岩溶塌陷和地面沉降

地面 岩溶 沉降
沫卡MOKOO  
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煤矿地面喀斯特塌陷现象十分普遍,主要塌陷形式包括松散层下沉、地表开裂和塌陷洞等。在松散沉积物覆盖的喀斯特地区,当矿山大量排水和城市大量开采喀斯特地下水时,喀斯特地下水水位必然会大幅度下降,原来地下水位以下、现地下水位以上的溶洞充填物、覆盖层的浮托力削减,相当于使土体增加附加荷载,同时,又诱发了与其保持水力联系的上覆松散孔隙含水层的地下水向下渗透补给,增大了水力坡度和水流速度,地下水流动对介质中的骨架产生渗透压力,对溶洞充填物及覆盖层中的土颗粒潜蚀、冲刷、掏空。掏空是从溶洞充填物开始,然后在覆盖层底部溶洞开口处形成土洞,以后逐渐向上发展,土洞扩展结果使顶板土体失稳,导致地表开裂、沉陷、塌陷。

岩溶塌陷是岩溶充水矿床疏排地下水所引起的。塌陷不仅出现在煤炭矿山,而且也出现在金属等矿山。从地理分布看,几乎遍布南方各省,尤以湘、粤、鄂、桂、赣诸省居多。广东凡口铅锌矿发现塌陷1600多个,范围5km2;湖南恩口煤矿从1972年开始塌陷,至今塌陷坑总数6000多个,塌陷面积25km2,毁坏农田9500亩,小型水库8座,18300m2民房搬迁,据1982年统计,矿山用于农业赔偿及塌陷综合治理费用高达980万元;湖南斗笠山煤矿从1967年到1983年塌陷坑达2200个,塌陷不但毁坏农田、建筑物,造成重大损失,还造成4人死亡。

我国北方的岩溶塌陷主要分布在东部沿海省份,及太行山以东地区。北方岩溶裂隙充水矿床的现代岩溶塌陷,早在20世纪20年代在唐山开滦即有出现,但数量很少,规模稍大的是20世纪70年代发生在山东莱芜铁矿,1973~1974年顾家台矿区抽水试验时,发生岩溶塌陷,冶庄矿塌陷坑3个,赵庄矿塌陷坑13个。1975年冶庄矿放水试验,距冶庄矿区2000m的郭娘泉“天窗”发生16个塌坑,1000m的孟家庄“天窗”出现了11个塌坑。

矿坑突水也会引起岩溶塌陷,开滦矿区多次发生矿坑突水,岩溶水位下降引起岩溶塌陷。早在1914年6月7日唐山矿西北井突水曾引起雷庄陡河河床塌陷,1920年矿坑突水重复塌陷。1954年12月5日林西矿突水引起两处塌陷。1984年6月2日范各庄矿发生世界罕见的突水,在突水点以北3~7km范围内奥陶系灰岩隐伏露头区地面彭家塔坨至林西机械厂一带出现地面塌陷坑17个。北方主要矿区岩溶塌陷见表2-1。

表2-1 中国北方主要矿区岩溶塌陷一览表

矿井持续不断的排水,引发区域地下水位下降,其上覆第四系松散层中的地下水通过“天窗”或“越流”的形式向下渗流,松散层地下水位下降,孔隙水压力降低,有效应力增加,颗粒发生位移,排列更为紧密,颗粒的接触面积增加,孔隙度降低,松散层受到压缩,从而发生地面沉降。如姑山铁矿姑山露天采场,利用疏干巷道对第四系含水层进行疏干,在疏干过程中,采场周围地面发生下沉,采场中心下沉量为30~60cm,形成以矿坑为中心的地面下沉漏斗,影响范围达2km。

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