桐柏县朱庄乡小河湾村地面塌陷研究

2013-08-15曹磊

地下水 2013年4期

曹磊

(河南省地矿局第五地质勘查院，河南郑州 450000)

桐柏银矿位于桐柏县城北约30 km，行政属桐柏县朱庄乡管辖。矿区范围东南起自新庄，西北至草帽岭西南侧分水岭，面积1.875 9 km2。其中小河湾村调查区位于矿区南端，面积0.85 km2。2012年8月16日，桐柏县朱庄乡小河湾村东侧60m林地中出现地面塌陷坑，同时村中多处房屋出现新裂缝。地面塌陷和房屋裂缝严重威胁着小河湾村居民的生命财产安全，给当地居民带来了恐慌。

1 地面塌陷调查及采空区勘察

1.1 地面塌陷分布与特征

桐柏银矿开采一直都是当地的主导产业，由于大规模的开采，形成了大面积的采空区，从而诱发了地面塌陷。重点调查区内共发现3处地面塌陷。

1.1.1 1 号塌陷坑现状

塌陷坑发生于2007年 1月，椭圆型，长轴(东西)长 18 m，短轴(南北)宽15 m(见照片 4－1)，面积 270 m2，塌陷深度5.3 m。位于小河湾村东北方向。

1.1.2 2 号塌陷坑现状

塌陷坑发生于2007年3月，东西长15 m，南北宽12 m，面积180 m2(见照片4－2)，塌陷深度6.5 m。位于小河湾村东北方向。

1.1.3 3 号塌陷坑现状

塌陷坑发生于2012年8月16日，位于小河湾东侧。东西长 26 m，南北宽17 m，面积442 m2，塌陷深度11.7 m，并伴生有多处地裂缝。整个地面塌陷区周围变形较强烈，其中地裂缝共有 9条，走向 5°～45°、270°～310°，长度 3～60 m，裂缝宽度1～15 cm。

1.1.4 塌陷坑展布规律

据210 m标高坑道统计，重点调查区内裂隙节理的发育方向主要为:近东西向(约270～275°)。3处塌陷坑长轴、短轴的展布有一定规律，长轴方向为裂隙节理发育方向，近东西向;短轴方向跟矿层走向垂直。

1.2 伴生的地裂缝分布及特征

重点调查区内地裂缝的分布范围较广。集中分布在塌陷坑四周林地、塌陷坑南端玉米地、塌陷坑西侧30 m处和小河湾村中。小河湾村13户均出现房屋或院落内地坪裂缝。地裂缝的发育有几个特点。

1.2.1 方向性

工作区内的地裂缝主要分布于农田、居民房屋地坪和居民院落的水泥地里(见照片4－5、4－6、4－7)。本次调查地裂缝共27处，其中地坪裂缝18处，农田、林地、道路裂缝9处。地裂缝的走向主要为 5°～45°、270°～310°。见表 4－3、4 －4。

1.2.2 规模性

重点调查区内农田中地裂缝的延伸长度一般为10～60 m，宽度一般为2～15 cm，在房屋地坪上的地裂缝的延伸长度一般为 0.3～4 m，宽度约为 0.1～0.3 cm。

1.2.3 平面分布特征

据调查，在村庄内，地坪裂缝的间距最小为7 cm(见照片4－9)，一般为1.2～4 m，最大为4 m。农田中地裂缝间距为3～6 m。

1.2.4 空间分布特征

为了解地裂缝发育情况，分析其成因，选取农田、林地中地裂缝开挖探槽。探槽中地裂缝随着深度增加，出现新的地裂缝。开挖探槽的过程中发现地表出现的地裂缝及新发现的地裂缝随着深度增加，宽度有一定的增加，呈上窄下宽特点。新出现地裂缝在发育上与地表地裂缝应是同时生成的，与地表裂缝走向近似，越往下，地裂缝越密集。

1.3 采空区现状

针对本次地面塌陷应急调查工作的紧迫性和必要性，对重点调查区内的105 m标高、140 m标高、175 m标高主巷道、穿脉巷道进行了实地调查，结合物探解译结果，了解了采空区的分布与规模。调查结果得知桐柏银矿70 m标高以上的矿体已采空，留下多处大面积采空区，尤其是105 m标高开采中段形成的采空区已达小河湾村下部。

2 地面塌陷现状分区

经过地面调查发现，目前该村塌陷影响范围(产生地面和房屋裂缝区域)分为两个区，即地面塌陷危害程度大区、地面塌陷危害程度小区。

2.1 地面塌陷危害程度大区威胁区域

经调查分析可知，东西长约100 m，南北宽约240 m的区域，分布面积约24 000 m2。危害程度大区地下采空区离地面较近，北端出现2处塌陷坑，面积分别为170 m2、280 m2。南端出现1处塌陷坑，面积442 m2，并伴生有多处地裂缝，走向 5°～45°、270°～310°，长度 3～60 m，裂缝宽度 1～15 cm。该塌陷区主要威胁居民居住和出行安全，塌陷威胁全村7户、人口50人，房屋56间。

2.2 地面塌陷危害程度小区威胁区域

分布于危害程度大区的外围，面积约150 000 m2。危害程度小区地下采空区离地面较远，调查过程中未发现地质灾害。塌陷威胁全村7户、人口45人，房屋50间。

3 地面塌陷成因分析及其发展趋势

3.1 成因分析

依据资料综合分析，该区塌陷主要由地层、降水、人类工程等条件三部分构成下面就各上述三方面条件进行分析。

3.1.1 地层因素

调查区出露地层主要为下古生界歪头山组及零星分布的新生界第四系。属于歪头山组上部(Pz1w3)的第二岩性段(Pz1w3

2)。岩层走向:320°～340°，倾向南西，倾角 25°～80°不等。厚132～222 m，两端皆有变薄趋势。此岩性段为矿区的主要含矿层位。矿层开采形成的大面积采空区为塌陷的形成提供主要场所。

