松宜煤礦區(qū)采礦活動對地質(zhì)災(zāi)害的影響分析

李偉

（中南冶金地質(zhì)研究所，湖北 宜昌443000）

松宜煤礦區(qū)采礦活動對地質(zhì)災(zāi)害的影響分析

李偉

（中南冶金地質(zhì)研究所，湖北 宜昌443000）

松宜煤礦區(qū)賦存豐富的煤炭資源，多年的采礦活動極大的破壞了當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)環(huán)境，誘發(fā)了眾多的地質(zhì)災(zāi)害。根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害野外調(diào)查的成果，分析采礦活動誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的機(jī)制及地災(zāi)的發(fā)育特征，提出煤礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治治理的方向，為礦業(yè)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性發(fā)展提供依據(jù)。

松宜煤礦區(qū)；誘發(fā)機(jī)制；發(fā)育特征；采空區(qū)

1 礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀

松宜煤礦區(qū)地處鄂西山地的東部邊緣向江漢平原過渡地帶，為低山丘陵地貌區(qū)，地勢總體西高東低，南北高中部河谷地帶低。區(qū)內(nèi)地形陡峭，溝谷發(fā)育，相對高差約706.6m。礦區(qū)內(nèi)賦存豐富的煤炭、鐵礦、高嶺土等資源，僅煤炭資源已探明儲量就達(dá)8000萬噸以上，累計開采6000多萬噸。礦區(qū)內(nèi)煤炭開采歷史悠久，早在200多年前已有鄉(xiāng)民在此采煤，近年主要為松宜煤業(yè)有限公司及湖北宜都華煜礦業(yè)集團(tuán)有限公司下屬礦山在此采礦。長期的礦產(chǎn)資源生產(chǎn)在緩解湖北省煤炭供給不足的緊張局面的同時，也極大地破壞了區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境，礦區(qū)范圍內(nèi)發(fā)育了地面塌陷、崩塌（危巖體）、滑坡、地裂縫等眾多地質(zhì)災(zāi)害，直接威脅當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活安全。目前多數(shù)礦山開發(fā)進(jìn)入資源枯竭期，地質(zhì)災(zāi)害更加頻發(fā)。

2 地質(zhì)災(zāi)害的誘發(fā)機(jī)制及發(fā)育特征

根據(jù)礦區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害野外調(diào)查，分析采礦活動誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的機(jī)理及地災(zāi)的發(fā)育特征，其主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

2.1 地下水的水位急劇下降

礦區(qū)溝谷發(fā)育，河流主要有尖巖河、洛溪河和干溝河等，其中洛溪河為常年流水河，尖巖河、干溝河為季節(jié)性河流。本區(qū)地下水主要靠大氣降水入滲補(bǔ)給，其排泄形式：一是，以泉水排出地表；二是，通過溶洞裂隙、暗河排出；三是，進(jìn)入采空區(qū)及坑道后經(jīng)人工排泄匯入地表河流。煤炭所賦存的二疊系梁山組砂巖，厚度較小，為一隔水層，但礦層頂板充水主要為二疊系棲霞組及茅口組弱～中等無壓溶隙溶洞水為主，該含水層厚約200m，地表巖溶中等發(fā)育，底板石炭系黃龍組為中等富水的碳酸鹽巖巖組，該含水層厚約100m，巖溶發(fā)育，水量較豐富。由于坑道鉆進(jìn)過程中，經(jīng)常越過砂巖，進(jìn)入含水層，致使含水層與坑道、煤層溝通，大量的地下水涌入煤礦坑道及采空區(qū)中。在2000年后，煤礦區(qū)內(nèi)的石家灣井田、猴子洞井田均出現(xiàn)過淹井事故。為了能延續(xù)采礦活動，煤礦礦山采用機(jī)械排水的方式，將坑道中的地下水排出至地表，井下抽水逐漸成為了本區(qū)地下水最主要的排泄方式。由于本區(qū)地下水的主要來源為大氣降雨，其次為干溝河、洛溪河等地表水的補(bǔ)給，因此，夏季地下水豐富，到了旱季，地下水水位急劇下降，礦井涌水量也受到明顯減少。煤礦排水的過程，實(shí)則就是通過抽取地下水使其水位下降的過程，該變化在枯水季節(jié)表現(xiàn)尤為明顯。常年的排泄地下水，已經(jīng)使得整個礦區(qū)范圍出現(xiàn)了地下水水位大幅度下降，泉水?dāng)嗔鳎植康叵滤呀?jīng)被疏干。地下水水位下降，為礦區(qū)地表發(fā)生巖溶塌陷、地裂縫、地面沉降等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育提供了便利的條件。

