豐城市泉塘村巖溶塌陷機(jī)理分析

劉地福，李金燕

（江西省煤田地質(zhì)局，江西 南昌330001）

尚莊街辦位于江西省豐城市城區(qū)北西10km處，區(qū)內(nèi)煤炭資源豐富，泉塘村即處于豐龍煤礦石上井田范圍內(nèi)，2012年8月9日，尚莊街辦泉塘村陸續(xù)發(fā)現(xiàn)巖溶地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害，該村部分地段出現(xiàn)陷坑及房屋開裂、水塘水位下降等現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅了人民群眾的財(cái)產(chǎn)生命安全，筆者從地質(zhì)因素、自然因素和人為因素等方面分析本次巖溶地面塌陷的誘發(fā)因素。

1 地質(zhì)因素

泉塘村及其周邊大部分地區(qū)均為覆蓋型巖溶發(fā)育區(qū)，區(qū)內(nèi)三疊系下統(tǒng)大冶組（T1d）、二疊系上統(tǒng)長興組（P3c）灰?guī)r均隱伏于第四系（Q）地層之下，第四系平均厚度19.97 m。大冶組為灰色、青灰色泥灰?guī)r，局部為肉紅色薄層狀～中厚層狀隱晶質(zhì)灰?guī)r，間夾薄層狀白云質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r及鈣質(zhì)、砂質(zhì)泥巖，具水平層理，局部發(fā)育裂隙溶洞；長興組巖性為淺灰色、灰色微帶肉紅色中厚層狀至厚層狀結(jié)晶質(zhì)及微晶質(zhì)灰?guī)r，質(zhì)純，含燧石結(jié)核，底部常有硅質(zhì)灰?guī)r和鈣質(zhì)砂巖，近地表裂隙溶洞發(fā)育，地層厚117.36～260.97m，平均厚223.11m。

《江西省豐城市地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃》將尚莊街辦高家、塢社里、泉塘、石上等地劃為巖溶地面塌陷災(zāi)害易發(fā)區(qū)。

1）巖溶發(fā)育程度。據(jù)該區(qū)以往地質(zhì)資料，泉塘村地處覆蓋型巖溶區(qū)，巖性主要為大冶組的白云質(zhì)灰?guī)r夾薄層狀頁巖，巖溶主要表現(xiàn)為溶溝、溶槽，一般見于淺部20～30 m，巖體相對(duì)較完整，平均線巖溶率達(dá)7.4%，見洞率達(dá)83.3%，溶洞規(guī)模不大，斷裂帶兩側(cè)局部溶洞高4～7m，線巖溶率達(dá)14%～39%。

2）構(gòu)造與巖溶。泉塘村地處北北東向一系列壓性斷裂構(gòu)造處，巖溶發(fā)育與斷裂方向基本一致，物探資料顯示，斷裂兩側(cè)巖溶較發(fā)育。

3）地貌與巖溶。本區(qū)為覆蓋型巖溶區(qū)，在地形低洼處，由于匯水下滲作用，地下巖溶一般相對(duì)較為發(fā)育，據(jù)物探資料，主要表現(xiàn)為溶溝溶槽。

2 自然因素

本區(qū)上覆的第四系中更新統(tǒng)殘積層具有一定的滲透性，而下部灰?guī)r溶洞與溶蝕裂隙比較發(fā)育，龍其是淺部巖溶強(qiáng)烈發(fā)育并存在開口洞隙，利于地下水滲入、儲(chǔ)存與運(yùn)移，造成對(duì)淺部灰?guī)r巖體的溶蝕、上覆土層的潛蝕，流動(dòng)的地下水將潛蝕的第四系松散物質(zhì)帶走，在此基礎(chǔ)上容易形成淺層溶洞和在覆蓋層中形成土洞。在地下水水位變幅過大過快時(shí)易自然產(chǎn)生地面變形，形成塌陷或沉降。同時(shí)在雨季，暴雨可導(dǎo)致土體迅速充水增重和地表水的強(qiáng)烈滲透，在一定條件下引起巖溶地下水的急劇上升產(chǎn)生沖爆作用，都可導(dǎo)致塌陷的產(chǎn)生。另外，塌陷區(qū)附近西南側(cè)1.47km處即為當(dāng)?shù)刈畲蟮乇硭第M江，據(jù)調(diào)查，在雨季或洪水季節(jié)泉塘村后的水庫水位會(huì)隨著贛江水位的增高而增高，即贛江水與泉塘村地下水是連通的。根據(jù)贛江豐城站水文資料，近幾年贛江地表水水位持續(xù)走低（2009年9月14日贛江下游豐城水文站出現(xiàn)＋17.90m的低水位，創(chuàng)歷史新低。2010年11月17日，贛江下游豐城水文站創(chuàng)＋16.87m的低水位，導(dǎo)致豐城市城區(qū)和豐城電廠面臨取水困難。2012年10月16日實(shí)測(cè)豐城電廠贛江段鐵路橋墩下水位為＋15.391m），使本區(qū)的地下水水力坡度增大，巖溶地下水向贛江地表水排泄加速，造成地下水位過快大幅下降。雨季時(shí)，巖溶地下水接收地表水的補(bǔ)給，造成地下水位迅速上升，降雨后，巖溶地下水迅速向贛江排泄，造成地下水位的迅速下降，而地下水位的上升及下降幅度過快、過大，都極易誘發(fā)巖溶地面塌陷，此為泉塘村巖溶地面塌陷產(chǎn)生的主導(dǎo)因素之一。

