荆门市子陵石膏矿区地面塌陷成因分析及发展趋势预测

2018-03-20 07:17陈江军王国强陈尧尧王鹏来
资源环境与工程 2018年1期
关键词:荆门市采空区矿区

刘 波, 陈江军, 王国强, 陈尧尧, 王鹏来

(湖北省地质局 水文地质工程地质大队,湖北 荆州 434020)

荆门市子陵石膏矿区位于荆门市城市规划区范围,区内石膏矿产资源丰富,开发历史悠久,矿产资源的开发一方面保证了国民经济发展对矿物质材料的需求,另一方面也不同程度地造成大气、水源和土壤的污染,破坏自然景观和植被,诱发一系列矿区地质环境问题[1]。其中影响最为严重、危害最大的地质环境问题当属石膏矿采空区地面塌陷,由于地面塌陷在时间上具突发性,空间上具破坏性,产生的垂直位移变形会对原始地形地貌破坏严重,对地表工民性建筑、交通、农业、水电及通讯等基础性设施极具危害性[2]。据资料统计,自2008年以来,子陵石膏矿累计发生地面塌陷28次,总面积达0.15 km2,采空区地面塌陷频繁发生,严重影响了荆门市的城市规划建设和威胁矿区周边居民的生命财产安全。当前荆门市正值经济快速发展、全面建成小康社会的重要时期,石膏矿采空区引起的地质环境问题已经成为制约荆门市经济可持续发展和地质环境保护防治对策的重要瓶颈,开展荆门市石膏矿采空区地面塌陷的防治工作已经刻不容缓。然而,迄今为止,荆门市石膏矿采空区地面塌陷的成因分析研究工作还未展开,影响地面塌陷形成因素尚不明确,无法有效预测采空区的发展趋势,石膏矿区地面塌陷问题难以得到有效控制。因此,急需开展子陵石膏矿采空区地面塌陷成因分析,查明地面塌陷形成的影响因素,预测采空区的发展趋势,对保障矿区百姓生命财产安全、矿区土地的利用以及重大基础设施建设规划具有十分重要的现实意义[3]。

1 子陵石膏矿地质条件及开采概况

1.1 矿区地质条件

子陵石膏矿区位于鄂西山地与江汉平原过渡带,属低缓丘陵地貌区,总体地势为西北高、南东低。矿区新华夏系第二构造沉降带、江汉凹陷西缘荆门向斜东翼的南段,区域构造主要为南漳—荆门断裂,断裂性质较为复杂,属多期复合性断裂。受其影响,下盘子陵铺矿段地层在近东西向压扭构造应力作用下,拖褶形变为一个平缓的向斜构造。子陵矿区主要被第四系覆盖,与下伏地层不整合接触,石膏矿层赋存于白垩系上统跑马岗组(K2p),矿层埋藏较浅、品位较高,与围岩呈互层状产出。矿层直接顶板围岩为泥岩、膏质泥岩、粉砂岩等,抗压强度低,属软质岩石,遇水易软化、泥化、崩解,坚固性、稳定性差,井下形成采空区后易造成冒顶等不良工程地质现象,不能直接作为矿房顶柱(图1)。石膏矿层(体)结构致密,属半坚硬岩石,完整性、连续性好,工程地质性质优于顶板围岩岩性。根据矿山多年的采矿经验,回采矿房时保留1~2 m 的顶柱,以保护矿房顶柱不冒顶,并保持泥岩、膏质泥岩、粉砂岩等隔水层的完整性,以防上部孔隙—裂隙水流入矿坑。

矿区水文地质条件简单,开采过程中构成矿床充水的含水层均位于矿层之上,主要含水层有第四系孔隙潜水含水层、古近系夹马槽组(Ejm)砂岩孔裂隙含水层。第四系孔隙潜水及基岩风化带孔隙—裂隙水主要受大气降水补给。区内矿山采取地下方式开采,由于全年井筒开拓过程中穿越上部浅层含水岩层,造成浅层地下水渗入井下,局部采矿区内由于打穿上部预留石膏矿层及含水岩层,顶板漏水,矿床充水主要含水层均位于矿层之上,矿层与主要含水层之间也有较厚的隔水层存在,因此矿床为间接充水方式,矿层之上的含水层可通过裂缝、构造破碎带及打穿顶板隔水层之间的通道补给矿床。

