松宜煤矿区采矿活动对地质灾害的影响分析
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【摘 要】松宜煤矿区赋存丰富的煤炭资源，多年的采矿活动极大的破坏了当地的地质环境，诱发了众多的地质灾害。根据地质灾害野外调查的成果，分析采矿活动诱发地质灾害的机制及地灾的发育特征，提出煤矿区地质灾害防治治理的方向，为矿业经济的可持续性发展提供依据。
【关键词】松宜煤矿区；诱发机制；发育特征；采空区
1 矿区地质环境现状
松宜煤矿区地处鄂西山地的东部边缘向江汉平原过渡地带，为低山丘陵地貌区，地势总体西高东低，南北高中部河谷地带低。区内地形陡峭，沟谷发育，相对高差约706.6m。矿区内赋存丰富的煤炭、铁矿、高岭土等资源，仅煤炭资源已探明储量就达8000万吨以上，累计开采6000多万吨。矿区内煤炭开采历史悠久，早在200多年前已有乡民在此采煤，近年主要为松宜煤业有限公司及湖北宜都华煜矿业集团有限公司下属矿山在此采矿。长期的矿产资源生产在缓解湖北省煤炭供给不足的紧张局面的同时，也极大地破坏了区内地质环境，矿区范围内发育了地面塌陷、崩塌（危岩体）、滑坡、地裂缝等众多地质灾害，直接威胁当地居民的生产生活安全。目前多数矿山开发进入资源枯竭期，地质灾害更加频发。
2 地质灾害的诱发机制及发育特征
根据矿区的地质灾害野外调查，分析采矿活动诱发地质灾害的机理及地灾的发育特征，其主要表现在以下几个方面：
2.1 地下水的水位急剧下降
矿区沟谷发育，河流主要有尖岩河、洛溪河和干沟河等，其中洛溪河为常年流水河，尖岩河、干沟河为季节性河流。本区地下水主要靠大气降水入渗补给，其排泄形式：一是，以泉水排出地表；二是，通过溶洞裂隙、暗河排出；三是，进入采空区及坑道后经人工排泄汇入地表河流。煤炭所赋存的二叠系梁山组砂岩，厚度较小，为一隔水层，但矿层顶板充水主要为二叠系栖霞组及茅口组弱～中等无压溶隙溶洞水为主，该含水层厚约200m，地表岩溶中等发育，底板石炭系黄龙组为中等富水的碳酸盐岩岩组，该含水层厚约100m，岩溶发育，水量较丰富。由于坑道钻进过程中，经常越过砂岩，进入含水层，致使含水层与坑道、煤层沟通，大量的地下水涌入煤矿坑道及采空区中。在2000年后，煤矿区内的石家湾井田、猴子洞井田均出现过淹井事故。为了能延续采矿活动，煤矿矿山采用机械排水的方式，将坑道中的地下水排出至地表，井下抽水逐渐成为了本区地下水最主要的排泄方式。由于本区地下水的主要来源为大气降雨，其次为干沟河、洛溪河等地表水的补给，因此，夏季地下水丰富，到了旱季，地下水水位急剧下降，矿井涌水量也受到明显减少。煤矿排水的过程，实则就是通过抽取地下水使其水位下降的过程，该变化在枯水季节表现尤为明显。常年的排泄地下水，已经使得整个矿区范围出现了地下水水位大幅度下降，泉水断流，局部地下水已经被疏干。地下水水位下降，为矿区地表发生岩溶塌陷、地裂缝、地面沉降等地质灾害发育提供了便利的条件。
2.2 采空区塌陷频现
