沿河县谯家镇抬头井地面塌陷成因分析

张洪明，田维强

（贵州省地矿局第二工程勘察院，遵义 563000）

沿河县谯家镇抬头井地面塌陷成因分析

张洪明，田维强

（贵州省地矿局第二工程勘察院，遵义 563000）

基于乌江流域地质灾害详细调查资料，分析该地面塌陷的地质背景、形态特征和成因。地层岩性、地质构造和大气降雨构成其自然成因，而煤矿建设中的抽排地下水和爆破作业是其人为诱因。

地面塌陷；岩溶裂隙；地质构造；煤矿作业

1 前言

地面塌陷［1］是地质灾害的一种类型，其产生在时间上具有突发性、在空间上具有隐蔽性特点，一旦发生其危害十分严重。地面塌陷的形成除自然因素外，往往与人类工程活动有着密切关系。根据调查资料，沿河县地面塌陷主要分布在谯家镇，而谯家是沿河县的产煤基地，是地下采掘工程活动最为强烈的地区。然而在谯家一带的地面塌陷既有岩溶塌陷，也有地下采空塌陷，也有两者共同作用下形成的地面塌陷。2008年8月5～9日沿河县连续降雨，虽然雨量不大，但在8月11日凌晨4时谯家镇韩家村井乡二组抬头井西南侧约650m处的斜坡体上发生地面塌陷，居住在塌陷坑边缘的一户村民难逃厄运，造成1人死亡，毁房4间。

2 塌陷区地质背景

2.1 地形地貌特征

塌陷区属中－低山斜坡地貌，地形上总体西北高南东低，山顶高程1 228.8m，最低点位于塌陷坑南东侧一带，高程890m左右，相对高差约340m。区内属典型的碳酸盐溶蚀地形地貌，坡面上冲沟、岩溶洼地、岩溶漏斗较为发育。地形坡度12°～20°，总体坡向130°。

2.2 地层岩性

塌陷区域出露地层有二叠系中统栖霞至茅口组、上统吴家坪组、长兴组和第四系。

（1）二叠系中统栖霞至茅口组（P2q－m）：为深灰、浅灰色及灰黑色中至厚层灰岩及含燧石泥晶生物屑灰岩夹炭泥质灰岩组成，分布于区内北西侧斜坡上部地带，厚度大于100m。

（2）二叠系上统吴家坪组（P3w）：由深灰色、灰色、浅灰色薄至中厚层生物屑灰岩、燧石灰岩夹薄层碳质页岩，底部含有煤层，厚度大于150m。

（3）二叠系上统长兴组（P3c）：为深灰色、灰色中至厚层含生物屑泥晶灰岩，含硅质团块及燧石团块及条带，局部夹沥青质页岩，厚度大于50m。

（4）第四系（Q）：为残坡积粘土、碎石土，整个斜坡表面均有分布，厚0～8m。

2.3 地质构造

塌陷区位于扬子准地台黔北台隆遵义断拱凤冈NNE向构造变形区，谯家向斜北西冀，地层呈单斜产出，岩层产状140°∠23°，受区域构造影响，岩体中节理裂隙发育，导致岩体完整性较差。主要发育两组，一组倾向210°～230°，倾角80°～90°，线密度1～1.5条/m；另一组倾向300°～310°，倾角75～85°，线密度0.5～1条/m。

2.4 水文地质条件

根据区内出露的地层岩性及地下水在含水介质中的赋存特征，塌陷区地下水类型可分为岩溶水、基岩裂隙水和第四系松散岩类孔隙水。

（1）岩溶水

赋存于二叠系中统栖霞至茅口组（P2q－m）、上统吴家坪组（P3w）和长兴组（P3c）碳酸盐岩的地下洞穴、岩溶管道、岩溶裂隙中，以岩溶管道水为主，受季节性降雨影响，富水性强。

（2）基岩裂隙水

主要赋存于二叠系上统吴家坪组（P3w）底部煤系地层形成的节理裂隙中，为弱含水层。

（3）第四系松散岩类孔隙水

赋存于第四系粘土、碎石土中，受季节性降雨影响大，含水性较弱。

区内地下水主要接受大气降雨的补给，沿地表冲沟、岩体中的节理裂隙、岩溶管道从区内北西侧向南东侧方向径流，在地势低洼地段以泉点、岩溶洞口处排泄，最终排泄于耳当溪流入乌江。

