行群测、群防、群治。

4)设立灾害项目管理岗位，指派专人负责，以保障取得最充分的减灾效果。

5)建立采空塌陷与地裂缝灾害普查、勘查和防治信息数据库。今后凡在采空塌陷与地裂缝灾害易发区进行建设项目，应科学选址，严格实行建设用地地质灾害危险性评估，避免工程本身遭受地质灾害的危害和工程建设加剧环境的破坏。

5 结束语

近年来，伴随着煤炭资源的深度开采，采空塌陷与地裂缝地质灾害越来越严重。由此所诱发的地表覆盖被破坏、土壤退化、水资源污染等次生灾害已成为国家和社会高度关注的危害生态安全问题。本文以采空塌陷与地裂缝为研究对象，分析了其形成原因与影响因素，继而指出了对矿区发展与人类生活所带来的危害，对采空塌陷与地裂缝进行了分级评价，并提出了相应的防治建议。可为矿区采空塌陷与地裂缝灾害的防治提供参考，对保障矿区的可持续发展具有一定的现实意义。

［1］ 范 懋，李铁锋．灾害地质学［M］．北京：北京大学出版社，2002：150－155．