太原市西山地质灾害成因与防治.pdf

第 l 8卷 第 4期 2 0 0 7年 l 2月 中国地质灾害与防治学报 T h e C h i n e s e J o u r n a l o f G e o l o g i c a l Ha z a r d a n d C o n t r o l Vo 1 ． 1 8 No． 4 S e p． 2 0 07 太原市西山地质灾害成 因与防治 李建军 ， 刘鸿福 1 ． 中北大学 理学 院力学系 ， 山西 太原0 3 0 0 5 1 ； 2 ． 太原理 工大学 ， 山西 太原0 3 0 0 2 4 关键词 地质 灾害 ； 采动滑坡 ； 采煤 沉陷； 太原西 山 文章编号 1 0 0 3 。 8 0 3 5 2 O O 7 O 4 ． 1 0 6 ． 0 2 中图分类号 P 6 4 2 ． 2 ； T D 8 2 3 文献标识码 A l 引言 太原西山煤 田是山西省六大煤 田之一 。也是 全国 的焦煤 生产基地 之一 。该 区属 大陆性 季风气候 ， 冬季 干燥寒 冷 ， 夏 季 炎热多雨 。地下 水主要 接受 大气 降水 补 给。构造上 ， 该 区位 于吕梁 一太行 断块 的 中西部 ， 太原 断陷盆地 西 侧。控 制性 构 造为关帝 山穹隆 ， 山高坡陡 ， 沟壑纵横 ， 沟谷深 切多呈 v字形 。 缓坡及低山地区有黄土， 陡坡处岩石裸露。山体多 由石炭系、 二叠系砂岩 、 页岩 和第 四系黄土组成 。 2 地质灾 害现状 煤 田范围内的地 质灾害主要是 由于地 下采煤 引起 的采 空 区上方 岩 层 移 动 波 及 地 表 ， 而 使 地 表 产 生 移 动 、 变 形 和 破 坏⋯ 。当采煤 引起 地 表大范 围 的塌陷 或地表 附 加移 动时 ， 成 为采煤沉陷 。当采煤 引起 山坡 整体性 大面 积滑 动或 坍塌 时 ， 称为采动滑坡 。该区地质灾害类型 主要 有采动 滑坡 和采 煤沉 陷两种 。按其所处位置分述如下 。 2 ． 1 小卧龙村采动滑坡 小卧 龙 滑 坡 位 于 小 卧 龙 村 东 部 。坡 体 前 后 缘 高差 约 1 0 0 m， 坡度约 2 6 。 ； 后缘裂缝下错 3 ～5 m， 裂缝宽度 l 1 ． 5 m， 总 体积约 l 5万 。坡体 前缘 的房屋地 面出现臌起现象 ， 前缘 的 小桥也 因滑坡影 响出现严 重错动 ， 即将倒塌 。 2 ． 2牛头咀区采动 滑坡 牛头咀区位于小虎峪村牛头 咀 自然村北 部。该 区分 布有 裂缝 和滑坡 ， 坡体前后缘 高差 约 3 0 0 m， 坡度 约 2 0 。 ； 后 缘裂缝下 错 3 ～5 m。 裂缝带宽度 5 0～1 0 0 m。 总体积约 2 2 5万 m 3 。每 逢雨 季 ， 雨水沿后缘裂缝带 ， 通 过村庄地基而流入虎峪河 。 2 ． 3 店 头村采动滑坡 店头滑坡位 于王 封村 店 头 自然 村 。坡 体 前后 缘 高 差约 6 0 m， 坡 度约 1 5 。 ； 后缘 裂缝 下错 l ～2 m， 裂 缝宽 0 ． 5～l m， 总体 积 l 0万 m 。 2 ． 4 南岭村采动滑坡 南岭村滑坡位 于王封 乡圪垛村南岭 自然村 。坡 体前后 缘 高差 约 1 5 0 m， 坡 度 l 5 。 。后 缘 裂 缝 下 错 l m 左 右 ， 裂缝 宽 约 0 ． 5 m， 总体积 l 5 万 。 2 ． 5采 煤 沉 陷 根据实 际词查 ， 该 区共 有 l 】 个相 对 独立 的采煤 沉陷区。 沉 陷总 面积 为 1 7 7 ． 7 1 k m 2 含矿 界内古空区范 围 表 1 。 