礦區采空塌陷與地裂縫災害探析

符繼衛

(中國神華神東地測公司錦界煤礦地測站，陜西 神木 719319)

伴隨著煤炭資源的大規模開采，大部分礦區生態環境遭受巨大破壞，地質災害頻繁發生。其中，尤以采空塌陷與地裂縫地質災害影響最大。塌陷區、地裂縫在礦區分布廣泛、數量眾多，不僅使當地生態環境惡化，而且嚴重阻礙了礦區經濟的可持續發展。目前，空間信息技術、計算機技術的快速發展，為煤礦采空區引起的地質災害的防治提供了堅實的技術支持。本文針對礦區采空塌陷與地裂縫地質災害，對其形成、危害和防治進行了探討與分析。

1 形成原因與影響因素

1．1 形成原因

礦區采空塌陷與地裂縫災害主要由人類采礦工程活動引發，地裂縫又常常與采空塌陷地質災害相伴出現，其空間分布范圍及展布方向與煤礦開采狀況密切相關，主要受采空區范圍、采煤巷道方位及上覆巖土體的工程特性所控制。

采空塌陷與地裂縫的形成原因主要是地下礦層大面積采空后，原有的周圍應力平衡狀態遭到破壞，礦層上部巖(土)層失去支撐，在自重和上覆巖土體的壓力作用下向采空區垮落沉降，以致發展到地表，從而使地表土和地面發生下沉變形和水平移動，并在采空區上方形成冒落帶、裂隙帶和沉降帶三個開采影響帶。隨著采空范圍擴大，在地表形成塌陷變形及地裂縫災害。地裂縫是一種緩慢發展的漸進性地質災害，它是地表巖土體在自然因素和人為因素的作用下，產生開裂并在地面形成一定長度和寬度裂縫的現象［1］。

1．2 影響因素

采空塌陷和地裂縫是由于地下出現空洞后，上覆巖體失去平衡，發生冒落或下沉而形成的。影響采空塌陷和地裂縫的因素有多種，如地形、地貌、地層巖性、地質構造、地下水活動、采礦方法和開采條件等。其中采礦方法和開采條件是主要因素，在其它條件一定的情況下，礦體埋深淺，深厚比小，地表變形嚴重。

1)開采規模及開采方式的影響。不同開采規模與開采方式下形成的采空塌陷、地裂縫地質災害的規模是不同的。如使用長壁式采煤，開采技術先進，開采規模較大，回采率大于70%，因此，在其采空區上方形成規模較大、與采空區相一致的地面塌陷區及地裂縫;相對而言，中、小型煤礦的開采規模較小，主要采用倉房式、殘柱式等采煤方法，開采技術落后，地表變形以地裂縫為主。

2)煤層埋深的影響。在相同開采條件下，地表變形隨采深的增大而減小，隨采厚的增大而增大，即深厚比越小，地表變形越強烈。同時采掘寬度越大，地表塌陷和裂縫范圍越大。

2 采空塌陷與地裂縫的危害程度

采空塌陷與地裂縫的危害主要表現為：

1)直接誘發崩塌、滑坡。

2)間接引發地下礦井透水事故。地裂縫如由煤礦采空所致，則該礦抽取的煤層水順裂縫會循環流入地下巷道，雨季地表水匯流加大了水量，需24 h不間斷抽水，耗電量很大。嚴重影響了煤礦的正常生產，且極易誘發其它煤礦災害發生。

3)破壞耕地。據統計，由于采空塌陷和地裂縫的形成會使礦區耕地受到不同程度的破壞，成為“三跑田”(跑水、跑土、跑肥)。致使地表土壤大量流失，土壤結構破壞，肥力降低，大部分農田減產，生長不良，有的農田甚至已無法復墾耕種，嚴重影響了農民的生活水平和農業生產的發展。

4)毀壞房屋及水利、交通設施。因采空塌陷和地裂縫造成房屋、水利交通設施的不同程度損壞，經濟損失巨大。

5)水資源枯竭。在煤礦采空區，由于采空塌陷與地裂縫災害的出現，使地表水及淺～中層地下水向下漏失，使出露于地表的地下水排泄點—泉水干涸，導致地下水位下降。大部分礦區因此而普遍存在人畜吃水困難的現象。

