（湖南省地質(zhì)調(diào)查院，湖南 長沙 410000）

湖南省湘潭縣譚家山礦區(qū)采礦歷史悠久，最早可追溯到1915年左右半機(jī)械化的小礦山開采，一直到2015底各個礦井閉坑停采，歷史以來國營礦山、小礦山眾多，導(dǎo)致地下開采錯綜復(fù)雜，區(qū)內(nèi)的地面變形地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)鼐用裆a(chǎn)生活，給當(dāng)?shù)鼐用竦纳敭a(chǎn)造成了巨大損失和威脅。本文考慮到整個礦區(qū)的實際地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀，全面對變形影響區(qū)域進(jìn)行調(diào)查研究，范圍從行政區(qū)域來看主要包含譚家山鎮(zhèn)榜塘村、坪塘村、紫竹村、長塘村4個村及佐塘社區(qū)、土地廟社區(qū)2個社區(qū)；從原礦界范圍來看主要包含原譚家山一井、二井、三井、四井及周邊小礦井。

1 地面變形特征

1.1 采空區(qū)及移動盆地分布

地面變形的影響范圍，受到采空區(qū)及移動盆地的直接影響。移動盆地變形監(jiān)測是一項長期的工作，幾十年以來譚家山礦山未開展過該項工作，而無相關(guān)的地表位移監(jiān)測資料。

故本次研究移動盆地邊界主要采用移動盆地的危險移動邊界，即以盆地內(nèi)地表移動與變形對建筑物有無危害而劃分的邊界。根據(jù)調(diào)查及變形分析，可知移動盆地中心位于譚家山向斜軸部地帶。移動盆地邊界主要位于向斜兩翼，根據(jù)野外調(diào)查房屋、建筑物、地表變形特征，劃定移動盆地邊界：南東翼為榜塘村董公塘-株洲市何家沖-坪塘村馬家坡-坪塘村徐家屋-長塘村花門寨一帶，北西翼為：長塘村梅子坡-土地廟社區(qū)新街-紫竹村杉蔭坡-紫竹村米篩塘坳口-榜塘村榜塘堪，面積約10.34km2。

圖1 采空區(qū)及移動盆地邊界示意圖

1.2 變形特征

地下采空引起的地面變形地質(zhì)災(zāi)害，其具體變形破壞表現(xiàn)形式為地面沉陷（造成房屋開裂受損點361個，地面裂縫6條，地面變形點25個）、采空塌陷9個。

從行政區(qū)域來看地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育最多為榜塘村（房屋開裂104點，采空塌陷5處，巖溶塌陷5處，地面裂縫1處，地面變形14處），其次為坪塘村（房屋開裂81點，采空塌陷2處，巖溶塌陷4處，地面裂縫1處，地面變形7處），佐塘社區(qū)和紫竹村發(fā)育影響適中，影響相對較小的為土地廟社區(qū)和長塘村。

從地質(zhì)災(zāi)害與采空區(qū)的關(guān)系來看，深部采空區(qū)主要位于譚家山向斜軸部一帶，分布面積3.928km2。本次調(diào)查地面沉陷類地質(zhì)災(zāi)害點139個（其中房屋受損121個，地面裂縫6個，地面變形點12個），采空塌陷5個，合計144個；老窯采空區(qū)分布在譚家山向斜兩翼，深部采空區(qū)邊緣一帶，面積0.562km2。本次調(diào)查地面沉陷類災(zāi)點61個（其中房屋受損55個，地面裂縫0個，地面變形點6個），采空塌陷3個，合計64個；非采空區(qū)分布在采空區(qū)外圍，包含采空區(qū)的影響帶。分布面積8.01km2。本次調(diào)查地面沉陷類災(zāi)點192（房屋受損185個，地面裂縫0個，地面變形點7個），采空塌陷1個，合計193個。

圖2 地質(zhì)災(zāi)害分布示意圖

1.3 危害特征

圖3 榜塘村老屋組龍建偉家房屋開裂嚴(yán)重，成為危房（始發(fā)于2003年，開裂持續(xù)發(fā)展）

工作區(qū)地面沉陷、采空塌陷、地面裂縫等地面變形地質(zhì)災(zāi)害危害對象主要為居民房屋、農(nóng)田、道路、水庫、和其它地表水及地下水。根據(jù)《危險房屋鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ125-2016），對調(diào)查到的369戶房屋進(jìn)行房屋受損定級，發(fā)現(xiàn)房屋受損主要以B級為主，共計291個，占比78.86%；其次為C級52個，占比14.09%；第三為A級20個，占比5.42%；最少為D級6個，占比1.63%。嚴(yán)重危害到區(qū)內(nèi)房屋2579棟，農(nóng)田3.2km2，居民10000余人，以及省道S313、各級鄉(xiāng)道、村道等。