2.5 人类工程活动

塌陷区位于五井煤矿矿区范围内。据调查资料，该矿山自2007年5月开工建设，至2008年8月塌陷发生时只完成了主巷道和支巷的建设，尚未形成采空区。主巷道和支巷的建设过程中采用了爆破作业，并抽排过地下水。

3 塌陷区特征

塌陷坑发育于较为平缓斜坡上，据调查访问，在谯家一带有地面塌陷现象发生，但在该塌陷附近，在本次塌陷之前，未曾发生过塌陷。本次塌陷形成两个塌陷坑（分别为1号、2号，见图1、图2、图3），其特征分述如下：

图1 抬头井地面塌陷平面示意图Fig.1 Plane view of the Taitoujing ground subsidence

（1）1号塌陷坑（TX1）：平面形态呈椭圆形，长轴方向5°，长度65m，短轴方向95°，长度45m，平面积约2 500m2，可见深约50m，坑壁角度75°～90°，局部呈“凹”岩腔，塌陷坑壁可见土层厚2～8 m，基岩为吴家坪组（P3w）薄至中厚层生物屑灰岩、燧石灰岩夹薄层碳质页岩，岩体中节理裂隙较发育，岩体较破碎，完整性较差（图4）。坑壁见溶蚀和钙华现象，如坑壁上见多孔隙的海绵状结构钙华现象。

（2）2号塌陷坑（TX2）：平面形态近似圆形，坑口直径约18m，位于1号塌陷坑的北侧约3m处，平面积约280m2，可见深约35m，坑壁陡倾，角度70°～90°，局部呈“凹”岩腔，塌陷坑壁可见土层厚3～8m，坑壁地层特征与1号塌陷坑（TX1）相同（图5、图6）。

图2 谯家镇抬头井地面塌陷A－A′剖面示意图Fig.2 A－A′section of the Taitoujing ground subsidence

图4 1号塌陷坑坑壁Fig.4 Wall of Collapse pit 1

4 地面塌陷成因分析

根据调查资料分析，地面塌陷的产生与岩溶洞隙的存在、地层岩性（包括松散覆盖层）、地质构造、大气降雨和人为工程活动改变水动力条件等有关［2］。

4.1 自然因素

（1）岩溶洞隙发育的影响

图5 2号塌陷坑外景Fig.5 Exterior scene of Collapse pit 2

图6 2号塌陷坑坑壁Fig.6 Wall of Collapse pit 2

岩溶的发育有强弱之分，一般可溶岩岩性较纯，连续分布厚度较大，出露较广，较破碎的岩层岩溶较发育。同时岩溶洞隙受岩溶地下水的控制，多发育于浅部，向深部逐渐减弱。塌陷区出露的可溶性岩正好是二叠系中统栖霞至茅口组的灰岩，岩性质纯，又地处地下水排泄－流通区，因此形成许多岩溶洞隙，这在地面、井下巷道中均可得到证实。在塌陷地段地表以下为一自然溶洞，溶洞净空高达几十米，岩溶主要发育于二叠系中统茅口组灰岩中，并向上穿过二叠系上统吴家坪地层中，其岩溶顶板岩土层较薄，推测厚3～5m，为塌陷的产生提供了有利条件。

（2）地层岩性的影响

塌陷区下伏地层为二叠系中统茅口组灰岩，质纯，岩溶较发育，在节理、裂隙较发育地段易形成较大规模的隐伏溶洞，煤层上部为二叠系上统吴家坪薄至中厚层生物屑泥晶灰岩，也易形成一定规模的溶洞，加之吴家坪岩层中构造节理裂隙特别发育，岩体破碎，完整性较差，为可能产生的岩溶塌陷提供了良好条件。同时塌陷区的第四系覆盖层主要为残坡积粘土、碎石土，从致塌条件分析，随土的颗粒变粗，其抗塌性降低，随含砂砾量的增加，其抗塌性降低，均匀结构的粘土具有较好的抗塌性，岩体结构越破碎其渗透性和导水性越好，其抗塌性越差。

