劉永貴，李廣杰，馬曉艷，于成龍，王長江

（1.吉林大學建設(shè)工程學院，吉林長春 130000；2.中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊，吉林長春 130033）

0 前言

2008年10月份，吉林省靖宇縣三道湖鎮(zhèn)馬當村出現(xiàn)了四條延伸近幾十米的地裂縫，造成了耕地的破壞，部分居民房屋開裂，給當?shù)厝嗣竦恼Ｉa(chǎn)生活造成了較大的影響。當?shù)卣畬Υ朔浅Ｖ匾?，委托地質(zhì)災害勘查單位進行了調(diào)查評價工作。

地裂縫是在內(nèi)外力作用下巖石和土層發(fā)生變形，當力的作用與積累超過巖土層內(nèi)部的結(jié)合力時，巖土層發(fā)生破裂，其連續(xù)性遭到破壞，形成裂隙［1］。經(jīng)野外現(xiàn)場調(diào)查和室內(nèi)分析，馬當村地裂縫是由于吉林省杉松崗礦業(yè)集團龍馬煤礦的地下開采的采空區(qū)引起地面沉降從而導致地表的巖土體開裂而形成地裂縫。

1 評價區(qū)地質(zhì)環(huán)境概況

1.1 自然地理

評價區(qū)屬亞寒帶大陸性氣候，四季分明，春季溫度變化大，多偏西風，夏季較短，濕度大，冬季長而寒冷。全年平均氣溫2.4℃，最高氣溫33.5℃，最低氣溫-42.2℃；全年平均降水量767.3mm，最大降水量1191.5mm，以7、8月份降水量集中，最大月降水量為135.7 mm。該區(qū)每年一般在10月下旬降雪，其中11、12月份為最大降雪期，而11月初開始封凍，翌年4月中旬開始解凍。最大凍土深度1.8m，無霜期116d。

評價區(qū)內(nèi)地形為玄武巖熔巖臺地，海拔標高最高為617.08m，最低406m，相對高差211.08m；玄武巖臺地標高510～567m。

1.2 地層概況

區(qū)內(nèi)大部分為第四系玄武巖覆蓋，鉆孔所見地層有太古界、中生界及新生界地層。

太古界鞍山群構(gòu)成中生界沉積盆地的基底，其巖性主要為花崗片麻巖。

中生界侏羅系中統(tǒng)以紫紅色粉砂巖為主，夾有黃綠色粉砂巖和泥灰?guī)r透鏡體，底部為雜色礫巖，厚度100m左右。侏羅系上統(tǒng)主要由中性火山碎屑巖、粉砂巖、凝灰?guī)r及煤層組成。

新生界白頭山玄武巖覆蓋地表：暗灰～灰黑色，具有多次噴發(fā)堆積，夾1～3層火山渣，每次噴發(fā)期的上部具氣孔狀，下部致密，柱狀節(jié)理，底部為5～10m厚的砂礫層，分布在松花江兩岸。以角度不整合關(guān)系覆蓋各地層之上，厚度50～110m。

1.3 地下水

區(qū)內(nèi)地下水類型主要是第四系松散巖類孔隙水，玄武巖孔洞裂隙水，基巖裂隙水。

1.4 礦山開采方式

礦山1999年投產(chǎn)，經(jīng)過多年開采，累計采出原煤680.4kt。井田規(guī)模為走向長1.2km，傾向長1.3 km井田面積1.56 km2。

礦井生產(chǎn)能力為在+250m標高以上150 kt/a，+250 m標高以下設(shè)計生產(chǎn)能力為300 kt/a，三班作業(yè)。

煤田開采方式為走向長壁工作面后退式開采（走向邊界開切眼向主副井筒方向推進），頂板管理為全陷落法。上下煤層間先采上部煤層，后采下部煤層。同一煤層間，先采上部后采下部。采煤工作面長150m，日循環(huán)5次，日進度81.25m，年推進度975m。

