贵州山区煤矿采动引起地表斜坡变形破坏特征

李元武 王加双 彭大江 李官博

摘 要：本文以贵州省都匀市某出煤洞坡为研究对象，分析了坡体变形特征，结果表明，坡体变形以裂缝为主，且裂缝的形成和发育与采煤活动密切相关。

关键词：山区;斜坡;变形;采煤

1、引言

据统计，全球范围内人类生活或开展工程的山区内，几乎都发生过地质灾害，如山体滑坡、泥石流、地裂缝等等，危害性仅次于地震。我国陆地存在大量山岭，斜坡失稳的灾害每年都有发生，且种类众多、分布范围广，特别是西南山区，地质灾害最为严重，也是世界上山区斜坡失稳较为严重的地区之一。

以往的灾害事故表明，尽管发生地质灾害的区域环境条件各异，但根本原因都是具备有利于灾害发育的地形地貌，且70%以上大型灾害事故的发生都与人类工程活动相关，如矿山开采、开挖隧道、修筑水库等等，引发了大量的崩滑地质灾害，也得到了人们广泛的关注。其中，矿山井工开采活动导致的斜坡失稳又占据了比较大的比重，除导致地表和地下设施的损毁，还可能导致人员伤亡，造成大量的财产损失。

因此，加强对地下开采诱发的斜坡变形成条件、机制、失稳过程等研究，对于进行采矿诱发崩滑地质灾害研究有着非常重要的意义，在我国现阶段具有特别重要的意义且迫在眉睫。

2、工程概况

贵州省都匀市位于苗岭山脉南侧，研究区域内地势整体呈现为西北部高、东南部低，地形起伏大，受断层切割严重。且研究区域为典型的峰丛地貌，溶丘、洼地等分布其中，山顶、谷底高程最大相差542m，出露地层新至老为第四系、石炭系、泥盆系。

该区域内某煤矿煤洞坡整体呈横向边坡，三侧临空，属溶蚀、侵蚀低中山地貌，为低中山沟谷地形，如图1所示。有图可以看出，煤洞坡呈V字形的山体平面，在东侧和南侧，斜坡下方坡度较缓、上方坡度陡，接近坡顶时坡度可达50～60°。该煤矿可采煤层大多位于斜坡上方比较陡的位置，开采难度较大，同时采动对地表影响也比较大。

区域内矿产资源为煤炭，含煤地层属于海陆交互相，主要可采煤层有3层，即A4、A7、A9煤层，其中A7和A9煤层的开采比较正规，大多为规模企业开采，但A4煤层主要被小企业开挖，乱采现象比较严重。各地层分布情况如图2所示。

区域内煤矿均为斜井开拓，井口位于斜坡上。井下采用单一走向长壁采煤法，开采方式为炮采，爆破落煤、垮落法处理采空区，工作面采用单体支柱与铰接顶梁支柱，端头采用木棚、木垛加强支护，开采方法比较落后。工作面斜长100～300m，采深较小。

3、斜坡变形破坏特征

由于长期以来不断的重复采动影响，在各可采煤层中形成了大范围的采空区，当斜坡上部倾斜煤层被回采完毕，煤层顶底板岩层均压裂变形，最终发育到坡顶形成大量裂缝。从上世纪60年代以来，该区域内煤矿企业就开始进行A7和A9煤层的开采工作，且开采深度不大，平均采深仅200米左右。在上世纪70年代初期，接娘坪中部就开始出现了裂缝，进入80年代后，接娘坪前缘也开始出现变形裂缝。随着煤炭行业盈利，当地百姓开始小规模的乱采乱挖，原有裂缝进一步发育，而且新的裂缝开始产生。据地质部门的地质调查发现，煤洞坡变形体可划分为两个比较大的变形体单元，即“接娘坪”和“立山坡”变形体单元，如图3所示。

如图所示，“接娘坪”变形体单元有4条比较宽的主裂缝，并发育出大量次级裂缝，整体变形剧烈。而“立山坡”变形体单元未形成宽的主裂缝，只有小型裂缝发育。总体而言，煤洞坡变形主要为裂缝，仅有个别崩塌发生。而坡体岩体多为石英砂岩，岩性较脆，发育了大量陡倾结构面，风化卸荷现象比较明显。斜坡体主要可采煤层有3层，经过长期开采，采空区范围越来越大，裂隙从采空区顶板发育至地表，在斜坡体顶部形成地表裂缝。在斜坡体两个变形单元发育的这些裂缝具有以下特征：

（1）斜坡体表面原有大量陡倾结构面存在，而裂缝基本沿原有的结构面发育并展布，仅少数向临空面方向展布。

（2）裂缝一般与坡缘有一定距离，一般为20～30m，距离最长可达60m。

（3）裂缝张开宽度一般为0.5～5m，但“接娘坪”变形单元发育有一条9.5m宽的大裂缝。

（4）裂缝大致分布在采空区上方或采空区边界对应的地表区域，说明裂缝的发育与井下采煤的关系密切。

（5）在煤矿开采过程中，一直对煤洞坡产生重复采动影响，工程扰动直接导致采空区上覆岩層出现集中应力，两侧煤壁上方及以外区域的主应力出现差异，这种应力的调整和重分布会引起采空区上覆岩体张拉破坏、离层，甚至会发生冒落，进而沿采场结构面和开采裂隙发生剪切和滑移。

4、结语

斜坡体变形大多为裂缝，少有崩塌和滑坡，而裂缝基本沿已有的优势结构面延伸发育。调查发现，裂缝的形成和发展与井下采煤关系密切，绝大部分裂缝分布在采空区上方地表区域。进一步研究发现，大裂缝的出现往往与私企开采的小煤洞有关，相关部门应加强对小煤洞的规范管理。

参考文献：

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[4] 林锋， 孙赤， 冯亮. 近水平煤层开采诱发崩塌形成机理分析[J]. 中国地质灾害与防治学报， 2013（03）.

作者简介：

李元武（1998.03—），男，贵州遵义人，本科在读，主要从事采矿工程方面的学习和研究工作

项目基金：国家级大学生创新创业训练计划项目（201910977005）

（六盘水师范学院矿业与土木工程学院   贵州  六盘水  553004）