江西某采煤区地面塌陷地质灾害的分析

华伟嫔 ，张 睿 ，廖 欢

（江西省煤田地质勘察研究院，江西 南昌 330001）

江西某采煤区存在可溶岩层，由于地下开采和抽排地下水，导致地下水位动态变化，可能加剧岩溶地面发育。本文主要从煤层开采情况出发，分析采煤区的采空地面塌陷和岩溶地面塌陷发育情况。

1 矿山地质环境条件概述

该区地貌形态主要为剥蚀堆积岗埠及冲积平原地形，原始地面标高为+23.4 m～+37.9 m，地面起伏不大，地表主要由第四系覆盖。该区钻孔揭露的地层有：第四系 （Q）、侏罗系下统门口山组(J1m)、三叠系下统大冶组（T1d）、二叠系上统长兴组（P3c）、二叠系上统龙潭组（P3l）。 地层分布图见图1。

图1 项目区岩基地层概况略图

项目区A-A’剖面见图2。

图2 项目区A-A’地层剖面

2 主采煤层分布及特征

该区构造简单，为一单斜构造，煤层倾角5°～32°（见图2）。主采煤层为B4煤层，位于老山下亚段下部。煤层稳定，结构简单～较复杂，开采煤层厚度0.60～4.22 m。开采标高为-500 m～-1300 m。主采煤层（B4）底板等高线见图3。

B4煤层直接顶板为厚约3～8 m的深灰～灰黑色细粉砂岩，局部为粗粉砂岩、含炭泥岩，薄至中厚层状，致密均一。B4煤层底板为厚1～2 m的灰褐色鲕状粘土岩或粘土质、砂质泥岩，鲕状结构或团块状结构。

3 采区地面塌陷分析

3.1 地质灾害现状

项目的开采深度为523.4～1337.9 m，地面标高为+23.4 m～+37.9 m，煤层开采标高为-500 m～-1300 m，通过调查，发现该采煤区建筑物和地面出现不同程度的破坏，其地质灾害主要是地面塌陷和房屋开裂，地面塌陷主要分布在三叠系下统大冶组（T1d）和二叠系上统长兴组（P3c）地层，地面塌陷同时伴随着房屋开裂。地面塌陷见表1，地面塌陷点分布见图3，地面塌陷及房屋开裂见照片1和照片2。

表1 区内地面塌陷情况

图3 项目区地面塌陷点分布

图4 房屋裂缝

图5 地面塌陷坑

3.2 地面塌陷地质灾害分析

区内发生地面塌陷主要由于采煤沉陷和岩溶塌陷。

（1）采煤沉陷分析

影响采动对地表变形的因素有煤层埋藏深度、煤层开采厚度、煤层上覆岩性结构、地质构造以及地面形态特征等。

根据2017年7月煤炭工业出版社 《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中附表3-1岩性与预测参数相关关系表，本区地表移动参数选择如下：

区内上覆岩层为中等偏硬岩层条件，根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中针对不同上覆岩层岩性条件推荐的取值范围，并参考相关的地表移动实测资料分析，区内压覆煤炭资源全采条件下地表移动参数如表2所示。

表2 区内压覆煤炭资源全采条件下

表3 区内部分钻孔采动变形分析计算结果

注：根据《三下采煤规程》，其中一级变形区（最大倾斜＜3 mm/m，最大水平变形≤2 mm/m），二级变形区 （3 mm/m＜最大倾斜≤6 mm/m，2 mm/m＜最大水平变形≤4 mm/m），三级变形区（6 mm/m＜最大倾斜≤10 mm/m，4 mm/m ＜最大水平变形≤6.0 mm/m），四级变形区（最大倾斜＞10 mm/m，最大水平变形＞6.0 mm/m）。

根据区内所有钻孔数据 （部分钻变形值见表2）采用内插法得出该区主采煤层（B4）开采影响等级变形图（见图4）。

图4 主采煤层（B4）开采影响等级变形

由图4可看出钻孔揭露无煤层的属于无变形区，煤层埋深浅的等级变形级别大。区内塌陷1（TX1）发生在三级变形区，塌陷2（TX2）、塌陷3（TX3）和塌陷4（TX4）均发生在二级变形区，房屋开裂发生在一级变形区和二级变形区。由此，煤层开采对区内的地面塌陷的发生起到一定的作用。

（2）岩溶地面塌陷分析

由图4可以看出，地面塌陷主要分布在三叠系下统大冶组（T1d）和二叠系上统长兴组（P3c）地层。大冶组（含泥质灰岩）和长兴组为灰岩在区内岩溶较发育。经现场调查后认为，该处地面塌陷与人为因素和自然因素有关，是多种因素综合作用的结果，但人为因素是主导因素。

① 自然因素

地面塌陷区为覆盖型灰岩区，上覆第四系碎石、砾石粘土层，具有一定的渗透性。其下部的灰岩溶洞与溶蚀裂隙比较发育，利于地下水渗入，储存与运移，造成对上覆土层的潜蚀，在地下水潜蚀下将第四系松散物质随水流带走，在此基础上容易形成浅层溶洞和在覆盖层中形成土洞。在地下水水位变幅过大过快时易自然产生地面变形，形成塌陷或沉降。

同时岩溶水水位随季节性变化发生动态变化，导致其水位频繁地在土层底板上、下波动，从而对土体产生长期的潜蚀作用并形成土洞，土洞发展到一定阶段，在土体自重或其它外力作用下最终产生地面塌陷。

② 人为因素

引发岩溶地面塌陷的人为因素多数是由于过量开采岩溶地下水所致。本区由于碳酸岩岩溶较发育，岩溶上覆土层为粘性土层。未开采岩溶水之前，岩溶水多为承压水，其水位一般位于土层底板之上。由于区内存在农田抗旱机井、饮用水井以及煤矿开采的矿坑排水，当长期过量开采岩溶地下水之后，岩溶水水位不断下降，上部松散岩类孔隙水与岩溶水之间的水头差加大，孔隙水不断下渗补给岩溶水。对土体潜蚀作用加强而形成土洞，直至产生地面塌陷。

根据本区岩溶地面塌陷的特征及区域地质环境条件，初步推测诱发本区岩溶地面塌陷的主导因素系主要与周边过量开采岩溶地下水有关。

4 结语及建议

4.1 结语

通过对本区地面塌陷的分析，可知区内主要为采煤沉陷和岩溶地面塌陷，其中岩溶地面塌陷主要由自然因素和人为因素共同产生的，最主要的因素是地下开采以及周边过量开采岩溶地下水。地面塌陷地质灾害将会对地表农田及民用建筑等造成威胁。

4.2 建议

为了避免和降低地面塌陷带来的生命和财产损失，应慎对该区进行岩溶地下水的开采，建议对该区进行更进一步的工程地质勘探，查明岩溶发育情况，并对区内的采空变形等级进行论证评估。