松宜煤礦區采礦活動對地質災害的影響分析

李偉

（中南冶金地質研究所，湖北 宜昌443000）

松宜煤礦區采礦活動對地質災害的影響分析

李偉

（中南冶金地質研究所，湖北 宜昌443000）

松宜煤礦區賦存豐富的煤炭資源，多年的采礦活動極大的破壞了當地的地質環境，誘發了眾多的地質災害。根據地質災害野外調查的成果，分析采礦活動誘發地質災害的機制及地災的發育特征，提出煤礦區地質災害防治治理的方向，為礦業經濟的可持續性發展提供依據。

松宜煤礦區；誘發機制；發育特征；采空區

1 礦區地質環境現狀

松宜煤礦區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，地勢總體西高東低，南北高中部河谷地帶低。區內地形陡峭，溝谷發育，相對高差約706.6m。礦區內賦存豐富的煤炭、鐵礦、高嶺土等資源，僅煤炭資源已探明儲量就達8000萬噸以上，累計開采6000多萬噸。礦區內煤炭開采歷史悠久，早在200多年前已有鄉民在此采煤，近年主要為松宜煤業有限公司及湖北宜都華煜礦業集團有限公司下屬礦山在此采礦。長期的礦產資源生產在緩解湖北省煤炭供給不足的緊張局面的同時，也極大地破壞了區內地質環境，礦區范圍內發育了地面塌陷、崩塌（危巖體）、滑坡、地裂縫等眾多地質災害，直接威脅當地居民的生產生活安全。目前多數礦山開發進入資源枯竭期，地質災害更加頻發。

2 地質災害的誘發機制及發育特征

根據礦區的地質災害野外調查，分析采礦活動誘發地質災害的機理及地災的發育特征，其主要表現在以下幾個方面：

2.1 地下水的水位急劇下降

礦區溝谷發育，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、干溝河為季節性河流。本區地下水主要靠大氣降水入滲補給，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，進入采空區及坑道后經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，巖溶發育，水量較豐富。由于坑道鉆進過程中，經常越過砂巖，進入含水層，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中。在2000年后，煤礦區內的石家灣井田、猴子洞井田均出現過淹井事故。為了能延續采礦活動，煤礦礦山采用機械排水的方式，將坑道中的地下水排出至地表，井下抽水逐漸成為了本區地下水最主要的排泄方式。由于本區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，該變化在枯水季節表現尤為明顯。常年的排泄地下水，已經使得整個礦區范圍出現了地下水水位大幅度下降，泉水斷流，局部地下水已經被疏干。地下水水位下降，為礦區地表發生巖溶塌陷、地裂縫、地面沉降等地質災害發育提供了便利的條件。

2.2 采空區塌陷頻現

松宜煤礦區經過多年的采煤活動，目前資源消耗已經達到75%，采空區面積超過了礦區范圍的50%。長期無序開采形成大面積采空區，導致巖體應力重分布和應力集中，從而自下而上形成采空冒落帶、導水裂隙帶、地表位移帶，由于區內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水裂隙帶內，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（150-250m）易發生采空塌陷，目前明顯的采空塌陷已達到240處。采空塌陷主要分布在松木坪鎮、劉家場鎮境內、王家畈鄉境內。采空塌陷坑口多呈圓形、橢圓形和不規則形，單體直徑多在1-10m之間，最大直徑達80m，小者僅0.5m。規模最大面積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，少數深不見底或為后期土石掩埋。各地面塌陷單體規模不大，屬小型地面塌陷。多個塌陷區單體密集分布，形成了多個塌陷坑群，范圍較大，常伴隨有地裂縫發育。隨著采礦活動的持續進行，采空區范圍的增大，近期來，區內地面塌陷發育具有變形漸趨加劇的特點，多數地面塌陷坑規模較先期略有增大。礦區內多個村莊頻現的塌陷坑，不僅毀壞了農田、林地，還造成了成片區的房屋垮塌，嚴重威脅到當地村民的生存。

