孝義市地面塌陷特征淺析

李 嘉 珍

(山西省地質勘查局二一三地質隊,山西 臨汾 041000)

0 引言

孝義市位于山西省中部，太原盆地西南端，屬呂梁地區管轄。其東鄰介休市，南接靈石縣，西連交口、中陽縣，北靠汾陽市。地理坐標為東經111°17′59″～111°57′02″，北緯36°56′58″～37°15′01″，全市總面積為948.6 km2。孝義市的經濟較為發達，礦產資源以煤最為豐富，其次是鋁土礦、鐵礦等。1999年—2005年間，全市煤礦數量一度達到256座。然而，采礦活動極大地破壞了自然環境，從而引發了地面塌陷等自然災害，威脅人類生命財產的同時，又反過來威脅和破壞工業的發展。因此，研究其形成機理及影響因素是十分必要的。

1 礦山開采基本情況

孝義市礦業發達，其礦業開發主要以煤炭開采為主，其次是鋁礦開采，鐵礦開采較少。區內煤田集中分布在中部地區，含煤地層主要為石炭系上統，含煤地層總厚度173.4 m，共含煤10層，煤層編號自上而下為1號～11號，其中穩定可采煤層6層(2號，3號，5號，9號，10號，11號)，較穩定局部可采煤層兩層(1號，4號)，不穩定不可采煤層兩層(7號，8號)。煤層總厚13.19 m，可采煤層總厚9.6 m，開采深度多在30 m～120 m，深厚比多在10～30，東部較深約300 m～400 m。煤層分布面積占全市的40%。境內有國營煤礦3座，地營煤礦1座，批準采礦面積217.148 1 km2，開采量311.1萬t/年，已有采空區面積33.24 km2。區內鋁礦、鐵礦主要分布于工作區西部的陽泉曲鎮、南陽鄉及杜村鄉一帶。在陽泉曲鎮有國營大型鋁礦區兩座，為山西鋁廠孝義鋁礦西河底礦區及克俄礦區，礦區面積6.87 km2，開采方式剝離式露天開采，設計開采能力215.0萬t/年，現實際生產能力為35萬t/年，現有采空區面積0.37 km2，已治理0.61 km2。在南陽鄉、杜村鄉一帶，鋁礦開采曾以窯洞式私人開采為主，礦洞約1 000處以上，地面破壞較為嚴重。

2 成災特征

通過實地調查，發現孝義市基本上有采礦的地方就有地面塌陷、裂縫發生，其規模受采礦的強度、范圍等因素的影響各不相同。在高陽、柳灣等幾個礦區，由于大面積的開采，形成了大面積的地面塌陷和地裂縫，破壞程度非常嚴重；在其他地方小煤礦開采區，主要以地裂縫為主，地面塌陷相對較少，且規模相對較小，破壞程度也相對較輕；在陽泉曲鎮國營鋁礦開采區，以剝離開采為主，其邊開采邊治理，形成的災害相對較少；在南陽鄉、杜村鄉一帶，由于長期亂采濫挖，造成的地面塌陷、地裂縫相對較多，但規模小，造成的危害也一般。

地面塌陷、地裂縫是相互聯系、密不可分的，有塌陷的地方必有裂縫，有裂縫的地方在一定條件下也會形成塌陷。影響采空塌陷、地裂縫的因素主要有覆巖和表土層的物理力學性質、水文地質條件、地質構造、煤層開采條件(包括開采的深度和厚度等)、采區面積、頂板管理方式、開采次數、采煤方法等，其中主要是煤層開采條件。當其他條件相同時，深厚比越小，地表變形越嚴重。如區內位于上吐京—柱濮斷裂帶以西地區，深厚比一般多在10～30，地面塌陷、地裂縫一般均比較發育；在斷裂帶以東地區以及驛馬鄉等地，深厚比多大于100，地面塌陷、裂縫一般不發育。

3 防治措施

1)采取措施減少地表水的下滲。由于水的作用可使巖土體的力學性質發生變化從而降低巖土體的強度。因此，防止地表水的下滲非常重要，特別是降雨季節應時刻提高警惕，加強防范意識。

2)合理采礦，預留保護煤柱。采礦單位應向地方規劃部門提供采空區位置及有關資料，以便于工程建設單位根據采空區位置進行勘察設計工作。采煤時建筑物下預留保護柱，按等級確定保護帶寬度。

3)加強采空區的地質工程勘察工作，對勘察工作確定的重點塌陷危險區，應堅決采取搬遷措施。

4 結語

采礦活動形成的地面地質災害，已經對當地人民的生命財產造成巨大的經濟損失，但地質災害一旦形成，其影響不會在短期內自發的消失。因此，工程建設活動應盡可能繞避最危險的地方，如若工程無法避開采空或塌陷區，則需根據實際情況采取壓力灌漿等工程措施，以加強建筑物的剛度和整體性。