贵州省晴隆县某煤矿开采点地质灾害诱因分析

2016-09-15宋元坤宋书伦

西部探矿工程 2016年2期

宋元坤，刘　松，宋书伦

（1.贵州省地质矿产勘查开发局117地质大队，贵州贵阳550018：2.贵州省有色金属和核工业地质勘查局物化探总队，贵州都匀558000：3.贵阳地质矿产公司，贵州贵阳550001）

宋元坤*，刘松，宋书伦

贵州省属于中国南方煤炭资源最丰富的省区。随着煤矿资源的不断开采，在煤矿开采后形成大量的采空区，采空区的顶板坍塌常常伴随不同程度的地质灾害。以贵州省晴隆县某地质灾害与当地煤矿开采现状进行对比分析成果为例，对采空区在大气降雨、井下爆破等因素的共同诱发下，会使地面出现的地裂缝、不均匀沉降、塌陷天坑等成因现象进行了对比分析。

煤矿开采：地质灾害：井下爆破：地裂缝：塌陷

1　概述

贵州省地处云贵高原向广西丘陵平原过渡的斜坡地带，地质地理条件特殊，地质环境脆弱，按照国家地质灾害防治规划划分，全省均为地质灾害易发区，是全国地质灾害的重灾区之一，具有“全、重、多”的特点，其中常见的类型有滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地裂缝等。而贵州的地裂缝常常是崩、滑、塌在地表的一种反映。其中，对人民生命财产危害最严重的地质灾害类型主要为滑坡、崩塌和泥石流。贵州省地质灾害以中小规模为主（占90%以上），大型或巨型较少。但几乎每年都有重大级以上的地质灾害发生。根据相关资料，1993年以来全省共发生重大级以上的地质灾害58起，其中死亡30人以上或经济损失l000万元以上的特大级灾害有18起，而这些重大地质灾害或多或少都有人为因素的影子。因此贵州重大地质灾害发生的主要诱发因素应为大气降水自然因数和人类工程活动影响共同作用的结果。

贵州省属于矿产资源大省，尤其在煤矿方面素以“西南煤海”著称，是中国南方煤炭资源最丰富的省区。近年来，随着煤矿资源的不断大规模开采，在煤矿开采后形成不同程度的采空区。在大气降雨、人工井中放炮等因素的诱发下，采空区地面常常出现地裂缝、不均匀沉降、塌陷天坑等现象，现已逐渐成为贵州省主要地质灾害诱因之一。

2　环境地质背景

2.1地形地貌

该区以剥蚀、侵蚀为主的低中山山地沟谷地貌，总体地势东高西低：地形地貌与出露地层的岩性关系密切，非煤系地层分布地段地形较陡：煤系地层分布地段易风化剥蚀，形成缓坡低地，最大相对高差1040.6m：一般相对高差100～400m。自然坡度一般为10°～50°，地形起伏较大，地貌类型较单一。

2.2地质概况

该区出露地层由新到老分别出露有：第四系（Q）残坡积层、三叠系下统永宁镇组（T1yn）灰岩、夜郎组（T1y）灰岩及粘土岩、二叠系上统龙潭组（P3l）细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩、炭质泥岩及煤组成。地层大体上呈单斜产出，地层倾向148°～151°，倾角8°～11°。该区地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.45s，相应地震基本烈度为Ⅵ度。该区及其邻近区域近年来未发现有强地震活动，区域稳定性较好，属无震害区。

2.3煤矿开采概况

该区煤矿开采历史悠久，老窑较多，各可采煤层均有老窑开采过，其中北面杨柳村一带主要是以早期老窑开采为主，由于老窑已停采多年，垮塌较严重：南段长岭岗、中寨一带主要为近期及现在正在开采段。根据资料收集，该段可采煤层主要为2层，其中：