图1 荆门市子陵石膏矿工程地质剖面图Fig.1 Engineering geological profile of Ziling gypsum mine in Jingmen city1.第四系松散残坡积含碎石粉质粘土岩组;2.古近系夹马槽组软弱中厚层粉砂质泥岩夹泥质粉砂岩岩组;3.白垩系上统跑马岗组软弱中厚层粉砂质泥岩夹泥岩岩组;4.含碎石粉质粘土;5.粉砂质泥岩;6.泥质粉砂岩;7.泥岩;8.石膏;9.钻孔及编号;10.采空区。

1.2 矿区开采概况

荆门市子陵铺镇石膏矿山始建于20世纪90年代初,由福桥、新桥、曾庙、宝安及金陵5家石膏矿山组成,矿区面积约2.76 km2。20余年来,子陵铺镇石膏矿矿山企业在经营体制上经历了集体与私营企业的转型。矿山主要开采矿层为Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ石膏层,矿床埋深在40~120 m。该石膏矿矿层采用斜井开拓方式,以

巷道采矿法与房柱采矿法混合采矿,采空区回采主要为沿倾向后退式回采,矿房回采一般采用沿走向前进式推进,顶板采用预留石膏层护顶,矿房间预留矿柱。在历经20余年的地下采矿后,矿区内形成了大量未经处理的采空区域。依据荆门市国土资源局东宝分局提供的矿山井上、井下对照图及收集资料综合分析,目前矿山形成的采空区总面积约1.16 km2,约占矿区总面积的42%。

1.3 采空区分布及规模

子陵石膏矿采空区面积约1.16 km2,采空区大致呈南北向分布于矿区的中部及东北部一带,采空区南北长约2 400 m,东西宽约1 500 m,其中以金陵、新桥石膏矿采空区面积相对较大,而以福桥、宝安两矿山采空比例较大,各矿山采空区规模基本情况见表1。

采空区的分布主要与矿层发育厚度、地表工程的分布情况及矿山开采方案设计有关,矿层发育厚度受区域构造作用影响较大,当矿层较薄时,在预留护顶膏层3 m的前提下,采矿性价比不高,因此前期矿山开采主要针对矿层厚度较大的地段,从而形成目前的采空区分布格局。

表1 子陵石膏矿采空区规模一览表Table 1 List of goaf scale of Ziling gypsum mine

1.4 采空区形态及结构

子陵镇石膏矿经二十余年的地下采矿活动,矿区内形成了大面积采空区域,根据收集的矿山井下开采资料与勘查核实,采空区整体空间形态受区内向斜构造及矿床沉积形态控制,采空区大致为一“锅底”形状发育,整体以中部低洼,四周扬起为特征。采空区底板埋深40~120 m,采空区高6~9.5 m,以矿区中部矿层较厚(10~15 m)、采空区埋深较大(100~120 m)、采空高度大(8~10 m),四周矿层较薄、埋深较浅、采高小为特征[4]。

采空区结构主要由矿柱、矿房及围岩组成,采空区因形成的时段不同,不同时期存在开采及管理模式上的差异,因而在采空区空间结构上有所不同。子陵石膏矿区五家矿山关停前采空区空间结构见表2。曾庙及金陵石膏矿矿柱预留尺寸较大,新桥及宝安矿矿柱预留尺寸较小;矿房尺寸以福桥及曾庙矿较大,新桥及宝安矿较小;采空区高度以曾庙及福桥最高,新桥最低;护顶层厚度以福桥及曾庙矿最大,新桥矿最小。采空区顶、底板岩石均为粉砂质泥岩,因顶板泥岩工程地质条件较差,一般在开采过程中均留有不等厚度的石膏层作护顶,其中以福桥、曾庙矿预留护顶膏层的厚度相对较大(2~3 m),新桥矿护顶高度最小(1~2 m)。