松宜煤矿区经过多年的采煤活动，目前资源消耗已经达到75%，采空区面积超过了矿区范围的50%。长期无序开采形成大面积采空区，导致岩体应力重分布和应力集中，从而自下而上形成采空冒落带、导水裂隙带、地表位移带，由于区内缓倾的二叠系栖霞组、茅口组地层累计平均厚度238.73m，垂向上正好处于采空冒落带及导水裂隙带内，在采空冒落、岩体自重等因素综合作用下，在煤层相对浅埋区（150-250m）易发生采空塌陷，目前明显的采空塌陷已达到240处。采空塌陷主要分布在松木坪镇、刘家场镇境内、王家畈乡境内。采空塌陷坑口多呈圆形、椭圆形和不规则形，单体直径多在1-10m之间，最大直径达80m，小者仅0.5m。规模最大面积1800m2，长60m，宽30m；最小仅有0.1m2。剖面以筒状、漏斗状居多，可见深一般2～10m，少数深不见底或为后期土石掩埋。各地面塌陷单体规模不大，属小型地面塌陷。多个塌陷区单体密集分布，形成了多个塌陷坑群，范围较大，常伴随有地裂缝发育。随着采矿活动的持续进行，采空区范围的增大，近期来，区内地面塌陷发育具有变形渐趋加剧的特点，多数地面塌陷坑规模较先期略有增大。矿区内多个村庄频现的塌陷坑，不仅毁坏了农田、林地，还造成了成片区的房屋垮塌，严重威胁到当地村民的生存。
2.3 滑坡、崩塌活动频繁
由于矿区属于低山丘陵区，山高坡陡，沟谷纵横，断裂发育，地质条件较复杂，早期人类活动频繁，开挖公路、修建铁路、建设矿区、采矿活动等。特殊的地形地质条件及人类活动，形成陡坡或陡坎，构成潜在滑移临空面，加之仅修筑有简易干砌块石挡土墙，未采取及时有效的支挡、排水等防护措施，在长期内外地质营力作用下，出现小规模塌滑变形，局部崩塌现象。松宜煤矿区共发现滑坡40处，其中，大型滑坡有8处，中型滑坡有15处，小型滑坡有17处，滑坡总面积174.5×104m2，总体积2360.24×104m3。滑坡大多发育在松木坪镇松木坪村、刘家场镇三望坡村和卸甲坪乡卸甲坪村，其它乡村零星分布；崩塌发育有29处，其中小型13、中型14、大型2处，总面积13.888×104m2，总体积为80.07×104m3。2005年后，随着煤炭资源价格的一路走高，煤矿资源开采的速度加快，由于无序开采活动，缺乏地质环境保护措施，导致了地下水水位下降及大量的采空区塌陷，从而对岩土体完整性和稳定性造成了重大的影响。而采矿过程中爆破震动效应产生水平动加速度，增加下滑水平推力；采空冒落或采空岩溶塌陷形成地面拉裂变形，加速地表水、地下水下渗，增加滑体自重，降低滑带土物理力学性质，斜坡容易发现形变。目前，较多的滑坡体、崩塌体后缘发现多条水平裂缝、地面出现下陷及位移，地下水运移通道发生改变，部分部滑坡体、崩塌体前缘出现变形。矿区一旦出现极端降雨天气，斜坡受到强烈冲刷及雨水入渗，应力发生改变，引发地质灾害。
2.4 泥石流威胁严重
松宜煤矿区各矿山在采矿活动中形成的废渣，大都未运出矿区，除了少数用于采空区回填，以及工业场地建设之外，其余废渣一般堆放在井口附近。多年的采矿活动，各煤矿井口附近均累计了大量的废渣。根据统计，煤矿区内弃渣堆积体（矸石山）66处，总面积48.00×104m2，总体积707.95×104m2。弃渣堆积体以中小型为主，其中大型1处、中型13处、小型52处，稳定性差、较差的有60处。其中，猴子洞煤矿（闭坑）弃渣堆积体、新民煤矿（闭坑）弃渣堆积体、尖岩河弃渣堆积体规模较大，危险性高。曾在1995年，鸽子潭煤矿就发生过废渣垮塌事故，猴子洞尾矿库发生泥石流，致使公路、民房毁坏。由于矿区特殊的地形条件，各矿山井口一般都紧靠沟谷，地形坡度一般在10～30°范围，在无外力加载的情况下，废渣堆一般处于自然稳定状态。随着采矿活动的持续进行，废渣堆积量不断增加，而仅有极少数矿山在废渣堆前缘修建了简易支挡防护工程，多数未采取有效的防护措施，废渣在自重力作用下，沿斜坡蠕动变形，原来的稳定状态遭到破坏，时有塌滑变形发生，废渣堆无序的堆放为泥石流提供了物质基础。由于山区地形较陡，河谷河谷坡降较大，汇流面积大，强烈大气降雨产生的汇流为泥石流的发生提供了有利的地形条件和水动力条件。根据历史流量数据，区内最大暴雨量曾达245.9mm/h，极端不利降水条件下发生泥石流的可能性非常大。
