湖南某煤矿地区岩溶塌陷成因机制分析

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1、湖南某煤矿地区岩溶塌陷成因机制分析摘要：随着经济的发展，人们对矿产资源的幵采量不断增大，在其幵采过程中对地质环境的破坏也愈发严重，各类地质灾害伴随而来，给人民的生命财产安全及社会经济发展带来不利影响.综合考虑水文地质单元、灾害发育程度、地层岩性、地质构造及矿山抽排水等因素，结合岩溶发育规律，对煤矿区内岩溶塌陷的成因机制分6个区来进行了分析，得出岩溶发育与矿井大量抽排水是该地区岩溶塌陷发育的最重要原因，研究成果可为该区域内岩溶塌陷的主要发展趋势预测和预防治理提供依据。关键词：地质灾害；岩溶塌陷；成因机制；

2、趋势预测随着经济的发展，人们对矿产资源的开采量不断增大，在其开采过程中对地质环境的破坏也愈发严重，各类地质灾害伴随而来，给人民的生命财产安全及社会经济发展带来不利影响。湖南某煤矿地区地质灾害发育，共调查各类地质灾害561处，其中岩溶塌陷398处，不均匀沉陷110处，地裂缝47条，滑坡6处。其地质灾害主要以岩溶塌陷为主，其他类型的地质灾害发育程度相对较低对该区域内岩溶塌陷的成因机制进行分析，可为岩溶塌陷地质灾害的防治工作提供借鉴。1岩溶发育规律分析岩溶发育的控制因素主要是地质构造，岩石性质和地下水交换的天

3、然条件。其中地质构造的控制作用更明显，而人类工程活动因素则对其起到了一定的促进作用，本区域溶岩发育有以下规律：1）平面分布上，该区域岩溶发育主要集中在五个地下水主径流带和连河冲涌泉山冲沟一带，其中大成桥、洋泉湖、贺石桥最发育，地面塌陷规模大，破坏严重。2）垂直方向上，该区域岩溶发育具有明显的分带性。根据钻孔揭露情况（见表1），溶洞发育带主要集中于标高-200m以上，钻孔见溶洞率相对较高，且溶洞一1般全充填，此带突水突泥后，地面塌陷影响大；溶洞裂缝带标高为-200m至-400m,钻孔见溶洞率0.10%〜0

4、.14%;裂缝发育带一般在-400m以下，发育程度低，且充填较好，富（导）水性弱。而本区煤层多数赋存在-400m以上，幵采-400m以下煤层引发岩溶地面塌陷的可能性和影响范围将降低。3）从区域地质构造上来看，本区域背斜轴部岩溶相对发育（见图1）。轴部张裂隙发育，且开口向上，地下水活动强烈，矿井下易产生突水突泥而引起地面塌陷。4）本区域高角度正断层带岩溶发育，特别是断层交会处岩溶发育强，规模大。部分逆断层或正断层被切割，在断层带处当矿层与含水层相接触时容易发生穿水，引发地面塌陷。5）旱、雨季地下水位反复交

5、替升降的区域，地面塌陷发生较为频繁。6）表面岩溶塌陷多发区域位于煤矿开采活动强烈的位置（见图2）。由此可见，地质构造、水文条件是该煤矿区域岩溶发育的主要影响因素。而岩溶塌陷区域分布还受到了矿山开采等因素的影响。2岩溶塌陷成因机制分析该区域碳酸盐岩分布广，厚度大，岩溶发育。矿山排水导致地下水位大幅下降，在岩溶化断裂带，地下水交替频繁处岩溶塌陷发育。以下根据岩溶塌陷分布位置，对其成因机制划分6个区域分别进行分析。1）大成桥岩溶塌陷区。该区位于大成河一带，为河谷平原地貌，处于白垩系百花亭组底部砾岩和二叠系茅口

6、组中下部地层的不整合接触面附近。在地下水交替升降过程中，由于受到接触面以及栖霞组灰岩中黑色泥岩的阻力，会产生缓冲涡流形成冲刷作用。加之浅层地下水对茅口灰岩中部灰岩的侵蚀作用强因而岩溶发育，发育深度主要在-80m以上。另外，由于该区域内五亩冲矿井不断强排疏干，地下水流运动遭遇人为改造，水位大幅下降。通过对区域内1975年与2008年地下水等水位线图对比，大成桥一带地下水位由70m下降至-40m，作为排泄区的大成河渐变为补给源流补灌矿区，形成过水通道对充填物进行冲刷搬运，则导致地面盖层薄弱部位不断出现失稳塌

7、陷。2）贺石桥岩溶塌陷区。该区沿群英河一带分布，属河谷平原地貌。该区位于煤炭坝向斜北部，背斜东南翼，受构造影响强烈，其核部隔水层埋深约200m阻止了西北方向地下水向矿床的大量充水。此外，沙子坡断层通过本区，该断层导水性好，形成了地表地下水与西峰仑矿井以及跃进煤矿矿井间的导水通道。随着矿区的不断强排疏干，地下水流运动受到人工作用的加强和改造，地下水位下降显著。根据图3对比，地下水位最大下降达到170m。另外，本区位于贺石桥径流带，群英河与地下水通过沙子坡断层源源不断地补给矿区，河水漏失量达到1000m3/

8、h。这些地表水转化为地下水后对溶洞中的充填物和上覆松散土层的潜蚀和冲蚀作用增大，造成矿井突泥突水现象严重，致使溶洞中的充填物和覆盖层中的松散土层逐渐被冲刷带走，当溶洞较大，充填物被迁运，地面盖层薄弱的部位就突然产生岩溶塌陷。另外，当岩溶空洞形成一个封闭的环境时，产生真空吸蚀作用，溶洞顶部盖层在负压作用下失稳产生塌陷。3）欧家大冲岩溶塌陷区。该区位于欧家大冲与颜家冲交汇一带，出露地层岩性为二叠系栖霞组上部硅质灰岩夹硅质岩、茅口组岩上部灰岩以及