C14煤层：位于龙潭组第二段中下部，呈层状产出，倾向148°～151°，倾角8°～11°。煤层层位和厚度均较稳定、结构简单，煤厚1.86～2.01m，平均1.99m。顶板为粉砂岩，底板为灰白色粘土岩：C15煤层：产于龙潭组第二段下部，上距C14煤层10m左右。煤层呈层状产出，倾向149°～151°，倾角9°～10°。该煤层结构简单，该煤层层位和厚度均较稳定，一般煤厚1.80～2.15m，平均2.00m。顶板为泥岩，底板为粉砂岩（见图1）。

3　地质灾害特征及影响

该区地质灾害类型主要以地裂缝、地面塌陷为主（见图2）。村寨中村民房屋多以地面及墙体开裂为主，部分地基下沉致墙体错位成危房。大部份地面裂缝长7～50m，宽0.2～40cm：墙体裂缝长1～11m，宽1～20cm，少数房屋已经垮塌，地面水井干涸（见图3～图6）。

3.1地裂缝

村寨南东后山开裂一道走向40°～60°、长大于1000m，宽10～50cm，局部超过1m的地裂缝：裂缝两边相对高差10～100cm，局部超过3m：可见深度0.5～1.5m，局部超过2m。整条裂缝呈S状产出，并引起局部地段小面积塌方，裂缝有加剧趋势（见图2）。

位于该地裂缝北西向分布位于该地裂缝影响区的杨柳村、长岭岗和中寨住地为自然村寨，房屋密集，共109户106栋房屋，受威胁人口530人。

3.2地面塌陷

调查区地面塌陷1处，分布于杨柳村，按形态特征划为塌陷坑，地面长约200m，宽10～50m，深1～5m，面积约1300m2。

4　煤矿开采与地面裂隙、塌陷的关系

在施工上，煤矿开采过程中常常采用爆破作业：煤矿被开采完成常留下大规模的采矿空洞，也就是采空区：地质条件上，采空区顶底板及采空区内的地层岩性主要为砂岩、页岩及薄层灰岩：在图2上看，采空区距受影响的3个村子最短距离在0～1200m之间。根据此条件我们可以探讨一下在采空区和采矿爆破作业共同作用下是否会引起地裂缝及岩溶塌陷。

4.1煤矿爆破作业与地裂关系

结合国家标准（GB6722）86）5爆破安全规程6中的安全距离计算公式我们可以对爆破安全范围进行鉴定，其公式为：

R=（K/V）1/AQ1/3

式中：R——安全距离，m：

K——与介质和爆破条件有关的系数：

Q——炸药量，kg，齐发爆破时取总药量，分段爆破时取最大段药量：

A——衰减指数：

V——地震安全速度。

计算中，根据测区的岩性特征，K和A的取值是依照5爆破安全规程6（GB6722）86中关于岩石介质的K、A的取值范围进行确定，如表1所示。

表1　岩石介质中K、A的取值范围

根据矿山提供炸药量带入计算得R=480m，因此大部分村庄均在受影响范围内。

再结合采空区的位置和特征不难看出（见图1），长岭岗村已完全处于最新开采完的采空区上，由于该区地层以软地层为主，断裂构造极为发育（500m范围内就可见2条断层F4-1、F4），在以爆破为诱因的基础条件下，在地表两断层之间地层产生滑动，从而地面裂隙DL1随之产生，裂隙走向与采空区的地表投影走向边平行，延伸长度略大于采空边长，呈内敛外张状。

4.2煤矿爆破作业与岩溶关系

从图2上看，杨柳村的地面塌陷区与现开采作业的处直线距离在1200m左右，已处于安全范围的2倍以外，但该区为最早的老窑区，随着时间的推移该区老窑已全部充水，成为极为危险的老窑水仓，且该区地层较为软弱，局部区域与地表联通，采空区的顶版岩性长期受到流水侵泡，在地下爆破的间接诱导下，地面产生受力不均，因此在地下爆破时产生坍塌、沉陷。