（3）地质构造的影响

区域上塌陷区处于扬子准地台黔北台隆遵义断拱凤冈NNE向构造变形区，谯家向斜北西翼，谯家向斜轴部距塌陷坑南东侧约2km，向斜轴走向NE30°，塌陷区处岩层呈单斜产出，产状为140°∠23°，塌陷区总体坡向130°，为顺向坡，易于地下水的排泄。从塌陷坑壁可以看出，岩体节理发育，岩体较为破碎。这一特殊的地质构造加之浅表层的岩体较为破碎决定了本区基岩含水层具有很好的渗透性和导水性，为地下水活动提供了主要通道。

（4）大气降雨的影响

降雨对松散覆盖层的岩土体起到充水和软化作用，产生地下的渗透潜蚀作用，也加快地面塌陷的形成。根据气象资料分析，塌陷区每年汛期，降雨频繁，强度大。塌陷处地表较为平缓，为农田、旱地区，降雨时雨水不易沿地表流走，大部沿第四系松散层下渗至下伏可溶岩，沿岩溶管道径流，补给地下水。下伏岩层节理裂隙又较为发育，各种岩溶洞穴、管道、裂隙为降雨入渗和地下水径流提供了良好的通道。地下水的流动，将可溶岩进行溶蚀、掏空，并将岩溶管道中充填物搬运带走，将土体中的细小颗粒冲刷带走。当溶洞顶板厚度逐渐变薄，自稳能力降低，承受不了地表岩土体重量时，则产生了岩溶塌陷。

4.2 人为因素

（1）巷道建设过程中抽排地下水的影响

在主巷道和支巷的建设过程中抽排地下水加快了地面塌陷的速度。同时据当地居民介绍，在塌陷区周围也有地下采煤工程活动，在开采煤矿时均抽排过地下水，对地下水的动态产生了一定的影响。地下水降落漏斗增大，地下水流速加大，地下水对覆盖层的潜蚀和对岩溶充填物的搬运作用加强，因此加快了地面塌陷的产生［3］。

（2）巷道建设过程中爆破作业的影响

据收集资料，现五井煤矿的开采巷道已延伸到塌陷坑北东侧，施工中的爆破作业震动对地面塌陷产生了明显的影响，加剧了溶洞顶部岩土体的塌落，进而加速了地面塌陷的发生。

5 结语

沿河县谯家镇抬头井地面塌陷是在不利的地层岩性、地质构造、大气降雨等自然因素提供了塌陷形成的条件，人为因素是真正的诱发因素。

地面塌陷具有随机、突发、危害巨大特点，有的甚至防不胜防。但是值得指出的是，我们完全可以针对塌陷产生的原因，事前作出详细的调查或勘查工作，采取科学合理的采掘方案，避免灾害的发生或减少灾害造成的损失。

［1］郭建强，等.地质灾害勘查地球物理技术手册［S］.北京：地质出版社，2003.11.

［2］张倬元，王士天，王兰生.工程地质分析原理［M］.北京：地质出版社，1984.

［3］周济祚.岩溶地区抽水引起的塌陷及防治［J］.贵州科学，1992，（2）：102－106.

CAUSES OF THE TAITOUJIN GROUND SUBSIDENCE IN QIAOJIAZHEN，YANHE COUNTY

Zhang Hong－ming，Tian Wei－qiang
（The Second Engineering and Exploration Institute of Guizhou Bureau of Geology and Mineral，Zunyi 563000，China）

The detailed surveys of geo－hazards in Wujiang Basin are used to analyze the geological background，morphology and causes of the subsidence.Lithology，geo－tectonics and rainfall constitute its natural causes while the groundwater extracting and blasting in coalmine construction are its man－made causes.

ground subsidence；karsts；tectonics；coalmine construction

P642.26

A

1006－4362（2011）03－0052－04

2011－05－03 改回日期：2011－08－12

张洪明（1976－ ），男，贵州清镇人，工程师，主要从事岩土工程、地质灾害勘察与设计工作。