靖遠礦區地面塌陷地裂縫特征與治理研究論文

時間：2023-05-01 08:28:21 論文范文我要投稿

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　　論文關鍵詞:地面塌陷地裂縫穩定性分析災害治理

靖遠礦區地面塌陷地裂縫特征與治理研究論文

　　論文摘要:在研究靖遠礦區地質環境的基礎上,較為詳細地敘述了地面塌陷、地裂縫地質災害發育特征,對地面塌陷進行了分區穩定性分析評價和地裂縫穩定性分析,針對不同災害類型、區段,提出了回填、夯填、耕地恢復等治理建議。

　　1 基本概況

　　20世紀80年代中期至20世紀末靖遠礦區有多達上百家地方煤礦與私營小煤窯進行煤炭開采經營,不僅造成礦區煤炭資源嚴重浪費,而且導致礦區地質災害進一步加劇。小煤窯基本在礦區煤田的淺部開采,其無序的亂挖濫采不僅嚴重破壞了煤炭資源的分布,而且給煤炭開采埋下了嚴重的安全隱患,加劇了礦區地面塌陷、地裂縫等地質災害的危害程度。

　　2 礦區地面塌陷現狀

　　2.1 地面塌陷

　　悠久的開采歷史和大量的煤炭開采在靖遠礦區形成了大范圍的地下采空區,導致礦區地面塌陷變形強烈、變形范圍大。1)變形特征:地面塌陷變形特征包括地表最大下沉量、最大水平移動、最大傾斜變形、最大水平變形和最大曲率變形量等。根據現場調查結果,經計算分析,靖遠煤礦地表最大下塌、最大水平移動、最大傾斜變形、最大水平變形和最大曲率變形量見表1,靖遠礦區的地面塌陷面積見表2

　　2)塌陷程度分析:紅會礦區地面塌陷面積11.39 km2,地表最大下沉值11.7 m,最大水平移動3.7 m,最大傾斜309 mm/m,最大水平變形+83.66 mm/m,-120.13 mm/m,最大曲率變形為+11.11×10-3/m,-3.09×10-3/m。王家山礦區地面塌陷面積4.37 km2,地表最大下沉值11.5 m,最大水平移動值5.2 m,最大傾斜值157 mm/m,最大水平變形值+81.88 mm/m,-92.79 mm/m,最大曲率變形為+4.24×10-3/m,-4.2×10-3/m。

　　2.2 地裂縫

　　煤礦開采形成的地裂縫往往與地面塌陷地質災害相伴而生,地裂縫發育特征受地質條件、地下采空區特征等因素控制。1)根據礦區地裂縫地表延伸長度特征及危害性將礦區地裂縫分成三級規模。礦區的Ⅱ級地裂縫最發育,其次為Ⅲ級地裂縫,Ⅰ級地裂縫最不發育,但其危害性最大,Ⅰ級地裂縫不僅會使受危害的建筑物報廢,并且易使礦井產生透水事故。礦區的Ⅱ級地裂縫不僅對建筑物危害較大,而且可能發生地表水滲漏現象。因此礦區的Ⅱ級地裂縫和Ⅰ級地裂縫是地質災害研究的重點。

　　2)一般地面塌陷范圍與地裂縫級別相輔相成,地面塌陷區范圍大,則地裂縫規模隨之增大,反之亦然,礦區地裂縫分布主要具有以下特征:

　　a.塌陷區周邊附近的地裂縫發育數量較少,塌陷區中部附近地裂縫發育數量多;

　　b.Ⅰ級地裂縫在靠近地面塌陷區中部附近的部位比較發育;Ⅱ級地裂縫在塌陷區中部分布較多;Ⅲ級地裂縫在塌陷區邊緣多,在Ⅰ級和Ⅱ級地裂縫尖滅處常伴生有Ⅲ級的弧形裂縫;

　　c.第四紀覆蓋層厚度大的寬闊河灘、山間盆地等部位地裂縫發育;第四紀覆蓋層厚度小(<1 m)或基巖出露的山脊、陡坡和溝谷部位地裂縫少;

　　d.由于小煤窯開采深度較小、沒有留足夠的安全煤柱,因此,小煤窯采空區的地裂縫比大煤礦開采區的地裂縫發育數量多;e.地面塌陷穩定區的地裂縫分布數量比塌陷非穩定區的地裂縫分布數量明顯少,其主要原因是地面塌陷穩定區一般不再有新的地裂縫產生,而且塌陷穩定區以前早期形成的地裂縫已基本被填埋或階坎已被夷平;.眾多小煤窯集中開采區的各個小煤窯相互影響導致地裂縫分布多、密度大、規模大、危害性大。