2.2 采空區(qū)塌陷頻現(xiàn)

松宜煤礦區(qū)經(jīng)過多年的采煤活動，目前資源消耗已經(jīng)達(dá)到75%，采空區(qū)面積超過了礦區(qū)范圍的50%。長期無序開采形成大面積采空區(qū)，導(dǎo)致巖體應(yīng)力重分布和應(yīng)力集中，從而自下而上形成采空冒落帶、導(dǎo)水裂隙帶、地表位移帶，由于區(qū)內(nèi)緩傾的二疊系棲霞組、茅口組地層累計平均厚度238.73m，垂向上正好處于采空冒落帶及導(dǎo)水裂隙帶內(nèi)，在采空冒落、巖體自重等因素綜合作用下，在煤層相對淺埋區(qū)（150-250m）易發(fā)生采空塌陷，目前明顯的采空塌陷已達(dá)到240處。采空塌陷主要分布在松木坪鎮(zhèn)、劉家場鎮(zhèn)境內(nèi)、王家畈鄉(xiāng)境內(nèi)。采空塌陷坑口多呈圓形、橢圓形和不規(guī)則形，單體直徑多在1-10m之間，最大直徑達(dá)80m，小者僅0.5m。規(guī)模最大面積1800m2，長60m，寬30m；最小僅有0.1m2。剖面以筒狀、漏斗狀居多，可見深一般2～10m，少數(shù)深不見底或?yàn)楹笃谕潦诼?。各地面塌陷單體規(guī)模不大，屬小型地面塌陷。多個塌陷區(qū)單體密集分布，形成了多個塌陷坑群，范圍較大，常伴隨有地裂縫發(fā)育。隨著采礦活動的持續(xù)進(jìn)行，采空區(qū)范圍的增大，近期來，區(qū)內(nèi)地面塌陷發(fā)育具有變形漸趨加劇的特點(diǎn)，多數(shù)地面塌陷坑規(guī)模較先期略有增大。礦區(qū)內(nèi)多個村莊頻現(xiàn)的塌陷坑，不僅毀壞了農(nóng)田、林地，還造成了成片區(qū)的房屋垮塌，嚴(yán)重威脅到當(dāng)?shù)卮迕竦纳妗?/p>