2 地裂縫發(fā)育現(xiàn)狀及成因分析

2.1 地裂隙發(fā)育現(xiàn)狀

地表地裂縫總體呈北北西向近平行排列。

地裂縫出現(xiàn)順序為自西向東，與煤礦開采推進方向相同，發(fā)育規(guī)律是自西向東寬度逐漸變窄，但長度增加且連續(xù)性增加，裂縫寬度0.2～2.0m（照片1、圖1）。

照片1 馬當村地裂縫

當?shù)孛裼盟捎诿旱V的開采，水位下降，已無法供水。臨近地裂縫的房屋發(fā)生了開裂現(xiàn)象，寬度在幾到十幾厘米之間。發(fā)生開裂的房屋排列與地裂縫近平行。

2.2 地裂隙成因分析及穩(wěn)定性初步評價

龍馬煤礦經(jīng)多年的開采，在西部形成了較大的采空區(qū)，采空區(qū)的塌陷引起了地表的移動變形。采空區(qū)上覆巖層主要為堅硬巖層，抗壓強度普遍大于100MPa。采空區(qū)上覆巖層頂板巖石主要為硬質(zhì)巖石，抗壓強度一般大于50MPa。

根據(jù)采空區(qū)上覆巖層力學性質(zhì)，可知：

走向移動角：δ=70°～75°

下山移動角：β=δ-（0.6～0.7）α

取走向移動角δ=73°，得到β=60°

以采深采厚比等于60為界，沿下山移動角延伸到地表處，此處即為地面塌陷彎曲帶邊緣。因此可以判定，馬當村地裂縫是由龍馬煤礦采空區(qū)地面塌陷所引起的。馬當村地裂縫位于龍馬煤礦地面塌陷彎曲帶邊緣上，位于變形量是最大的部位。該地裂縫目前處于活躍期，是地表移動活動強度最大的時期。

3 地裂縫發(fā)展趨勢預測

3.1 基本參數(shù)的確定

q=0.5（0.9+P）

P=miQi/mi

式中：mi——覆巖第i分層的法線厚度；

Qi——覆巖第i分層的巖性評價系數(shù)，從《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》查表得到。

龍馬煤礦為三層煤重復采動，求得q=0.8，

②開采影響傳播角θ

煤層平均傾角為22°，開采影響傳播角

θ=90°-0.68α =75°

③水平移動系數(shù)bc

開采水平煤層時b=0.3，開采傾斜煤層時

bc=b（1+0.0086α）=0.3568

④是否充分采動區(qū)的判定

幼兒自出生起，與父母或養(yǎng)育者朝夕相處，建立了牢固的依戀關(guān)系，這種依戀構(gòu)筑了幼兒安全感的基礎(chǔ)。而入園是一直生活在家人關(guān)愛中的幼兒第一次與其分離，這種分離類似于第一次斷乳，使幼兒緊張、不安、焦躁，從而產(chǎn)生了入園不適癥。