2.3 滑坡、崩塌活動頻繁

由于礦區屬于低山丘陵區，山高坡陡，溝谷縱橫，斷裂發育，地質條件較復雜，早期人類活動頻繁，開挖公路、修建鐵路、建設礦區、采礦活動等。特殊的地形地質條件及人類活動，形成陡坡或陡坎，構成潛在滑移臨空面，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、排水等防護措施，在長期內外地質營力作用下，出現小規模塌滑變形，局部崩塌現象。松宜煤礦區共發現滑坡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育在松木坪鎮松木坪村、劉家場鎮三望坡村和卸甲坪鄉卸甲坪村，其它鄉村零星分布；崩塌發育有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，缺乏地質環境保護措施，導致了地下水水位下降及大量的采空區塌陷，從而對巖土體完整性和穩定性造成了重大的影響。而采礦過程中爆破震動效應產生水平動加速度，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性質，斜坡容易發現形變。目前，較多的滑坡體、崩塌體后緣發現多條水平裂縫、地面出現下陷及位移，地下水運移通道發生改變，部分部滑坡體、崩塌體前緣出現變形。礦區一旦出現極端降雨天氣，斜坡受到強烈沖刷及雨水入滲，應力發生改變，引發地質災害。

2.4 泥石流威脅嚴重

松宜煤礦區各礦山在采礦活動中形成的廢渣，大都未運出礦區，除了少數用于采空區回填，以及工業場地建設之外，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。根據統計，煤礦區內棄渣堆積體（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模較大，危險性高。曾在1995年，鴿子潭煤礦就發生過廢渣垮塌事故，猴子洞尾礦庫發生泥石流，致使公路、民房毀壞。由于礦區特殊的地形條件，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定狀態。隨著采礦活動的持續進行，廢渣堆積量不斷增加，而僅有極少數礦山在廢渣堆前緣修建了簡易支擋防護工程，多數未采取有效的防護措施，廢渣在自重力作用下，沿斜坡蠕動變形，原來的穩定狀態遭到破壞，時有塌滑變形發生，廢渣堆無序的堆放為泥石流提供了物質基礎。由于山區地形較陡，河谷河谷坡降較大，匯流面積大，強烈大氣降雨產生的匯流為泥石流的發生提供了有利的地形條件和水動力條件。根據歷史流量數據，區內最大暴雨量曾達245.9mm/h，極端不利降水條件下發生泥石流的可能性非常大。

3 地質災害的防治治理方向

松宜煤礦區地質災害頻發，破壞農田，損壞公路，毀壞房屋，已經造成了礦區村民的人身財產的重大損失。近年來，隨著采礦活動的持續進行，地質災害發生越來越頻繁，威脅越來越嚴重，松宜煤礦區地質災害問題已成為當地社會經濟的制約，受到社會的廣泛關注，對地質災害的防治治理，已成為當地經濟可持續發展的重大突破口。根據煤礦區采礦活動誘發地質災害的機理及發育特征，規范采礦活動成為當地地質災害防治治理的主體方向。

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

（2）地下水水位下降是誘發多種地質災害的重要因素。礦區內隔水砂巖厚度較小，坑道的鉆進，容易掘穿隔水層引起坑道涌水，故在探采活動中，應該摒棄邊探邊采的方式，根據水文地質勘查的成果及采礦活動中地下水動態進行坑道設計，保護砂巖隔水層的完整性。在開采過程中，一旦發現頂底板滴水、地下水入滲等，應該即刻進行防滲處理，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可靠的基礎資料。

（3）采空區塌陷改變了地表斜坡的應力平衡，導致滑坡、崩塌等變形嚴重。由于外界應力是引起滑坡體、崩塌體變形的主要原因，同樣，應力再次達到平衡也是防治治理滑坡、崩塌的重要措施。在采礦活動中，應避開滑坡、崩塌區及資源埋藏較淺的區域，以及對采空區的回填等措施，均可減少采空區塌陷的范圍及深度。同時，地質災害體變形監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，時刻關注地質災害的變形發展。

（4）廢渣不規則堆放，是泥石流的重要物質來源，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，應盡量利用廢渣進行工程建設，對采空區進行回填，富余的廢渣應采用集中堆放，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，從物質來源及動力條件兩方面減少泥石流的威脅。

4 結語

松宜煤礦區地處鄂西山地的東部邊緣向江漢平原過渡的低山丘陵區地貌區，溝谷切割較深，地形條件復雜；其特殊的地形地貌，地層巖性，地質構造，水文氣象等自然因素和人類經濟工程活動等為地質災害的發育提供了便利的條件。近年來，采礦活動的持續進行，對當地的地質環境造成了重大的影響，礦區內地質災害頻繁發生，對當地村民的人身財產構成了重大威脅。分析采礦活動誘發地質災害的機理及發育特征，對當地地質環境的保護及地質災害防治治理有著重要的意義。在地質災害頻發的松宜煤礦區，只有確實弄清采礦活動誘發地質災害的機制，從根本上規范采礦活動，確保保護在前，防治治理在后，才能維護當地礦業經濟的可持續發展。

［責任編輯：李書培］