2.3 滑坡、崩塌活動頻繁

由于礦區(qū)屬于低山丘陵區(qū)，山高坡陡，溝谷縱橫，斷裂發(fā)育，地質(zhì)條件較復(fù)雜，早期人類活動頻繁，開挖公路、修建鐵路、建設(shè)礦區(qū)、采礦活動等。特殊的地形地質(zhì)條件及人類活動，形成陡坡或陡坎，構(gòu)成潛在滑移臨空面，加之僅修筑有簡易干砌塊石擋土墻，未采取及時有效的支擋、排水等防護(hù)措施，在長期內(nèi)外地質(zhì)營力作用下，出現(xiàn)小規(guī)模塌滑變形，局部崩塌現(xiàn)象。松宜煤礦區(qū)共發(fā)現(xiàn)滑坡40處，其中，大型滑坡有8處，中型滑坡有15處，小型滑坡有17處，滑坡總面積174.5×104m2，總體積2360.24×104m3?；麓蠖喟l(fā)育在松木坪鎮(zhèn)松木坪村、劉家場鎮(zhèn)三望坡村和卸甲坪鄉(xiāng)卸甲坪村，其它鄉(xiāng)村零星分布；崩塌發(fā)育有29處，其中小型13、中型14、大型2處，總面積13.888×104m2，總體積為80.07×104m3。2005年后，隨著煤炭資源價格的一路走高，煤礦資源開采的速度加快，由于無序開采活動，缺乏地質(zhì)環(huán)境保護(hù)措施，導(dǎo)致了地下水水位下降及大量的采空區(qū)塌陷，從而對巖土體完整性和穩(wěn)定性造成了重大的影響。而采礦過程中爆破震動效應(yīng)產(chǎn)生水平動加速度，增加下滑水平推力；采空冒落或采空巖溶塌陷形成地面拉裂變形，加速地表水、地下水下滲，增加滑體自重，降低滑帶土物理力學(xué)性質(zhì)，斜坡容易發(fā)現(xiàn)形變。目前，較多的滑坡體、崩塌體后緣發(fā)現(xiàn)多條水平裂縫、地面出現(xiàn)下陷及位移，地下水運(yùn)移通道發(fā)生改變，部分部滑坡體、崩塌體前緣出現(xiàn)變形。礦區(qū)一旦出現(xiàn)極端降雨天氣，斜坡受到強(qiáng)烈沖刷及雨水入滲，應(yīng)力發(fā)生改變，引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。

2.4 泥石流威脅嚴(yán)重

松宜煤礦區(qū)各礦山在采礦活動中形成的廢渣，大都未運(yùn)出礦區(qū)，除了少數(shù)用于采空區(qū)回填，以及工業(yè)場地建設(shè)之外，其余廢渣一般堆放在井口附近。多年的采礦活動，各煤礦井口附近均累計了大量的廢渣。根據(jù)統(tǒng)計，煤礦區(qū)內(nèi)棄渣堆積體（矸石山）66處，總面積 48.00× 104m2，總體積707.95×104m2。棄渣堆積體以中小型為主，其中大型1處、中型13處、小型52處，穩(wěn)定性差、較差的有60處。其中，猴子洞煤礦（閉坑）棄渣堆積體、新民煤礦（閉坑）棄渣堆積體、尖巖河棄渣堆積體規(guī)模較大，危險性高。曾在1995年，鴿子潭煤礦就發(fā)生過廢渣垮塌事故，猴子洞尾礦庫發(fā)生泥石流，致使公路、民房毀壞。由于礦區(qū)特殊的地形條件，各礦山井口一般都緊靠溝谷，地形坡度一般在10～30°范圍，在無外力加載的情況下，廢渣堆一般處于自然穩(wěn)定狀態(tài)。隨著采礦活動的持續(xù)進(jìn)行，廢渣堆積量不斷增加，而僅有極少數(shù)礦山在廢渣堆前緣修建了簡易支擋防護(hù)工程，多數(shù)未采取有效的防護(hù)措施，廢渣在自重力作用下，沿斜坡蠕動變形，原來的穩(wěn)定狀態(tài)遭到破壞，時有塌滑變形發(fā)生，廢渣堆無序的堆放為泥石流提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。由于山區(qū)地形較陡，河谷河谷坡降較大，匯流面積大，強(qiáng)烈大氣降雨產(chǎn)生的匯流為泥石流的發(fā)生提供了有利的地形條件和水動力條件。根據(jù)歷史流量數(shù)據(jù)，區(qū)內(nèi)最大暴雨量曾達(dá)245.9mm/h，極端不利降水條件下發(fā)生泥石流的可能性非常大。

3 地質(zhì)災(zāi)害的防治治理方向

松宜煤礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，破壞農(nóng)田，損壞公路，毀壞房屋，已經(jīng)造成了礦區(qū)村民的人身財產(chǎn)的重大損失。近年來，隨著采礦活動的持續(xù)進(jìn)行，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生越來越頻繁，威脅越來越嚴(yán)重，松宜煤礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害問題已成為當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟(jì)的制約，受到社會的廣泛關(guān)注，對地質(zhì)災(zāi)害的防治治理，已成為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重大突破口。根據(jù)煤礦區(qū)采礦活動誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的機(jī)理及發(fā)育特征，規(guī)范采礦活動成為當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)災(zāi)害防治治理的主體方向。

