某矿山地面塌陷成因分析

摘 要：对已发生的某矿山地面塌陷的影响因素及其致灾机理进行了综合分析与研究，指出其矿山地面塌陷具有的多种因素致灾的特点，是人类采矿活动、不良地质环境条件及不良气候共同作用的结果。针对塌陷区现状进行塌陷成因分析、稳定性分析，并提出相应的防治措施及建议。

关键词：矿山；地面塌陷；成因分析；稳定性分析；防治措施及建议

前言

2009年10月4日上午，云南省某镇锡矿5-9号坑劳务人员临时居住的一间简易房屋地段发生地面塌陷，地面塌陷使地表形成面积约20m2，塌陷深度约8m的隋圆形的塌陷坑，塌陷量约为200m2，塌陷造成人员伤亡事故。塌陷灾害发生后，经市政府及时组织、开展的应急联动救援工作结果，最终确认塌陷灾害致4人死亡。后由于及时对塌陷坑进行了回填处理，并采取压力注浆加固的方法封堵了塌方溃水点，避免了灾害的进一步扩大。

1 塌陷区环境地质条件

1.1 地形地貌

塌陷区处于红河与南盘江水系地表分水岭地带，区域岩溶发育，冲沟溯源侵蚀强烈，河谷深切，谷坡陡峻、狭窄，多呈“V”型谷。区域地貌类型属构造侵蚀、溶蚀中山地形地貌。

1.2 地层岩性

1.2.1 区域地层。地面塌陷区段区域上主要出露分布的地层中三叠统个旧组（T2g）碳酸盐类岩，层厚1442～4200m；中三叠统法郎组（T2f）砂页（板）岩层；以及上三叠统的鸟格组（T3n）、火把冲组（T3h）砂、页（泥）岩类碎屑岩，伴随有燕山期侵入的花岗岩体。

1.2.2 地面塌陷点地段地层岩性。地面塌陷点地段地层岩性主要是：第四系全新统人工堆积（Q4ml）形成的松散碎石土、块石和冲洪积粘土夹碎石（Q4al+pl）层，以及中三叠统个旧组（T2g13）灰色、深灰色厚层状白云岩。

1.3 地质构造

根据地面塌陷灾害相邻采矿权矿区范围设置及坑道综合平面图资料显示，地面塌陷点地段主要发育近东西向及北东向两组断裂，断裂构造及其特征简述如下。

1.3.1 北东向组断裂。该组断裂主要由三条断裂组成，分布于地面塌陷点北侧，总体产状：走向N25°～30°E，倾向SE，倾角65°～75°，走向长大于50m，断裂性质均属压扭性断层，三条断裂大致呈平行展布，断裂规模较较小，三条断裂两侧地层岩性均为个旧组（T2g13）灰色、深灰色厚层状灰岩、泥质灰岩夹白云岩。

1.3.2 近东西向组断裂（新山断裂）。位于地面塌陷点南侧约20m，断裂产状：走向近N65°～75°W向，倾向N，倾角80°，长大于600余米，宽4～8m，断裂发育于T2g强岩溶化层状石灰岩、白云岩地层中，断裂带主要由断裂面及角砾岩组成，胶结较紧密，具张、扭特征。

1.4 水文地质条件

地面塌陷区段位于红河与南盘江水系分水岭南侧，区内无大的地表河流水系，仅分布有一条溪流，即卡房大沟溪流，分布于卡房盆地南侧，呈南北向展布，横断面呈“V”字型，属红河左岸浑水河上游的二级支流。本区是地下水的补给区，地下水主要靠大气降雨补给，在碳酸盐类岩层分布地段，往往发育以垂直为主的岩溶漏斗、落水洞及冲沟为主的地形地貌，地下水以垂直渗透为主，向南部平距约20km的红河峡谷排泄。

2 塌陷区的成因分析

2.1 工程采矿活动产生地面塌陷的原因分析

据现场走访调查，该地段从古至今不间断从事着规模不等的采矿工程活动，由于采矿工程活动，致使地段范围内地形地貌有不同程度的改变，造成基岩裸露，植被覆盖率低，水土流失严重，破坏性较大，现状地面塌陷点，在2006年以前为冲沟，后由采矿工程产生的排渣废土填埋堆积形成，堆积物厚近30m，排渣废土结构总体呈松散状态，松散堆渣在地表水下渗及堆渣堆载荷载的共同作用下，有诱发产生地面塌陷可能性，可能性屬小。另外，由于存在历史采矿问题，发生地面塌陷地段是否分布有民采私洞。

