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巖溶塌陷和地面沈降

煤礦地面巖溶塌陷十分常見,主要塌陷形式有松散層塌陷、地表開裂和塌陷孔洞。在松散沈積物覆蓋的巖溶地區,當礦山大量排水、城市大量開采巖溶地下水時,巖溶地區的地下水位必然會大幅度下降,原地下水位以下和現地下水位以上的洞穴充填物和覆蓋層的浮力減小,相當於增加了對土壤的附加荷載,同時, 會誘發與之保持水力接觸的上覆松散孔隙含水層中的地下水向下滲流,增大水力梯度和水流速度,地下水流會對介質中的骨架和溶洞填充物產生滲透壓。 掘進從溶洞充填開始,然後在覆蓋層底部的溶洞口形成土洞,再逐漸向上發展。由於土洞的擴大,頂板土體不穩定,導致地表開裂、下沈、塌陷。

巖溶塌陷是由巖溶充水礦床中地下水的排泄引起的。塌陷不僅發生在煤礦,也發生在金屬和其他礦山。從地域上看,幾乎遍布南方各省,尤其是湖南、廣東、湖北、廣西、江西等省。廣東凡口鉛鋅礦共發現崩塌1600余處,範圍5 km2。湖南恩口煤礦1972開始塌陷。截至目前,塌陷坑6000多個,塌陷面積25km2,沖毀農田9500畝,搬遷小型水庫8座,房屋18300m2。據1982統計,該礦用於農業補償和塌陷綜合治理的費用高達980萬元。從1967到1983,湖南省鬥笠山煤礦共出現2200個塌陷坑。坍塌不僅毀壞了農田和建築物,還造成了重大損失和4人死亡。

中國北方巖溶塌陷主要分布在東部沿海省份和太行山以東。唐山開灤早在20世紀20年代就發生了現代巖溶塌陷,但數量很少。較大的壹次發生在20世紀70年代的山東萊蕪鐵礦。顧家臺礦區1973至1974抽水試驗期間,發生巖溶塌陷,其中葉壯礦塌陷坑3個,趙莊礦塌陷坑1974個。葉壯礦1975排水試驗中,距葉壯礦區2000m的國娘泉天窗有16塌陷坑,距1000m的孟家莊天窗有11塌陷坑。

礦井突水也會引起巖溶塌陷,開灤礦區多次發生礦井突水,巖溶塌陷是由於巖溶水位下降引起的。早在1965438+2004年6月7日,湯山礦西北井突水造成莊磊陡河河床塌陷,1920礦坑突水反復塌陷。1954 65438+2月5日,林西礦井突水造成兩次坍塌。6月2日,1984範各莊礦發生罕見突水,突水點以北3 ~ 7公裏範圍內奧陶系灰巖隱蔽露頭區彭家塔坨至林西機械廠壹帶出現17地面塌陷坑。北部主要礦區巖溶塌陷見表2-1。

表2-1中國北方主要礦區巖溶塌陷壹覽表

礦井不斷排水導致區域地下水位下降,上覆第四系松散層地下水以“天窗”或“溢流”的形式向下滲透。松散層內地下水位下降,孔隙水壓力減小,有效應力增大,顆粒發生位移,排列更加緊密,顆粒接觸面積增大,孔隙度減小,松散層被壓縮,從而引起地面沈降。如鼓山鐵礦鼓山露天采場,第四系含水層通過排水巷道進行疏幹。在排水過程中,采場周圍地面下沈,采場中心下沈30 ~ 60 cm,形成以礦坑為中心的地面下沈漏鬥,影響範圍2km。