2 子陵石膏矿区地面塌陷特征

荆门市子陵矿区发生采空型地面塌陷28处,在5个矿区均有分布,其中分布在曾庙(10处)、新桥(6处)、福桥(5处)、宝安(4处)以及金陵(3处)。地面塌陷总面积约15.3×104m2,占矿山采空区面积12.7%。子陵石膏矿区地面塌陷形式主要以单坑(洞)、零星、季节性发育为主,其平面发育形态多呈椭圆形、圆形发育,塌陷坑深度一般在5~30 m,单坑发育面积一般在50~30 000 m2。

2.1 地面塌陷类型

子陵石膏矿区地面塌陷按塌陷形态可分为“深坑式”塌陷和“锅底形”塌陷两种地面塌陷类型(图2)。

“深坑式”塌陷面积较小(一般<2 000 m2),如T9、T16、T26地面塌陷,其塌陷深度较大,塌陷形状呈反漏斗状,地表呈圆形、椭圆形,塌陷面积小于采空区面积,陷坑周壁岩层出露清晰,岩石近垂向微张裂隙较发育,粉砂岩、砂岩中的塌陷断面较平直、光滑,塌陷区中下部形态受岩石构造裂隙控制性较强,多以方形或不规则多边形发育,小面积地面塌陷往往变形较剧烈,虽然影响范围不大,但对地表形成的破坏性及危险性较大。

“锅底形”塌陷区面积较大(2 000~30 000 m2),其中心塌陷深度一般在5~10 m左右,塌陷坑形态较为舒缓,呈“锅底形”内倾渐变式发育,局部边、角一带偶有“坑中坑”发育,其内坑发育规模一般<100 m2,深度一般在2~8 m左右。大面积地面塌陷往往形成的影响范围较大,虽变形模式相对柔和,但其对地表建筑物破坏性较大[6]。

图2 荆门市石膏矿区地面塌陷类型(修改自王官宝等[5])Fig.2 Type of ground collapse in gypsum mining area in Jingmen

照片1 “深坑式”地面塌陷Photo 1 Surface collapse of “Deep pit”

照片2 “锅底形”地面塌陷Photo 2 Surface collapse of “Pan bottom”

2.2 塌陷变形特征

根据塌陷坑地表变形特点及形态发育特征,塌陷区大致分为中间均匀下沉区及危险变形移动区。

均匀下沉区位于塌陷区中心部位,发育范围一般较小,约占总塌陷区面积5%~12%,但在小面积塌陷中其中部沉降区所占比例较大,该区平面发育形态与整体塌陷区形态较一致,具明显均匀性沉降特点,常形成塌陷区中心部位的平坦地块,中间沉降区裂缝一般不发育,多以宽度小(0.2~3 cm)、延伸短(0.5~5 m)为特征,地面塌陷后中间下沉区往往易形成积水或泥化现象。

小面积地面塌陷主要以中心部位的垂直塌陷为主,其外围移动变形区范围一般较小,该区发育宽度一般<15 m,以地表松散岩土的拉裂变形为主,岩土垂直位移量较小(一般<5 cm)。地面拉裂缝多呈弧形、不均一发育,缝体延伸一般约1~8 m,缝宽一般<15 cm,可视深度一般<2 m,总体趋势由内至外裂缝规模逐渐减小,变形减弱。

大面积地面塌陷时,其移动变形区范围一般较大,地表出现有拉裂、倾斜、跌落等多项变形特征,其变形规模也远大于小面积地面塌陷,拉裂缝以弧形、环形拉裂缝为主,外围裂缝在发育长度、宽度及垂直位移量上明显大于内区,根据区内发生的T12、T13、T15 3起规模较大的地面塌陷看,其变形移动区范围约50~100 m,外围拉裂缝一般连续性好,延伸长一般在50~300 m左右,缝宽一般在0.2~1.8 m,最大可视深度>5 m,基本形成了较为完整的环形裂缝,裂缝由外及内渐稀,规模渐小;移动区倾斜、跌落变形明显,其变形程度呈外(移动区外侧)大内(移动区内侧)小特点,移动区外边缘段的跌落坎高度一般在0.5~1.5 m,跌落坎发育角度一般>60°,塌陷倾斜角度一般在8°~20°,在接近中间区时其倾斜、跌落变形不明显。