3 人為因素

1）過量抽采地下水。泉塘村西側(cè)1km處即為豐城工業(yè)園區(qū)、南方水泥廠等地下水用水大戶，日均抽采地下水超4000t，加之周邊居民生活用水，導(dǎo)致該區(qū)域地下水過量開采，使地下水位下降，甚至形成降落漏斗，對(duì)巖溶地面塌陷起到促進(jìn)作用，此亦為泉塘村巖溶地面塌陷產(chǎn)生的主導(dǎo)因素之一（見圖1）。

圖1 泉塘村周邊巖溶水開采及巖溶塌陷現(xiàn)狀分布

2）采礦工程活動(dòng)。塌陷區(qū)及其周邊范圍內(nèi)為采煤區(qū)，最大采礦權(quán)人為豐龍礦業(yè)有限責(zé)任公司石上井田，泉塘村即處于石上井田西北部，2009年4月該礦在北翼風(fēng)井施工井筒檢查孔，于埋深3.40～35.20m見大冶灰?guī)r，巖性為灰白色雜土黃色全風(fēng)化泥灰?guī)r，于埋深35.20～290.93m見長興灰?guī)r，其中埋深41.31m和52.02～53.42m處見未充填溶洞。鉆探過程中水量大，達(dá)7200m3／d，實(shí)際抽水試驗(yàn)證實(shí)井筒檢查孔的灰?guī)r水已經(jīng)與豐城電廠的廢水排放水庫水連通了（通過大冶組全風(fēng)化泥灰?guī)r的越流補(bǔ)給），水質(zhì)亦被其污染。鑒于此，考慮到北風(fēng)井的開拓將破壞井筒附近的原巖穩(wěn)定，加劇灰?guī)r溶洞水與水庫的連通，特請(qǐng)北京中煤礦山工程有限公司對(duì)風(fēng)井井筒施工采用預(yù)凍結(jié)的施工方法，在井筒開鑿前，將井筒周圍的不穩(wěn)定地層和含水層凍結(jié)成封閉的凍結(jié)壁，以抵抗地壓隔絕地下水和施工井筒的聯(lián)系，隨著凍結(jié)工作的延續(xù)，凍結(jié)壁不斷擴(kuò)展，逐漸相互連接而形成不透水，且能抗地壓、水壓的凍結(jié)壁。截止2012年4月井筒落底后，經(jīng)豐城礦務(wù)局質(zhì)檢站對(duì)風(fēng)井井筒涌水量進(jìn)行實(shí)測(cè)，測(cè)得涌水量為67.68m3／d，且比較穩(wěn)定，考慮到北翼風(fēng)井與泉塘村的實(shí)際距離，如此小的排水量不會(huì)對(duì)泉塘村周圍的巖溶地下水造成影響，因此初步判斷北翼風(fēng)井的礦坑排水對(duì)地面塌陷的成因無關(guān)聯(lián)性。

目前石上井田處于基建階段，主副井、南翼風(fēng)井?dāng)?shù)年前已施工完成，井筒出水量亦較小，不是泉塘村巖溶塌陷的誘發(fā)因素，現(xiàn)在正進(jìn)行的巷道系統(tǒng)開拓，由于深度較大（－900m以下，埋藏深度超950m，且位于贛江之下，贛江水未對(duì)其產(chǎn)生影響），且礦井涌水量僅28.2m3／h，因此可以初步認(rèn)為，豐龍井的井巷開拓亦不是泉塘村巖溶地面塌陷的誘發(fā)因素。

4 結(jié)語

引發(fā)巖溶地面塌陷是一個(gè)綜合因素的結(jié)果，在一定程度上地下水的作用是誘發(fā)巖溶區(qū)地面塌陷的主導(dǎo)因素，尤其是當(dāng)該區(qū)地下水與地表水系存在關(guān)聯(lián)以及過量開采巖溶地下水等條件并存時(shí)，極易引發(fā)地面塌陷。根據(jù)本區(qū)巖溶地面塌陷的特征及區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件，初步推測(cè)誘發(fā)本區(qū)巖溶地面塌陷的主導(dǎo)因素主要與贛江水位下降及周邊過量開采巖溶地下水有關(guān)。

泉塘村區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件脆弱，在外部動(dòng)力因素的作用下，極易誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，筆者認(rèn)為，該處地面塌陷與人為因素和自然因素有關(guān)，是多種因素長期綜合作用的結(jié)果，而杜絕人工地下水的過量過快開采是今后防范此類地質(zhì)災(zāi)害再次發(fā)生的關(guān)鍵工作。