采區(qū)上覆巖層為堅硬巖層，用回采區(qū)長度或?qū)挾劝撮_采影響傳播角向地面投影長度Lθ與平均采深H0來判斷是否充分采動［2］。

Lθ/H0≤1.2 非充分采動

Lθ/H0＞1.2 充分采動

經(jīng)計算，龍馬煤礦Lθ/H0=3.519，為超充分采動。

3.2 地表移動和變形

根據(jù)目前采空區(qū)范圍，以采深采厚比值60為界，地面塌陷穩(wěn)定后，計算出地表最大下沉值和水平位移值如下：

（1）最大下沉值Wcm=q×M×cosα=3.13m

（2）最大水平位移值Ucm=b×Wcm=1.116m

（3）地表移動時間

圖1 地裂縫地質(zhì)剖面圖

采空區(qū)地面塌陷是與地表變形的時間影響參數(shù)相關(guān)的［3］。本次地表移動時間計算采用經(jīng)驗公式：

T=2.5H0=588（d）

式中：H0——平均采深，移動時間單位為d。

地下煤層完全采空后，地表移動延續(xù)時間預計為588d。

3.3 地裂縫發(fā)展趨勢預測

目前地裂縫處于采深采厚比60的采空區(qū)影響地表邊緣帶，雖然地下現(xiàn)在的采區(qū)的采厚比已大于60，但采空塌陷發(fā)展到地表有一個滯后期，地裂縫目前處于活躍期，應(yīng)該是地表表現(xiàn)最強烈的時期。從地裂縫自西向東的裂縫寬度逐減，以及采礦深度越來越深，采深采厚比將越來越大，判斷開采引發(fā)地面出現(xiàn)裂縫的可能性越來越小，隨著開采向東部采區(qū)深度的增加，地裂縫將逐漸趨于穩(wěn)定。

4 防治措施及建議

地裂縫的防治應(yīng)當在開采過程中加強監(jiān)測，并結(jié)合當?shù)貤l件，充分利用有利條件，進行經(jīng)濟合理的治理［4］。根據(jù)馬當村地裂縫實際調(diào)研情況，結(jié)合龍馬煤礦地形、地質(zhì)條件及地面塌陷和現(xiàn)狀地裂縫情況，為避免或減少馬當村地裂縫地質(zhì)災害給當?shù)馗?、建筑及人身生命財產(chǎn)帶來的危害，提出如下防治建議。

（1）采取充填法處理裂縫以繼續(xù)農(nóng)田耕種

地面塌陷形成的地裂縫發(fā)展深度較淺，并有上寬下窄的特點。因此，可以采用對已發(fā)生的地裂縫進行充填的方法，來確保農(nóng)田繼續(xù)耕種。

（2）建筑物的處理措施

在地面塌陷和地裂縫的影響范圍內(nèi)，新建建筑物應(yīng)采用圈梁、地梁結(jié)構(gòu)，以防止房屋由地面塌陷或地裂縫引起的變形或破壞；對已發(fā)生變形或破壞的既有建筑物，對其變形或破壞程度進行分析，采取合理的加固措施，可達到較好的治理效果，可有效避免、減小建筑物的變形或破壞。

（3）進行地表移動簡易觀測或設(shè)置地表移動觀測站

為詳細了解地面塌陷和地裂縫今后的發(fā)展、變形和移動情況，應(yīng)在相應(yīng)位置設(shè)置地表移動觀測站，定期觀測，詳細了解地面塌陷和地裂縫的動態(tài)發(fā)展，從而更好地做好上述地質(zhì)災害危害的防治工作。

（4）由于各種因素的影響，地表變形具有不確定性，難以準確預計其變形量，根據(jù)目前資料及現(xiàn)場調(diào)查認為地裂縫未來發(fā)展應(yīng)趨于平穩(wěn)，不會發(fā)生急劇的變化，現(xiàn)階段應(yīng)做好地裂縫的監(jiān)測工作。為確保當?shù)厝藗冋５纳a(chǎn)生活秩序，當?shù)貒敛块T應(yīng)派專人定期對地面塌陷及地裂縫發(fā)展趨勢進行觀測，并對采礦權(quán)人加強管理，要求其在開采過程中作好監(jiān)測工作，以便采取有效措施加以防治和治理。通過以上手段將資源開發(fā)經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護工作有序的結(jié)合起來。

［1］趙忠海.北京地區(qū)地裂縫災害的分布特征及其成因探討［J］.地質(zhì)災害與環(huán)境保護，2006，17（3）：75-78.

［2］郭文兵，柴華彬.煤礦開采損害與保護［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社.2008.

［3］穆滿根.采空區(qū)地表移動變形的時間影響參數(shù)［J］.中國地質(zhì)災害與防治學報，2009，20（3）：56-58.

［4］李守賢，陳榮華，申俊.郴州華塘煤礦采空區(qū)地面塌陷的影響因素及防治措施探討［J］.地質(zhì)災害與環(huán)境保護，2007，18（3）：19-22.