3.1.2 降水

近年气象条件极不稳定，降水是发生地面沉降的主要诱因之一。雨季时期上部松散土体处于临界状态，使土体饱和、软化增荷，岩土体工程地质条件恶化，从而加速失稳，引起塌陷。

3.1.3 人类工程活动

人类工程活动主要是采矿，采矿形成的大面积采空区也是主要诱因。调查和室内综合分析，重点调查区内从2007年1月至2012年8月16日发生的3个地面塌陷坑，均为桐柏银矿开采造成，其中1号塌陷坑位于140、175标高采空区(采空区1－1、2－1)上部，2号塌陷坑位于175标高采空区中1－2采空区上部，3号塌陷坑位于140标高采空区(采空区2－4、2－5)上部，。目前，桐柏银矿70 m标高以上的矿体已采空，留下大面积采空区，尤其是105 m标高开采中段形成的采空区已达小河湾村下部。因此，小河湾村及周围仍有发生地面塌陷的可能。

3.2 塌陷范围预测

通过矿井下调查，重点调查区内105 m、140 m、175 m标高开采中段均存在大面积采空区，其中T1号塌陷坑北壁下的采场区离地面仅7.7 m，小河湾村陈远华住户北20 m处民采洞口可通往175 m标高主巷道，T2号塌陷坑下的采空区离地面约20 m，采空区离地面如此之近，是导致 T1、T2号地面塌陷坑形成的主要原因。

采空区地面塌陷范围可近似利用围岩崩落角法圈定。根据矿岩的物理力学性质、矿体厚度、倾角及选用的采矿方法等资料，结合类似矿山确定桐柏银矿围岩崩落角为:

γ=δ=65°，β =δ－0.65α

式中:γ为岩层的上山移动角;δ为岩层的走向移动角;

β为岩层的下山移动角;α为矿层倾角。

重点调查区松散层平均厚5.5 m，松散层移动角φ确定取45°。

采空区移动角指标选定为:

稳固岩层沿走向移动角 δ=65°;上山移动角 γ=65°;

下山移动角 β=36°;矿层倾角 α=45°。

计算105 m标高中段以上采空区崩落范围，划定地面塌陷范围，面积为54 043 m2。见附图6。

3.3 地面塌陷预测危害程度分区

(1)地面塌陷预测危害程度大区。面积为54 043 m2。通过监测资料分析，重点调查区内塌陷和裂缝最近期间有继续变形迹象，说明该塌陷区仍处于不稳定状态。随时可能发生新的地面塌陷和地裂缝灾害。威胁该村居民人身安全及财产安全。

(2)地面塌陷预测危害程度小区。重点调查区内预测危害程度大区以外区域为地面塌陷预测危害程度小区，面积为95 956 m2。

4 结论与建议

4.1 结论

(1)对一般调查区开展了环境地质调查，基本查清了地质灾害发生的地质背景。区内地表水系不发育，地貌类型单一，按其形态属于低山丘陵区;地质环境条件一般，区内出露的地层主要有新生界第四系粉质粘土及下古生界歪头山组炭质绢云石英片岩，小河湾后沟分布有砂砾石。

(2)该区灾害表现为塌陷和裂缝两种灾害类型。塌陷:共发现 3处塌陷坑，深 5.3～11.7 m;面积 180 m2～442 m2;为不规则状，长轴、短轴的展布有一定规律，东西长轴方向跟矿层倾向近似，南北短轴方向跟矿层走向近似。裂缝:地面分布多处裂缝，走向 5°～45°、270°～310°，长度 3 ～60 m，裂缝宽度1～15 cm。人类工程活动主要为采矿，采空区已分布在小河湾村与小河湾后沟之下，人类工程活动成为诱发地质灾害的重要因素。由于银矿的开采，重点调查区是地面塌陷地质灾害的易发地区发生地面塌陷及地裂缝地质灾害后，损坏道路一条、受损房屋(裂缝)14户，其中地面塌陷危害程度大威胁区中7户，房屋56间，地面塌陷危害程度小威胁区中7户，房屋50间。

(3)桐柏银矿70 m标高以上的矿体已采空，留下大面积采空区，尤其是105 m标高开采中段形成的采空区已达小河湾村下部。据计算105 m标高中段以上采空区理论崩落范围，划定地面塌陷范围，面积为54 043 m2，覆盖整个小河湾村。地面塌陷影响14户，房屋106间。

(4)通过短期监测资料分析，地面塌陷危害程度大威胁区内塌陷和裂缝野外工作期间有继续变形迹象，说明该塌陷区仍处于不稳定状态。随时可能发生新的地面塌陷和地裂缝灾害。通过灾害现状和预测结果可知重点调查区内都属于灾害易发区，威胁该村居民人身安全及财产安全。

4.2 建议

(1)桐柏银矿175 m、140 m两个开采中段形成的采空区离村庄较近，105 m开采中段形成的采空区已达小河湾村下部，采空区距地表分别为25 m、60 m、95 m左右。T1号塌陷坑和T2号塌陷坑附近的民房伴随地面塌陷又出现了新裂缝，表明地面塌陷已影响到了民房。地面塌陷范围预测表明，整个小河湾村均位于地面塌陷预测范围内，因此，从长远考虑，建议小河湾村整体搬迁。

(2)小河湾村周围桐柏银矿属合法的矿山生产企业，矿山开采属正常的生产活动，而矿山开采易诱发地质灾害。因此，建议小河湾村应结合当前新农村社区建设进行整体搬迁，但新的选址应进行地质灾害危险性评估。

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