照片3 小面积塌陷中间区形态Photo 3 Form of small area collapse of middle area

3 地面塌陷形成原因分析

3.1 地面塌陷影响因素分析

3.1.1 岩土体工程地质条件

荆门市子陵石膏矿开采矿层主要为白垩系上统跑马岗组革集亚组石膏山段含膏岩系,上部覆岩主要为古近系夹马槽组及白垩系上统跑马岗组粉砂岩、粉砂质泥岩及泥岩组成。古近系粉砂岩天然抗压强度为11.2~13 MPa,白垩系泥岩抗压强度为6.9~8.5 MPa,粉砂岩抗压强度为10.1~12.2 MPa,含膏泥岩抗压强度为11.8~14.6 MPa,力学强度低,均属软质岩类[7]。室内测试岩石软化系数为0.292~0.475,岩石吸水极易软化,在室内泥岩饱和试验中,岩样浸泡12 h后全部崩解,充分说明区域内含泥成分较高的岩石遇水软化特性十分明显,矿层直接顶板为粉砂岩泥质,遇水软化后其岩石力学强度迅速降低,极易导致坑道顶板层面或裂隙切割部位形成崩落[8]。

照片4 大面积地面塌陷边缘拉裂缝Photo 4 Edge crack of large area surface collapse

3.1.2 矿区构造

构造作用与地面塌陷关系:子陵矿区28处采空区地面塌陷,大致位于区域向斜构造核部的地面塌陷为13处,向斜核部的地面塌陷数量占总地面塌陷数的46.4%(如图3);曾庙石膏矿采空区右侧发育一条正断层,并造成了对曾庙矿区地层错断,曾庙石膏矿10处地面塌陷均发育在该正断层附近;福桥石膏矿发育两条小断裂,两条小断裂上各发生1次地面塌陷,其中T28于2016年4月9日发生,对四干渠的输水灌溉带来了极大影响;从地面塌陷的规模上看,仅发育于构造核部的T5、T12、T13以及发育在曾庙石膏矿正断层附近的T15四处地面塌陷面积约93 830 m2,占子陵石膏矿区总塌陷面积的61.2%[9]。

受荆门断裂影响,矿区基本由一拖褶形成的平缓向斜构造组成,局部发育的次级断裂级构造不仅对地层的完整性形成破坏,同时也易切穿隔水层,形成良好的导水通道,该时代地层中断裂构造往往因形成年代较晚,构造带岩石较破碎、胶结程度一般较差,常被视为不良工程地质建筑地段,不利于地层的整体稳定,为采空区变形提供了条件。

图3 矿区构造作用与地面塌陷位置对应图Fig.3 The corresponding map of the tectonic action of the mining area and the ground subsidence1.矿界;2.实测四干渠;3.正断层;4.矿名;5.采空区;6.塌陷坑;7.向斜构造。

3.1.3 采空区空间结构及埋深条件

采空区埋深与地面塌陷的关系:子陵石膏矿区小于临界覆岩深度(70 m)范围的采空区约占总采空区面积的50%。据统计28处地面塌陷中,发生在采空区埋深<70 m的采空区塌陷18处,埋深>70 m的采空区塌陷10处,约占已发地面塌陷灾害的64.3%。采空区空间尺寸大小与合理结构组成是决定采空区稳定性基本条件,当矿房尺寸过大或矿柱尺寸过小时,矿柱及顶板岩石承重压力过大,容易形成对矿柱或顶板岩层的破坏。当采空区高度越大时,冒落带、导水裂隙带就越大,上覆岩层在纵向的变形范围就越大,采空区越不稳定。当采空区顶板发生冒落、崩落等变形时,在上部覆岩中易形成“三带”变形区,如采空区覆岩厚度小于临界覆岩变形厚度时,采空区变形将波及到地表形成地面塌陷。

3.1.4 采空区充水条件

采空区充水与地面塌陷的关系:矿区于2009年12月全部关停,除北部金陵矿因其他原因井下排水工作一直持续到2012年12月,其余几个矿区均停止井下排水工作。2012年12月前,金陵石膏矿未出现过地面塌陷的情况,停止井下排水工作后,于2014年金陵石膏矿出现了T21、T23两次地面塌陷的情况;其余矿区随着采空区充水时间加长,矿区充水面越来越大,地面塌陷数量呈现逐年增多的趋势,子陵矿区28次地面塌陷中24次地面塌陷均是发生在采空区充水之后。