3 地质灾害的防治治理方向
松宜煤矿区地质灾害频发，破坏农田，损坏公路，毁坏房屋，已经造成了矿区村民的人身财产的重大损失。近年来，随着采矿活动的持续进行，地质灾害发生越来越频繁，威胁越来越严重，松宜煤矿区地质灾害问题已成为当地社会经济的制约，受到社会的广泛关注，对地质灾害的防治治理，已成为当地经济可持续发展的重大突破口。根据煤矿区采矿活动诱发地质灾害的机理及发育特征，规范采矿活动成为当地地质灾害防治治理的主体方向。
（1）采空区塌陷是矿区内最主要的地质灾害，在长期采矿活动中，一般采用见矿即采的粗放型方式，未严格按照设计要求布置采矿工作面，留置安全矿柱，在采矿完毕后，未对采空区进行回填。无序采矿活动，形成了大面积的采空区，在无任何支撑的情况下，采空区上部岩体在自重的作用下逐渐下沉，形成采空区塌陷。故预留保安矿柱、走向长壁式回采、分层开采、采空区回填等方式是有效防治治理采空区塌陷的合理措施。
（2）地下水水位下降是诱发多种地质灾害的重要因素。矿区内隔水砂岩厚度较小，坑道的钻进，容易掘穿隔水层引起坑道涌水，故在探采活动中，应该摒弃边探边采的方式，根据水文地质勘查的成果及采矿活动中地下水动态进行坑道设计，保护砂岩隔水层的完整性。在开采过程中，一旦发现顶底板滴水、地下水入渗等，应该即刻进行防渗处理，并研究隔水层的变化及涌水的来源，为坑道的布局提供真实可靠的基础资料。
（3）采空区塌陷改变了地表斜坡的应力平衡，导致滑坡、崩塌等变形严重。由于外界应力是引起滑坡体、崩塌体变形的主要原因，同样，应力再次达到平衡也是防治治理滑坡、崩塌的重要措施。在采矿活动中，应避开滑坡、崩塌区及资源埋藏较浅的区域，以及对采空区的回填等措施，均可减少采空区塌陷的范围及深度。同时，地质灾害体变形监测也是重要的防治措施，对地表及地下采取群测群防的手段，时刻关注地质灾害的变形发展。
（4）废渣不规则堆放，是泥石流的重要物质来源，合理处理利用废渣，可减少泥石流的威胁。在矿山采矿活动中，应尽量利用废渣进行工程建设，对采空区进行回填，富余的废渣应采用集中堆放，选择地形条件较好的位置，在废渣堆前缘修建挡渣墙，并合理布置截排水沟，减少坡面汇流对废渣的冲刷，从物质来源及动力条件两方面减少泥石流的威胁。
4 结语
松宜煤矿区地处鄂西山地的东部边缘向江汉平原过渡的低山丘陵区地貌区，沟谷切割较深，地形条件复杂；其特殊的地形地貌，地层岩性，地质构造，水文气象等自然因素和人类经济工程活动等为地质灾害的发育提供了便利的条件。近年来，采矿活动的持续进行，对当地的地质环境造成了重大的影响，矿区内地质灾害频繁发生，对当地村民的人身财产构成了重大威胁。分析采矿活动诱发地质灾害的机理及发育特征，对当地地质环境的保护及地质灾害防治治理有着重要的意义。在地质灾害频发的松宜煤矿区，只有确实弄清采矿活动诱发地质灾害的机制，从根本上规范采矿活动，确保保护在前，防治治理在后，才能维护当地矿业经济的可持续发展。