貴州山區(qū)煤礦采動(dòng)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(duì)象，分析了坡體變形特征，結(jié)果表明，坡體變形以裂縫為主，且裂縫的形成和發(fā)育與采煤活動(dòng)密切相關(guān)。

關(guān)鍵詞：山區(qū);斜坡;變形;采煤

1、引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球范圍內(nèi)人類(lèi)生活或開(kāi)展工程的山區(qū)內(nèi)，幾乎都發(fā)生過(guò)地質(zhì)災(zāi)害，如山體滑坡、泥石流、地裂縫等等，危害性?xún)H次于地震。我國(guó)陸地存在大量山嶺，斜坡失穩(wěn)的災(zāi)害每年都有發(fā)生，且種類(lèi)眾多、分布范圍廣，特別是西南山區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害最為嚴(yán)重，也是世界上山區(qū)斜坡失穩(wěn)較為嚴(yán)重的地區(qū)之一。

以往的災(zāi)害事故表明，盡管發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域環(huán)境條件各異，但根本原因都是具備有利于災(zāi)害發(fā)育的地形地貌，且70%以上大型災(zāi)害事故的發(fā)生都與人類(lèi)工程活動(dòng)相關(guān)，如礦山開(kāi)采、開(kāi)挖隧道、修筑水庫(kù)等等，引發(fā)了大量的崩滑地質(zhì)災(zāi)害，也得到了人們廣泛的關(guān)注。其中，礦山井工開(kāi)采活動(dòng)導(dǎo)致的斜坡失穩(wěn)又占據(jù)了比較大的比重，除導(dǎo)致地表和地下設(shè)施的損毀，還可能導(dǎo)致人員傷亡，造成大量的財(cái)產(chǎn)損失。

因此，加強(qiáng)對(duì)地下開(kāi)采誘發(fā)的斜坡變形成條件、機(jī)制、失穩(wěn)過(guò)程等研究，對(duì)于進(jìn)行采礦誘發(fā)崩滑地質(zhì)災(zāi)害研究有著非常重要的意義，在我國(guó)現(xiàn)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(cè)，研究區(qū)域內(nèi)地勢(shì)整體呈現(xiàn)為西北部高、東南部低，地形起伏大，受斷層切割嚴(yán)重。且研究區(qū)域?yàn)榈湫偷姆鍏驳孛?，溶丘、洼地等分布其中，山頂、谷底高程最大相?42m，出露地層新至老為第四系、石炭系、泥盆系。

該區(qū)域內(nèi)某煤礦煤洞坡整體呈橫向邊坡，三側(cè)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(cè)和南側(cè)，斜坡下方坡度較緩、上方坡度陡，接近坡頂時(shí)坡度可達(dá)50～60°。該煤礦可采煤層大多位于斜坡上方比較陡的位置，開(kāi)采難度較大，同時(shí)采動(dòng)對(duì)地表影響也比較大。

區(qū)域內(nèi)礦產(chǎn)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(kāi)采比較正規(guī)，大多為規(guī)模企業(yè)開(kāi)采，但A4煤層主要被小企業(yè)開(kāi)挖，亂采現(xiàn)象比較嚴(yán)重。各地層分布情況如圖2所示。

區(qū)域內(nèi)煤礦均為斜井開(kāi)拓，井口位于斜坡上。井下采用單一走向長(zhǎng)壁采煤法，開(kāi)采方式為炮采，爆破落煤、垮落法處理采空區(qū)，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(qiáng)支護(hù)，開(kāi)采方法比較落后。工作面斜長(zhǎng)100～300m，采深較小。

3、斜坡變形破壞特征

由于長(zhǎng)期以來(lái)不斷的重復(fù)采動(dòng)影響，在各可采煤層中形成了大范圍的采空區(qū)，當(dāng)斜坡上部?jī)A斜煤層被回采完畢，煤層頂?shù)装鍘r層均壓裂變形，最終發(fā)育到坡頂形成大量裂縫。從上世紀(jì)60年代以來(lái)，該區(qū)域內(nèi)煤礦企業(yè)就開(kāi)始進(jìn)行A7和A9煤層的開(kāi)采工作，且開(kāi)采深度不大，平均采深僅200米左右。在上世紀(jì)70年代初期，接娘坪中部就開(kāi)始出現(xiàn)了裂縫，進(jìn)入80年代后，接娘坪前緣也開(kāi)始出現(xiàn)變形裂縫。隨著煤炭行業(yè)盈利，當(dāng)?shù)匕傩臻_(kāi)始小規(guī)模的亂采亂挖，原有裂縫進(jìn)一步發(fā)育，而且新的裂縫開(kāi)始產(chǎn)生。據(jù)地質(zhì)部門(mén)的地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，煤洞坡變形體可劃分為兩個(gè)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(fā)育出大量次級(jí)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(fā)育?？傮w而言，煤洞坡變形主要為裂縫，僅有個(gè)別崩塌發(fā)生。而坡體巖體多為石英砂巖，巖性較脆，發(fā)育了大量陡傾結(jié)構(gòu)面，風(fēng)化卸荷現(xiàn)象比較明顯。斜坡體主要可采煤層有3層，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期開(kāi)采，采空區(qū)范圍越來(lái)越大，裂隙從采空區(qū)頂板發(fā)育至地表，在斜坡體頂部形成地表裂縫。在斜坡體兩個(gè)變形單元發(fā)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(jié)構(gòu)面存在，而裂縫基本沿原有的結(jié)構(gòu)面發(fā)育并展布，僅少數(shù)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(zhǎng)可達(dá)60m。

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

（4）裂縫大致分布在采空區(qū)上方或采空區(qū)邊界對(duì)應(yīng)的地表區(qū)域，說(shuō)明裂縫的發(fā)育與井下采煤的關(guān)系密切。

（5）在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，一直對(duì)煤洞坡產(chǎn)生重復(fù)采動(dòng)影響，工程擾動(dòng)直接導(dǎo)致采空區(qū)上覆巖層出現(xiàn)集中應(yīng)力，兩側(cè)煤壁上方及以外區(qū)域的主應(yīng)力出現(xiàn)差異，這種應(yīng)力的調(diào)整和重分布會(huì)引起采空區(qū)上覆巖體張拉破壞、離層，甚至?xí)l(fā)生冒落，進(jìn)而沿采場(chǎng)結(jié)構(gòu)面和開(kāi)采裂隙發(fā)生剪切和滑移。

4、結(jié)語(yǔ)

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(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面延伸發(fā)育。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，裂縫的形成和發(fā)展與井下采煤關(guān)系密切，絕大部分裂縫分布在采空區(qū)上方地表區(qū)域。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，大裂縫的出現(xiàn)往往與私企開(kāi)采的小煤洞有關(guān)，相關(guān)部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)小煤洞的規(guī)范管理。

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作者簡(jiǎn)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(xué)習(xí)和研究工作

項(xiàng)目基金：國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201910977005）

（六盤(pán)水師范學(xué)院礦業(yè)與土木工程學(xué)院? ?貴州? 六盤(pán)水? 553004）