貴州山區煤礦采動引起地表斜坡變形破壞特征

李元武 王加雙 彭大江 李官博

摘 要：本文以貴州省都勻市某出煤洞坡為研究對象，分析了坡體變形特征，結果表明，坡體變形以裂縫為主，且裂縫的形成和發育與采煤活動密切相關。

關鍵詞：山區;斜坡;變形;采煤

1、引言

據統計，全球范圍內人類生活或開展工程的山區內，幾乎都發生過地質災害，如山體滑坡、泥石流、地裂縫等等，危害性僅次于地震。我國陸地存在大量山嶺，斜坡失穩的災害每年都有發生，且種類眾多、分布范圍廣，特別是西南山區，地質災害最為嚴重，也是世界上山區斜坡失穩較為嚴重的地區之一。

以往的災害事故表明，盡管發生地質災害的區域環境條件各異，但根本原因都是具備有利于災害發育的地形地貌，且70%以上大型災害事故的發生都與人類工程活動相關，如礦山開采、開挖隧道、修筑水庫等等，引發了大量的崩滑地質災害，也得到了人們廣泛的關注。其中，礦山井工開采活動導致的斜坡失穩又占據了比較大的比重，除導致地表和地下設施的損毀，還可能導致人員傷亡，造成大量的財產損失。

因此，加強對地下開采誘發的斜坡變形成條件、機制、失穩過程等研究，對于進行采礦誘發崩滑地質災害研究有著非常重要的意義，在我國現階段具有特別重要的意義且迫在眉睫。

2、工程概況

貴州省都勻市位于苗嶺山脈南側，研究區域內地勢整體呈現為西北部高、東南部低，地形起伏大，受斷層切割嚴重。且研究區域為典型的峰叢地貌，溶丘、洼地等分布其中，山頂、谷底高程最大相差542m，出露地層新至老為第四系、石炭系、泥盆系。

該區域內某煤礦煤洞坡整體呈橫向邊坡，三側臨空，屬溶蝕、侵蝕低中山地貌，為低中山溝谷地形，如圖1所示。有圖可以看出，煤洞坡呈V字形的山體平面，在東側和南側，斜坡下方坡度較緩、上方坡度陡，接近坡頂時坡度可達50～60°。該煤礦可采煤層大多位于斜坡上方比較陡的位置，開采難度較大，同時采動對地表影響也比較大。

區域內礦產資源為煤炭，含煤地層屬于海陸交互相，主要可采煤層有3層，即A4、A7、A9煤層，其中A7和A9煤層的開采比較正規，大多為規模企業開采，但A4煤層主要被小企業開挖，亂采現象比較嚴重。各地層分布情況如圖2所示。

區域內煤礦均為斜井開拓，井口位于斜坡上。井下采用單一走向長壁采煤法，開采方式為炮采，爆破落煤、垮落法處理采空區，工作面采用單體支柱與鉸接頂梁支柱，端頭采用木棚、木垛加強支護，開采方法比較落后。工作面斜長100～300m，采深較小。

3、斜坡變形破壞特征

由于長期以來不斷的重復采動影響，在各可采煤層中形成了大范圍的采空區，當斜坡上部傾斜煤層被回采完畢，煤層頂底板巖層均壓裂變形，最終發育到坡頂形成大量裂縫。從上世紀60年代以來，該區域內煤礦企業就開始進行A7和A9煤層的開采工作，且開采深度不大，平均采深僅200米左右。在上世紀70年代初期，接娘坪中部就開始出現了裂縫，進入80年代后，接娘坪前緣也開始出現變形裂縫。隨著煤炭行業盈利，當地百姓開始小規模的亂采亂挖，原有裂縫進一步發育，而且新的裂縫開始產生。據地質部門的地質調查發現，煤洞坡變形體可劃分為兩個比較大的變形體單元，即“接娘坪”和“立山坡”變形體單元，如圖3所示。

如圖所示，“接娘坪”變形體單元有4條比較寬的主裂縫，并發育出大量次級裂縫，整體變形劇烈。而“立山坡”變形體單元未形成寬的主裂縫，只有小型裂縫發育。總體而言，煤洞坡變形主要為裂縫，僅有個別崩塌發生。而坡體巖體多為石英砂巖，巖性較脆，發育了大量陡傾結構面，風化卸荷現象比較明顯。斜坡體主要可采煤層有3層，經過長期開采，采空區范圍越來越大，裂隙從采空區頂板發育至地表，在斜坡體頂部形成地表裂縫。在斜坡體兩個變形單元發育的這些裂縫具有以下特征：

（1）斜坡體表面原有大量陡傾結構面存在，而裂縫基本沿原有的結構面發育并展布，僅少數向臨空面方向展布。

（2）裂縫一般與坡緣有一定距離，一般為20～30m，距離最長可達60m。

（3）裂縫張開寬度一般為0.5～5m，但“接娘坪”變形單元發育有一條9.5m寬的大裂縫。

（4）裂縫大致分布在采空區上方或采空區邊界對應的地表區域，說明裂縫的發育與井下采煤的關系密切。

（5）在煤礦開采過程中，一直對煤洞坡產生重復采動影響，工程擾動直接導致采空區上覆巖層出現集中應力，兩側煤壁上方及以外區域的主應力出現差異，這種應力的調整和重分布會引起采空區上覆巖體張拉破壞、離層，甚至會發生冒落，進而沿采場結構面和開采裂隙發生剪切和滑移。

4、結語

斜坡體變形大多為裂縫，少有崩塌和滑坡，而裂縫基本沿已有的優勢結構面延伸發育。調查發現，裂縫的形成和發展與井下采煤關系密切，絕大部分裂縫分布在采空區上方地表區域。進一步研究發現，大裂縫的出現往往與私企開采的小煤洞有關，相關部門應加強對小煤洞的規范管理。

參考文獻：

[1] 李濱， 王國章， 馮振， 等. 地下采空誘發陡傾層狀巖質斜坡失穩機制研究[J]. 巖石力學與工程學報. 2015（06）.

[2] 鄭達， 黃潤秋， 黃剛. 地下開采作用下“反傾上硬下軟”型斜坡崩塌形成機制研究——以貴州開陽磷礦崩塌為例[J]. 工程地質學報， 2014（03）.

[3] 趙建軍， 肖建國， 向喜瓊， 等. 緩傾煤層采空區滑坡形成機制數值模擬研究[J]. 煤炭學報， 2014（03）.

[4] 林鋒， 孫赤， 馮亮. 近水平煤層開采誘發崩塌形成機理分析[J]. 中國地質災害與防治學報， 2013（03）.

作者簡介：

李元武（1998.03—），男，貴州遵義人，本科在讀，主要從事采礦工程方面的學習和研究工作

項目基金：國家級大學生創新創業訓練計劃項目（201910977005）

（六盤水師范學院礦業與土木工程學院? ?貴州? 六盤水? 553004）