圖4 譚家山山體開裂

2 地面變形影響因素分析

采空區(qū)地面變形的影響因素一直受到研究者們的關(guān)注，采空區(qū)的變形與各種地質(zhì)因素和非地質(zhì)因素相關(guān)1。

2.1 受到采空區(qū)規(guī)模的影響

譚家山礦區(qū)在采空區(qū)存在上下疊加情況，十分復(fù)雜（見表1）。本次通過收集資料加局部物探、鉆探驗證的方法圈定采空區(qū)。

采空區(qū)的影響可以分布淺部采空區(qū)影響和深部采空區(qū)影響。淺部采空區(qū)主要指老窯采空，老窯采空區(qū)面積最大的為一井，面積0.38km2，其次為三井，面積0.113km2，第三是四井，面積0.069km2，二井面積最小，老窯采空面積也相對最小?？梢园l(fā)現(xiàn)老窯采空區(qū)面積最大的為一井，整體呈南西-北東分布，位于原譚家山變電站-龍?zhí)疗?佐塘社區(qū)-榜塘村西沖組-榜塘政法組-榜塘村鄧公塘一帶。這一帶地面沉陷、采空塌陷、地面裂縫、巖溶塌陷均有發(fā)育強(qiáng)烈，雖然老窯采空時間長，但以地表變形跡象來看，目前仍不穩(wěn)定。深部采空區(qū)指老窯采空區(qū)以下的采空區(qū)，可知譚家山地面變形區(qū)整個采空區(qū)在剖面上呈“凹”型，老窯采空區(qū)以下垂直水平一井為-200m到-750m，三井從-200m到-750m。由于采空區(qū)分布深，分析采空區(qū)以上到地面逐步形成垮落帶、裂隙帶、變形帶，百年的開采變形導(dǎo)致整個譚家山向斜變形下沉，引起地面變形破壞。但由于采空區(qū)深，其影響程度沒有老窯采空區(qū)影響大。

圖5 采深采厚比等厚線圖

2.2 受到頂板覆巖條件的影響

由于開采頂板巖性為泥巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、中粒砂巖，其物理力學(xué)性質(zhì)差。影響到巖體穩(wěn)定，破壞巖體完整，降低巖石強(qiáng)度，造成礦坑冒頂、片幫，導(dǎo)致垮落帶的變化，并引發(fā)采空區(qū)上部覆巖發(fā)生彎曲波及地表，從而產(chǎn)生采空區(qū)采空塌陷、地面沉陷。

2.3 受到釆深采厚比的影響

利用開采深度、開采厚度，即可得到研究區(qū)的采深采厚比等值線圖（見圖5）。

根據(jù)各個礦井的采深采厚比并結(jié)合本次地質(zhì)災(zāi)害特征，可以看出工作區(qū)采深采厚比由譚家山向斜兩翼向中間核部變大的趨勢。兩翼最外側(cè)淺部的老窯采深采厚比最小，一般為0～60，這一帶也是巖土體破碎，應(yīng)力失衡，地面變形引起的地面沉陷、地面裂縫、采空塌陷頻發(fā)。而往向斜中部發(fā)展，采深采厚比逐步變大，最大在三井、四井交界處，采深采厚比達(dá)到210～222左右。以目前采深采厚比結(jié)合地表的變形特征來看，采深采厚比在0～222區(qū)間均對地表產(chǎn)生影響，采深采厚比越小相對影響程度越大。

2.4 受到地下水影響

以前采礦過程中，譚家山礦區(qū)一帶開采標(biāo)高至-850m時候，主要運輸大巷位于茅口組灰?guī)r中，地下水被開采過量，導(dǎo)致其水位大幅、連續(xù)性的下降，造成工作區(qū)地下水位超常降低。根據(jù)筆者計算，閉坑前降落漏斗中心處含水層地下水位下降最大900m以上，南部邊緣處地下水位下降約20m左右，疏干范圍影響半徑達(dá)1852.8m。抽排地下水導(dǎo)致地下水的徑流狀態(tài)發(fā)生改變，水力坡度、水流速度有所增加，同時以前礦區(qū)開采區(qū)的不斷發(fā)展擴(kuò)大、加深，采礦區(qū)頂板冒落活動頻繁，隨著礦井疏干區(qū)的擴(kuò)大，巖石的飽和狀態(tài)遭到嚴(yán)重破壞，地下水位急劇下降，又因大氣降雨地表水、地下水的沖刷作用下，老采區(qū)又形成了新的空洞。上部土層與巖層裂縫加寬加深，為地表水、地下水徑流潰入提供了通道，逐漸形成空洞或崩落，失去了地層本身平衡狀態(tài)，在地應(yīng)力作用下，形成地面變形地質(zhì)災(zāi)害。

2015年底全部閉坑停采后，截止2019年6月份，作者調(diào)查到整個礦區(qū)地下水水位恢復(fù)至標(biāo)高+45.9m，水位恢復(fù)速度估算豐水期為1.0～2.0m/月，枯水期0.5～1.0m/月。由于地下水水位未恢復(fù)至區(qū)域初始水位，由于水位的上浮波動，將導(dǎo)致采空區(qū)、垮落帶、裂隙帶、變形帶短暫的平衡打破，地面變形將會繼續(xù)發(fā)生。隨著地下水水位趨于恢復(fù)，新的巖土體平衡穩(wěn)定，地面變形現(xiàn)象也將趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

3 結(jié)論

本文通過對譚家山礦區(qū)地面變形的研究，充分總結(jié)了全區(qū)的地面變形特征，分析了地面變形的影響因素，調(diào)查和分析針對性強(qiáng)，本文的分析對湖南省譚家山礦區(qū)后期開展的相關(guān)地質(zhì)環(huán)境工作具有一定的指導(dǎo)意義，對湖南省類似礦山開采引起的地質(zhì)災(zāi)害分析研究具備一定的參考價值。