陕西省长武县三台村地面塌陷特征及恢复治理方案探讨

杨春辉，姚 刚

（陕西地矿区研院有限公司，陕西 咸阳 712000）

咸阳市长武县境内东南部25km的三台村，地处彬州市、长武县中间区域。2017年4月，该村1、2组耕地中出现多条裂缝，局部土地下陷，形成多级错台，地面大面积塌陷。地面塌陷严重破坏了耕地，造成村民恐慌，给当地居民生产生活带来了极大的不利影响。

1 地形地貌

塌陷区位于黄土塬边，北边界及东边界为塬边陡坡，南边界为开阔黄土塬，西边界为村道。整体地形西高东低，坡度较缓，区内分布多级梯田，最高点位于西边村道丁字口，高程1050.0m，最低点位于东边陡坡，高程994.8m，相对高差55.2m（图1）。

图1 地形地貌图

2 地层岩性

区内地层由老到新依次为：三叠系上统胡家村组（T3h），侏罗系下统富县组（J1f），侏罗系中统延安组（J2y）、直罗组（J2z）、安定组（J2a），白垩系下统宜君组（K1y）、洛河组（K1l）、华池组（K1h），上第三系（N），第四系下更新统（Q1）、中更新统（Q2）、上更新统（Q3）、全新统（Q4）。

3 矿井开拓特征

塌陷区下方对应采煤工作面，采用倾向长壁综合机械化后退式采煤法回采，全部垮落法处理顶板。工作面走向长度1316.8m，倾向长度为186m，开采平均深度500m，采厚平均约8.3m～13.9m，采厚比约62.5。

该工作面开采煤层为侏罗系延安组4煤层：上部，黑色玻璃光泽，以镜煤、亮煤为主，夹少量暗煤，为半亮型煤，呈柱状、块状。夹0层～3层泥岩夹矸。煤层厚度为8.3m～13.9m，平均煤层厚度11m，实际回采过程采厚6.5m～9.5m，

4 塌陷区特征

塌陷区中心地理坐标为：N：35°05′33″，E：107°54′59″，分布范围长约600m，宽约200m，面积约0.12km2，表现为南、北两端地形较高，中间凹陷。

塌陷区位于煤矿采空区正上方，走向长壁综采放顶煤，长期大规模的开采形成采空区，随着采空区面积不断增大，煤层的顶板（覆岩）失去支撑，顶板岩层随之发生弯曲、断裂、垮落，产生倾斜变形和水平移动，垮落过程中引发采空区周围岩体变形、松动、乃至破坏采空区上覆岩层随之弯曲下沉，覆岩层的这种弯曲达到地面后，引发地面塌陷、地裂缝，形成多级错台（图2）。地表的沉陷表现为连续性、不均匀性、全区遍布性。

图2 局部地面塌陷

图3 地裂缝

塌陷区共发育16条裂缝，呈近直线状延伸，走向225°～275°，各条裂缝近平行展布，单条裂缝长度约21m～344m（图3）。其中6条张开度较大地裂缝其张开度0.08m～0.4m，可探深度0.5m～2.1m，存在明显的错台，错台高度一般0.05m～0.4m，最大错台高度达0.8m，南侧两条裂缝间局部形成明显地面塌陷。其余10条地裂缝张开度约2cm～5cm，无明显下错。

5 恢复治理方案

5.1 指导思想

通过实施塌陷区治理工程，消除因采煤活动而产生的地质灾害，修复受损的镇村道路及荒废的土地，矿区生态环境得到有效改善，附近居民生产生活安全得到保障，从而实现矿产资源开发与地质环境保护的可持续发展。

5.2 地裂缝恢复治理方案

本次治理根据塌陷区裂缝宽度、错台等发育特征分为两类，采用不同的修复方案（表1）。

表1 裂缝治理分类表

5.2.1 Ⅰ类方案

（1）开挖方案。采用开挖程度较大的Ⅰ类开挖。开挖共分三层，累计深度2m，详见Ⅰ类裂缝开挖断面图。第一层断面呈矩形，开挖宽度2.5m，深度0.5m；第二层断面呈矩形，开挖宽度1.5m，深度0.5m；第三层断面呈矩形，开挖宽度0.5m，深度1m（当第三层开挖至裂缝宽2cm～3cm可停止向下开挖）。