3.1.5 粗放型采矿活动

粗放型采矿与地面塌陷的关系:因为矿山关停多年,井下硐室环境复杂,采空区状况仅限于对前人资料的收集及调查访问所得,经从事过井下开采工作多年的矿工描述:曾庙、新桥以及福桥矿山发生的21起地面塌陷部位,其井下均存在有不规范开采现象,主要表现为矿柱预留过小、护顶膏层厚度过小、重复采动等。同时,新桥、福桥以及宝安石膏矿存在有明显的越界超采现象,T5、T12、T13、T15、T28 5处规模较大的地面塌陷均发生在越界超采部位,初步分析矿山粗放型开采模式对后期地面塌陷的影响较大。

3.2 地面塌陷成因综合分析

荆门市子陵石膏矿经多年开采形成的采空区面积大,空间结构较复杂,影响采空区稳定的因素较多,根据2008年以来发生在矿区内的28处地面塌陷的发育分布规律、变形特点,结合区域水文、工程地质环境条件及矿山工程特点进行综合分析,子陵石膏矿发生采空区地面塌陷的主要原因为:采矿作业不规范、区域岩土工程地质条件差、矿区地下水浸泡、软化作用及矿区构造作用等。

(1) 采矿作业是一个较为复杂的工程,科学合理的工程设计及采矿工艺规范化是矿山安全的重要保障,子陵石膏矿建矿较早,长期以来属集体、私企性质,缺乏规范性开采程序及矿山安全保护意识,局部矿柱受到了超强回采与剥离,对矿房空间尺寸没有严格控制,护顶膏层的厚度没有按要求预留等,导致采空区空间结构不合理,地应力过度集中,对矿柱、顶板形成破坏,从而引发采空区变形。

(2) 矿区地层主要沉积为第三系—白垩系粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩及泥岩,岩石沉积年代较新,泥质、粉砂质胶结程度不高,岩石力学强度较低,属软—半坚硬岩类,采空区形成后,覆岩压力主要集中在预留矿柱及采空顶板岩层上,矿柱及采空围岩在风化、疲劳性破坏作用下,岩石强度方面表现为明显劣化性,岩石强度逐渐低于采空形成期时的静力强度,当采空区出现应力失衡时,采空区发生变形破坏。

(3) 地下水在接受大气降雨补给后,通过岩石裂隙、构造带及巷道等多个渠道进入下伏采空区,矿区岩石力学强度低,泥质成分含量较高,地下水在运移过程中,不仅能软化岩石结构面,降低岩体结构内力,同时在入渗到采空区后形成积水,对矿柱、围岩进行长期浸泡、软化,使岩石力学强度急剧下降,矿柱失效后采空区变形。

(4) 矿区基本位于区域向斜构造的核部,受构造营力作用,核部地段的岩石其完整性相对较差,力学强度较低,不利于地段岩石的稳定。矿区内局部发育的小型断裂构造不仅对矿层连续性造成错断,岩石的完整性受到破坏,形成工程地质条件“薄弱”地段,同时也为矿区地下水运移创造了良好条件。统计发生在向斜轴部及断裂构造区域内的塌陷点约25处,占全矿区已发地面塌陷总数的89.3%。

4 地面塌陷发展趋势预测及防治对策建议

4.1 地面塌陷发展趋势预测

采空区变形主要由复杂井下工程及地质环境的不断恶化造成,其影响因素较多,各因素间相互作用复杂,以下主要根据采空区分布情况及塌陷分布、变形情况等,进行综合性分析后对子陵石膏矿采空区进行地面塌陷变形趋势预测。

子陵石膏矿区采空区面积1.16 km2,约占矿区总面积42%。据统计:2008年7月-2016年4月子陵石膏矿区发生采空区地面塌陷28处,累计塌陷面积约15.3×104m2,仅占矿山采空区面积12.7%。目前,地面塌陷面积远小于矿区采空区面积,在今后很长一段时间内,子陵矿段仍有出现大规模塌陷的可能。