（1）采空區(qū)塌陷是礦區(qū)內(nèi)最主要的地質(zhì)災(zāi)害，在長期采礦活動中，一般采用見礦即采的粗放型方式，未嚴(yán)格按照設(shè)計要求布置采礦工作面，留置安全礦柱，在采礦完畢后，未對采空區(qū)進(jìn)行回填。無序采礦活動，形成了大面積的采空區(qū)，在無任何支撐的情況下，采空區(qū)上部巖體在自重的作用下逐漸下沉，形成采空區(qū)塌陷。故預(yù)留保安礦柱、走向長壁式回采、分層開采、采空區(qū)回填等方式是有效防治治理采空區(qū)塌陷的合理措施。

（2）地下水水位下降是誘發(fā)多種地質(zhì)災(zāi)害的重要因素。礦區(qū)內(nèi)隔水砂巖厚度較小，坑道的鉆進(jìn)，容易掘穿隔水層引起坑道涌水，故在探采活動中，應(yīng)該摒棄邊探邊采的方式，根據(jù)水文地質(zhì)勘查的成果及采礦活動中地下水動態(tài)進(jìn)行坑道設(shè)計，保護(hù)砂巖隔水層的完整性。在開采過程中，一旦發(fā)現(xiàn)頂?shù)装宓嗡?、地下水入滲等，應(yīng)該即刻進(jìn)行防滲處理，并研究隔水層的變化及涌水的來源，為坑道的布局提供真實(shí)可靠的基礎(chǔ)資料。

（3）采空區(qū)塌陷改變了地表斜坡的應(yīng)力平衡，導(dǎo)致滑坡、崩塌等變形嚴(yán)重。由于外界應(yīng)力是引起滑坡體、崩塌體變形的主要原因，同樣，應(yīng)力再次達(dá)到平衡也是防治治理滑坡、崩塌的重要措施。在采礦活動中，應(yīng)避開滑坡、崩塌區(qū)及資源埋藏較淺的區(qū)域，以及對采空區(qū)的回填等措施，均可減少采空區(qū)塌陷的范圍及深度。同時，地質(zhì)災(zāi)害體變形監(jiān)測也是重要的防治措施，對地表及地下采取群測群防的手段，時刻關(guān)注地質(zhì)災(zāi)害的變形發(fā)展。

（4）廢渣不規(guī)則堆放，是泥石流的重要物質(zhì)來源，合理處理利用廢渣，可減少泥石流的威脅。在礦山采礦活動中，應(yīng)盡量利用廢渣進(jìn)行工程建設(shè)，對采空區(qū)進(jìn)行回填，富余的廢渣應(yīng)采用集中堆放，選擇地形條件較好的位置，在廢渣堆前緣修建擋渣墻，并合理布置截排水溝，減少坡面匯流對廢渣的沖刷，從物質(zhì)來源及動力條件兩方面減少泥石流的威脅。

4 結(jié)語

松宜煤礦區(qū)地處鄂西山地的東部邊緣向江漢平原過渡的低山丘陵區(qū)地貌區(qū)，溝谷切割較深，地形條件復(fù)雜；其特殊的地形地貌，地層巖性，地質(zhì)構(gòu)造，水文氣象等自然因素和人類經(jīng)濟(jì)工程活動等為地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育提供了便利的條件。近年來，采礦活動的持續(xù)進(jìn)行，對當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)環(huán)境造成了重大的影響，礦區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生，對當(dāng)?shù)卮迕竦娜松碡敭a(chǎn)構(gòu)成了重大威脅。分析采礦活動誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的機(jī)理及發(fā)育特征，對當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)環(huán)境的保護(hù)及地質(zhì)災(zāi)害防治治理有著重要的意義。在地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的松宜煤礦區(qū)，只有確實(shí)弄清采礦活動誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的機(jī)制，從根本上規(guī)范采礦活動，確保保護(hù)在前，防治治理在后，才能維護(hù)當(dāng)?shù)氐V業(yè)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

［責(zé)任編輯：李書培］