（2）回填方案。裂缝区土壤剖面重构采用合理的剥离、堆垫、贮存、回填等重构工艺，构造一个适宜土壤剖面发育和植被生长的土壤剖面层次、土壤介质和土壤物理环境，根据黄土丘陵沟壑区采煤塌陷地裂缝的特点及自然土壤的剖面特征，重构后的土壤剖面从下往下依次为表层土、保水层、生土层、垫土层。

表层土：表层土是农作物生长及植被恢复的基础，主要参数是厚度，根据复垦后的方向来确定，因利用方向为耕地，表土层厚度充填40cm。

保水层：保水层的主要作用的是保水、隔水、植被生长提供养分等。保水层可釆用秸秆和黄土混合物构成，厚度10cm左右。由于西部地区风大，水土流失严重，保水层放在地表不易固定，因此，本方案考虑将该层放到表土层与生土层的中间。

生土层：利用黄土进行充填，充填后捣实。

垫土层：三七灰土进行充填，每充填30cm左右夯实一次。

图4 地裂缝回填断面图

5.2.2 Ⅱ类方案

（1）开挖方案。对于裂缝宽度较小且错台不发育的裂缝F3、F5、F6、F7、F8、F10、F11、F12、F13、F15采用Ⅱ类开挖。

开挖共分三层，累计深度1.25m，详见Ⅱ类开挖断面图。第一层断面呈矩形，开挖宽度1.25m，深度0.5m；第二层断面呈矩形，开挖宽度0.75m，深度0.25m；第三层断面呈矩形，顶宽0.25m，深度0.5m（当第三层开挖至裂缝宽2cm～3cm可停止向下开挖）。

（2）回填方案。裂缝区土壤剖面重构采用合理的剥离、堆垫、贮存、回填等重构工艺，构造一个适宜土壤剖面发育和植被生长的土壤剖面层次、土壤介质和土壤物理环境。

根据黄土丘陵沟壑区采煤塌陷地裂缝的特点及自然土壤的剖面特征，重构后的土壤剖面从下往下依次为表层土、保水层、生土层、垫土层。

表层土：表层土是农作物生长及植被恢复的基础，主要参数是厚度，根据复垦后的方向来确定，因利用方向为耕地，表土层厚度充填40cm。表土主要来源于裂缝两侧剥离的表层土。为了防止雨水浸泡导致裂缝区充填区黄土下陷，重构后的表层土可以预留一定的拱高，拱高度5cm左右。

保水层：保水层的主要作用的是保水、隔水、植被生长提供养分等。保水层可釆用秸秆和黄土混合物构成，厚度10cm左右。由于西部地区风大，水土流失严重，保水层放在地表不易固定，因此，本方案考虑将该层放到表土层与生土层的中间。

生土层：利用黄土进行充填，充填后捣实。

垫土层：三七灰土进行充填，每充填25cm左右夯实一次。

5.3 地面塌陷修复方案

塌陷区地面凹陷，对地表地形造成破坏，同时也不利于地表排水，需对地面进行平整，尽可能恢复原有地形。

地面凹陷全区分布，本次治理结合原有梯田、陡坎地形等因素，将塌陷治理区分为20个治理区T1-T20，每个治理区设置修复基准高程（详见附件施工平面布置图及治理剖面图），通过整平、覆土等将治理区回填至设计高程，在梯田陡坎处等局部地段可依据地形，就势回填，然后用装载机整平。

6 结论

三台村地面塌陷属煤矿采空引起的塌陷，其对农田破坏严重，威胁着附近居民的安全。通过工程施工治理，能够消除隐患给村民生命财产安全带来的威胁，修复损坏的耕地，恢复地貌景观，是居民安居乐业，维护社会稳定，促进了当地经济发展，保证人与自然和谐发展。