3 采空塌陷與地裂縫分級評價

3．1 采空塌陷分級評價

采空塌陷的空間展布與礦井采掘平面相吻合，呈規律分布，受開采方式及開采條件的影響，大多數地面塌陷形式為塌陷坑、塌陷槽，靠近山坡處會形成陡崖。陷坑群體平面組合形態以群集式為主，分布無一定的規律性，少數為長列式，長列方向與采掘方向一致;陷坑單體形狀大部分為橢圓形、長條形、圓形，四壁陡直，深度不等，面積在幾十到數百平方米。煤礦采空塌陷從時間來看，相對于煤礦開采時間具有滯后性，且時間長短不等。采空塌陷的分級標準見表1。

表1 采空塌陷分級標準

3．2 地裂縫分級評價

采礦形成的地裂縫呈直線、折線、鋸齒狀或弧形，走向一般與采掘方向相同，沿采空區周界開裂。在基巖分布區，順節理裂隙延伸。大部分地裂縫發育在山頂、山坡，并且與斜坡走向平行或小角度斜交。長度一般3～50 m，少數100～200 m，寬0．08～0．8 m，絕大部分裂縫上寬下窄呈楔形，兩壁近于直立且壁面凹凸不平，最大可量深度達3 m，影響寬度小于10 m，均為小型的拉張下錯裂縫。地裂縫的規模分級標準見表2。

表2 地裂縫規模分級標準

采空型地裂縫屬采空塌陷的派生裂縫，由塌陷區內巖土體工程地質條件差異與塌陷速率差異而引起，絕大多數影響耕地，危害程度一般。在地裂縫發育地段，受降雨沖刷、侵蝕、淋濾等次生作用，使其在原有規模的基礎上有所擴大，使地裂縫不斷淘空、擴大，久而久之形成地面塌陷，這種作用在每年的雨季都特別明顯。表現形式常為倒圓錐形、長條形，并與地裂縫相連。農民耕種時自行填埋，來年雨季再次沖刷，地面塌陷再次形成，直至塌陷穩定。

4 采空塌陷與地裂縫防治

4．1 建立地質災害信息系統

建立礦區地質災害調查與區劃空間數據庫信息系統。地質災害信息系統由空間圖形庫和地質災害數據庫兩部分組成，其中地質災害空間圖形庫內容包括地理要素、工程地質要素和地質災害要素三大部分，地質災害數據庫包括反映區域內采空塌陷、地裂縫等地質災害的主要特征指標等內容。地質災害信息系統主要用于礦區地質災害信息錄入和信息查詢，具有圖形數據和屬性數據一體化、操作簡便快捷、可擴展等功能，為地質災害信息的科學管理、高效利用提供了有力工具。

4．2 地質災害防治管理建議

1)將采空塌陷與地裂縫防治納入煤炭企業議事日程和經濟發展規劃，按比例安排采空塌陷與地裂縫防治經費，根據其危險性和危害程度按由重到輕、由急到緩逐步實施治理。

2)充分利用經濟、行政、法律和技術等管理手段，最大限度地減輕災害損失，促進礦區經濟的可持續發展。

3)實施采空塌陷與地裂縫災害分級管理，調動全礦區的社會力量，實現減災工作社會化。利用各種渠道，采用多種形式，廣泛深入地大力宣傳、普及地質災害防治知識，力爭做到家喻戶曉，人人皆知，提高全民的防災、減災意識和技能，實行群測、群防、群治。

4)設立災害項目管理崗位，指派專人負責，以保障取得最充分的減災效果。

5)建立采空塌陷與地裂縫災害普查、勘查和防治信息數據庫。今后凡在采空塌陷與地裂縫災害易發區進行建設項目，應科學選址，嚴格實行建設用地地質災害危險性評估，避免工程本身遭受地質災害的危害和工程建設加劇環境的破壞。

5 結束語

近年來，伴隨著煤炭資源的深度開采，采空塌陷與地裂縫地質災害越來越嚴重。由此所誘發的地表覆蓋被破壞、土壤退化、水資源污染等次生災害已成為國家和社會高度關注的危害生態安全問題。本文以采空塌陷與地裂縫為研究對象，分析了其形成原因與影響因素，繼而指出了對礦區發展與人類生活所帶來的危害，對采空塌陷與地裂縫進行了分級評價，并提出了相應的防治建議。可為礦區采空塌陷與地裂縫災害的防治提供參考，對保障礦區的可持續發展具有一定的現實意義。

［1］ 范 懋，李鐵鋒．災害地質學［M］．北京：北京大學出版社，2002：150－155．