表 1 太原西 山采煤沉陷 区面积统计表 3 采煤沉陷 的特点 3 ． 1 由于太原西 山煤 田各 个矿 区均属 大型煤矿 ， 年生产能 力 均超过 1 0 0 万 t 。加之地质 、 采 矿条件 和地 形等因素的影响 ， 使 地表 沉陷表现出一定的特殊性 。从影 响采煤 沉陷规律 的角度 出发 ， 该 区地质和采煤有 如下 特点 3 ． 1 、 1 开采时间短 ， 开采强度 大 ； 3 ． 1 ． 2 煤 田面积大 ， 开采机械化程度高 ， 多煤层联 合开采 ； 3 ． 1 ． 3 煤层近水平 ， 顶板 为砂岩 ， 较为稳定坚 硬； 3 ． 1 、 4 地表形态变化复杂， 起伏变化大， 微地貌发育。 3 ． 2 与上述 采煤 特殊 性相对应 。 该 区地表 沉陷蛤如下特点。 3 ． 2 ． 1 煤矿地表塌陷最 主要 的特征就是不同宽度和落差 的地 表裂缝以及不同规模的槽形塌陷 和采动滑坡 ； 3 2 ． 2 地貌形态影响 地表裂缝 的宽 度 、 密 度和 落差 。地 表裂 收稿 日期 2 0 0 6 ． 1 1 ． 1 3 ； 修回 日期 2 0 0 7 ． 0 3 ． 2 2 作者 简介 李 建军 1 9 6 9 一 ， 男 ， 山西晋城 人 ， 工程 师 ， 在读博 士 ， 从事岩土工程方 向研究 ， 发表论文数篇 。 维普资讯 第 4 期 李建军 ， 等 太原 市西山地质灾害成因与防治 1 0 7 缝 由于受水平构 造残余 应力 的影 响 ， 凸形 地貌 和凸 形边 坡部 位 梁 、 峁和山顶的边缘 形成的动 态裂缝 的宽度 、 密度 和落差 比平地更大 ； 而凹形 地貌 部位 沟 谷 内 形 成 的动态 裂缝 发育 地程度有所减小 。如 在 山顶 处 ， 地 裂缝 宽度可 达 I m以上 ， 伸 展长度从 十几米到几 十米不 等 ， 而且地裂缝地 密度亦较大 ； 3 ． 2 ． 3 地 下采煤 引发大面积的山体滑移和采煤沉陷 ； 3 ． 2 ． 4 重 复采动导致地面 沉陷加 剧。重 复开采 时 ， 破坏程 度 比初次采动破坏程度等级提高一级 ； 3 ． 2 ． 5 滑坡 主要发生在 晚古 生代以来的二叠系及第 四系上更 新统地层 中。4处滑坡 的滑体 均为第四系上更新统 黄土 ， 滑床 岩性 为二叠系 、 三叠 系泥 、 页岩 。控制 结构 面为黄土 与基岩 的 接 触 面 ； 3 ． 2 ． 6 地下采煤破坏地 表水 和浅层地 下水下 部 的隔水层 ， 使 降水和浅层水直接 向下 渗漏 ， 破坏 了原 有 的浅层水 运移 平衡 和规律 ， 导致 当地土地干旱 ， 农作物减产和居 民饮水 困难 ； 4 地质灾害成 因分析 4 ． 1 采矿影响 从采煤沉 陷和 滑 坡及 裂缝 所 处 地段 与 煤 矿采 掘 图 相对 照 ， 该区灾害均发生于矿区采空 区范围之上 ， 亦 即灾害 发生 的 主要原 因为地下 采煤 活动。 1 衄阅 2 囵3 4 5 目6 目7 圈 8 匮 9 囤 图 1 牛头咀村 采煤与滑坡位 置示意图 1 一黄土 ； 2 一泥岩； 3一砂质尼岩 ； 4一砂岩； 5一煤层 ； 6 一采空区 ； 7一推测滑移面 ； 8 一二叠系煤 系地层 ； 9一上更新统 土体 4 ． 2 地形 条件 和降雨影响 太原西 山地 形复 杂 ， 山高 坡 陡， 沟 壑纵 横 。山体 多 由石 炭 、 二叠 系砂岩 、 页岩和第 四系黄 土组成 ， 自然地 质环境 较差 ， 滑坡灾 害较发 育 ； 同时 ， 由于采煤 形成 采空 区 ， 引起 上部 山体 应力重新分 布 ， 沿 采 空 区与非 采 区边 界 地段 ， 产生 不 均 匀 沉 降 ， 导致岩层变形和地裂缝产生 ， 为滑坡 形成 创造 了一 个重要 条件 。