2.2 地下水条件造成地面塌陷原因分析

地面塌陷地段位于地表分水岭岩溶缓坡地带，地表岩溶化强烈，无地表水系。地下水主要靠大气降雨补给，近年来雨季降雨较频繁、集中、强度大，地表水集中在往地下渗透过程中，对破碎带、节理、结构面及土体具有浸润软化作用，地表水的下渗促使岩溶、裂隙扩张、发育，对地面塌陷的产生，地下水有重要影响因素。

2.3 地质环境条件造成地面塌陷综合原因分析

地面塌陷点地段地质环境条件复杂，地貌类型属构造侵蚀、溶蚀中山地形地貌，地处红河与南盘江水系地表分水岭斜坡地带，断裂构造发育，地层为一套中三叠统个旧组碳酸盐类岩层，岩溶强烈发育，在地表形成规模较大的溶蚀峰丛与洼地、漏斗组合，在地形较陡的斜坡地带，以发育溶槽、冲沟为主。在地面塌陷点南侧20m地段分布有近东西向新山断裂，在断裂的北侧派生有北东西向的次级小断裂，断裂两侧岩石完整程度受断裂控制明显，具一定分带性，靠近断裂带岩石破碎、岩体稳固性差，远离断裂带，岩石完整，稳固性好。现状地面塌陷点正好处于断裂影响带范围内，岩石破碎。区段范围内地形地貌+碳酸盐类岩层+断裂构造，有机的结合形成区段复杂的岩溶构造组合空间，岩溶依附构造、岩性而发育，而构造及一系列结构面及可溶性岩层是导致岩石破碎、节理、裂隙、岩溶发育，具备产生裂隙、溶洞的基本条件。综上所述，地貌+岩溶+构造+可溶性岩层的组合特点是产生和形成地面塌陷的重要原因。

3 塌陷区现状稳定性分析

塌陷地段地层岩性组成为第四系人工堆积形成的松散碎石土、块石（Q4ml），结构总体松散。塌陷坑产生形成后在周围地段未发现明显的地面开裂变形、地裂缝、陷落等迹象，但从塌陷坑产生、形成到稳定，岩（土）体变形总体有一个从应力释放到应力调整的缓慢变形过程，因此，地面塌陷点现状岩（土）体变形处于应力调整阶段，地面塌陷点及周围地段岩（土）体均可能产生开裂变形、地裂缝、陷落等。综上所述现状地面塌陷点岩（土）体处于不稳定状态，有进一步产生地面塌陷的可能。

4 塌陷区防治措施、建议

（1）对地面塌陷点地段所有矿区企业开展预防灾害隐患拉网式排查，并安排辖区范围开展预防灾害隐患调查；建议对距地面塌陷点50m范围内工棚、设施作搬迁、撤除处理，遣散所有人员。（2）对在地面塌陷灾害点地段，建立危险性警示标志（牌），采用铁丝网或其它材料围栏进行隔挡，避免人、牲进入造成伤害，在地面塌陷灾害点边界地段建立几处地裂变形监测点，指定专人定期进行监测，将监测数据记录登记造册。（3）对塌陷区地段内的矿山企业管理的坑道作好进一步变形监测数据记录，并建立相应的应急处置方案，避免类似事故再次发生。（4）由于存在历史采矿问题，发生地面塌陷地段是否有民采私洞分布，有待作进一步调查。（5）对地面塌陷形成的塌陷坑，进行调查、监测工作结束后，作回填处理，并建立警示标志。

5 结束语

矿山地面塌陷致灾的因素较多，人类采矿活动的影响、不良地质环境条件及不良气候条件等共同作用的结果，岩溶、断裂发育及覆盖层厚度小是造成地面塌陷的内因，地下水、地表水造成土体力学强度降低是地面塌陷的外因。矿山地质灾害具有突发性强、危害大的特点，应该对现有地质灾害发生的环境地质条件和致灾机理进行认真分析、总结，为防止同类地质灾害的发生和采取有效的治理措施提供参考。

参考文献

[1]张倬元.工程地质分析原理[M].北京：地质出版社，1980.

[2]纪万斌.工程塌陷与治理[M].北京：地震出版社，1998.

[3]云南省地质灾害的发育特征及防治对策与建议[J].中国煤田地质，2003，6：48.

作者简介：伏小双（1979-），男，工程师，主要从事岩土工程地质、水文地质和地质灾害预测、防治工作。