　　3)不同級別的地裂縫延伸特征有差異,大多情況下Ⅰ級地裂縫沿開采范圍邊界附近呈中部直、兩端弧形延伸,Ⅱ級和Ⅲ級地裂縫呈近似直線狀延伸。

　　3 地面塌陷穩定性分析

　　3.1 地面塌陷

　　根據原煤炭工業局頒布的《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》有關規定,參照靖遠礦區地表移動觀測資料,綜合分析研究,礦區地面塌陷區地表移動延續時間與開采深度之間具有如下關系:

　　1)開采深度小于100 m時,地表移動延續總時間為1年;2)開采深度為100 m~200 m時,地表移動延續總時間為1.5年;3)開采深度為200 m~300 m時,地表移動延續總時間為2年;4)開采深度為300 m~400 m時,地表移動延續總時間為2.5年;5)開采深度為400 m~500 m時,地表移動延續總時間為3年。從上述結果來看,開采深度越大,地面移動延續時間越長。綜合考慮各影響因素,通過分析研究,礦區地表塌陷穩定性特征如下:

　　紅會煤礦:紅會一礦二號井為塌陷穩定區;一號井+1 560 m高程以上為塌陷穩定區;五、六采區現已經開采的4個工作面為塌陷非穩定區;紅會三礦井田屬塌陷穩定區;紅會一礦八采區為塌陷非穩定區;紅會四礦井田北翼煤層+1 580 m等高線以上為塌陷穩定區,該高程以下生產水平為塌陷非穩定區。王家山煤礦:王家山礦一、二號井+1 650 m等高線以上為塌陷穩定區;四、五號井+1 600 m等高線以上為塌陷穩定區;+1 600 m等高線以下為塌陷非穩定區。

　　通過分析,各礦區的塌陷穩定區與非穩定區的評價結果如表3所示。

　　3.2 地裂縫

　　地裂縫穩定性受多種因素影響,除受塌陷區穩定性影響外,還受到地質條件、地表水和人類活動等因素影響。靖遠礦區地裂縫穩定性具有如下特征:

　　1)地面塌陷穩定區現有地裂縫多數基本上處于穩定狀態,該區不易產生新的地裂縫;塌陷非穩定區不僅已有地裂縫繼續發展擴大,而且容易產生新的地裂縫;

　　2)松散物覆蓋層厚度大的部位,特別是黃土厚度大的部位,不僅已有地裂縫穩定性差,而且易形成新的地裂縫。松散物覆蓋層的工程特性差,遭受外力容易破壞,已有的地裂縫易形成垮塌變形。

　　4 礦區地面塌陷治理建議

　　1)地裂縫夯填:對于紅會沙河的地裂縫采用以下措施:a.排導溝范圍內的地裂縫首先回填夯實,然后在排導溝溝底鋪設30 cm的漿砌片石;b.對土地整治范圍的地裂縫進行回填夯實,對Ⅰ級和Ⅱ級地裂縫分層回填夯實。

　　2)塌陷坑回填:對沙河河道附近堆積的煤矸石與小煤窯形成的塌陷坑,采用煤矸石回填塌陷坑、整治河道和整治土地。3)恢復耕地:根據地面塌陷、地裂縫造成的土地破壞現狀,修筑高1 m~1.5 m的田坎,梯田坎用塊石壘砌,并用細料充實。梯田寬度50 m~200 m,表部覆0.3 m~0.5 m厚的黃土。

　　參考文獻:

　　[1] 張倬元,王士天,王蘭生.工程地質分析原理[M].北京:中國建筑工業出版社,1994.

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