该 区的滑坡后缘拉张裂缝 发育 ， 主要 为环 状裂缝 ． 外 围 为断续分布 的直线 型裂缝 ， 裂缝 走向大致 与滑坡 后缘一 致。 如牛头咀滑坡 ， 在滑 坡 后缘 发 育有 数条 拉 张 裂缝 ， 裂缝 带 长 5 0 m左右 图 3 。 4 ． 3地质构造 因素 据 历史记载 ， 古交地 区中小地震 活动频繁 ， 几乎 每年都 有 地震 发生 ， 因此本 区内局部 断裂和节理 发育 ， 经 构造 改造 的地 层抗剪强度 降低 ， 稳定 性差 ， 另上 复 岩层 又经 采矿影 响 ， 围 岩 的稳定性平衡 再 次遭到 破坏 ， 为进一 步松 动创 造 了条件 。这 样 ， 在 岩石中的断 裂 、 节 理发 育 区 ， 发 生地 面塌 陷的 时间 就会 越短 ， 速度也越快 ， 范围也会变大 。 4． 4 地 下 水 地下水是促 进 各类 地 质 灾 害发 生 和发 展 的 主要 因 素之 一 。地下水对矿坑塌 陷 、 崩塌 、 地面沉 陷等地质灾 害 的形 成起 着重要 的作用 。矿 山采掘 必然遇到地 下水 的防治问题 。 目前 我 国地下水 的防治方 法多 为疏 干法 ， 也 可使 岩体 中的裂 隙产 生扩容变形， 裂隙动水压力使岩土体的抗剪强度降低 ， 从而更 易引发地面塌陷 、 开裂和滑移。 5 地质灾 害防治措 施 综上所述 ， 太原 西山地质灾害主要 由煤矿 采空 、 地形地 质 条件 和降水引起的。同时地质构 造和地下水 也对地 质灾害 的 形成有促进 和诱 发作用 。为减少 本 区地质 灾 害的发 生 ， 提 出 以下 防治措施 5 ． 1 加大科技 投入 ， 寻求 地表 移 动变 形规 律 ， 掌握 开采 过程 中地表移动变形与采煤方法、 顶板管理 、 地质构造、 工作面布 置等因素之 间的关系 和规律 ， 以便 掌握规 律和利用 规律 ， 确保 科学有序 开采 ， 减少地表沉降 。 5 ． 2 根据 山区 特点 ， 地 表应 重 点监 测 ， 特别 是 易引起 山体 崩 塌 、 采 动滑 坡地 区。应 在井下合理 布置工作 面的位 置 ， 减 少滑 动的可能 ， 避 免突发恶性事故 的发生 。 5 ． 3 对滑坡体治理 ， 按 照“ 及时 发现 、 预 防为主 、 查 明情 况 、 尽 早治理” 的原则 ， 合 理设 计抗 滑工 程 ， 或者可 同时 在滑 坡体 周 边挖 掘排水沟 ， 防止雨水 下渗冲刷 。 5 ． 4 种植如沙棘等耐旱植物 ， 蓄水保 墒 ， 减少水土 流失 ， 防止 灾 害继续 发展。 5 ． 5 进行地 下水相关理 论的研 究 ，摸 清地下 水动态 ， 选 择合 理 的治水 方法 。 参考文献 [ I ] 建筑物 、 水体 、 铁 路及 主要 井巷 煤柱 留设 与压煤 开 采规 范[ s ] ． 煤炭工业 出版社 ， 2 0 0 0 ． [ 2 ] 蔡美峰 ， 何满潮 ， 刘 东燕 ． 岩石 力学 与工程 [ M] ． 北 京 科 学 出版社 ， 2 0 o 2 ． [ 3 ] 吕义清 ， 王银 梅 ． 曲石 湾滑 坡体 成 因分 析及 防 治措施 研 究[ J ] ． 中国地 质灾害与防治学报 ． 2 0 0 1 ， 1 2 I 2 72 9 ． [ 4 ] 胡 广 韬， 杨 文远 ． 工 程地 质 学 [ M] ． 北 京 地 质 出版 社 ． 1 9 8 4． ∞ ∞ ∞ 3 2 l 0 维普资讯