子陵矿区东北区域分布有金陵石膏矿和宝安石膏矿,其中金陵石膏矿采空区分布面积大,地面塌陷发生次数少、面积小。金陵石膏矿采空区面积占总采空区面积的34.3%,仅发生3次地面塌陷,塌陷面积也不足总塌陷面积7%,分析其主要原因是矿区关停后,金陵石膏矿持续抽水至2012年底,目前采空区尚未形成大量积水。但该区域采空区面积大,分布连续,随着采空区积水增多,石膏矿柱遭到地下积水浸泡、软化作用后,发生大面积地面塌陷的可能性较大。宝安石膏矿虽塌陷次数较少,但地面塌陷面积相对较大,以T13塌陷坑为典型代表,当采空区经历了地面塌陷变形后,采空区空间得到了充填或挤压,采空区空间变小,后期的变形将日趋缓和,塌陷区再次发生强烈的、大规模的地面塌陷可能性不大。但前期钻孔资料可知,目前宝安石膏矿积水达到一定高度,并且积水量有进一步增加的趋势,采空区石膏矿柱长期在水的作用下将逐渐失去支撑作用,从而会更快的引发采空区覆岩失稳变形。因此,可以预测宝安石膏矿出现大规模地面塌陷的可能性小于金陵石膏矿,但其目前的稳定性远差于金陵石膏矿,短期内出现塌陷的可能性相对较大。

子陵矿区中部区域分布有新桥石膏矿和福桥石膏矿,采空区呈连续分布面积较大,并在该区域存在大面积的重复采动区域(开采2层石膏矿区域)。该区域采空区越界开采情况严重,T5、T12两次大规模的地面塌陷均发生在矿区交界部位。子陵矿区中部地段石膏矿品位高、厚度大,后期开采预留矿柱(面积比和宽高比)较小;矿山关停后,由于该采空区地势较低,易形成汇水区,采空区矿柱较其他区域更早被破坏;矿区的上覆岩层在子陵铺向斜的构造作用影响下,岩层的完整性遭到破坏,更易发生采空区地表变形。该区域在T5、T12、T17塌陷区继续出现塌陷可能性不大,主要以后期地表缓慢变形为主。但在其他区域,特别是两个矿区越采区域和重复采动区域,出现大规模的塌陷的可能性较大。目前在两矿区交界部位也发现了两条正在发育地裂缝LF1、LF2,指示该区域目前已经处于不稳定状态,随时有出现塌陷的可能。

子陵矿区西部区域分布为曾庙石膏矿,曾庙石膏矿采空区面积相对较小,但其采空区埋深浅,采高大。该区域早期采矿粗放,井下采空区结构较差,采空区整体处于不稳定状态。据统计,曾庙石膏矿发生地面塌陷次数较多,但总体上以小规模塌陷坑为主,仅在矿区北部出现的T15塌陷坑面积相对较大。根据前期钻孔资料,目前曾庙石膏矿采空区充水水位达到一定高度,由于与其他矿区缺乏水力联系,其水位普遍高于其他矿区。该区域采空区发生地面塌陷变形的可能性较大,但由于该区域采空区形成规模有限,预测该采空区域变形将以小面积地面塌陷为主。

矿山关停后井下抽水活动停止,采空区水位呈逐年上升趋势,矿区软质岩层遇水软化特征明显,采空区积水对矿柱、底板及围岩的浸泡、软化作用日渐增强,现状表明地下水对矿柱的浸泡、软化作用明显,采空区充水将已经成为诱发采空区地面塌陷或变形的第一影响要素,采空区充水趋势很大程度上将影响下伏采空区变形的走势[10]。目前子陵石膏矿区采空区已发地面塌陷面积约12.7%,石膏矿采空区变形发展空间较大,矿山关停后采空区无人管理、硐室围岩体结构破坏加剧、矿坑充水趋势明显等不利因素日渐突出,子陵石膏矿区采空区变形将呈明显加剧趋势。

4.2 防治对策建议

由于历史原因,2009年荆门市子陵石膏矿区5家矿山企业关停后,矿区采空区主体责任缺失。采空区地面塌陷防治宜遵循以下途径:

(1) 健全完善地面塌陷防治管理体系。建立政府主导、部门协同、分级负责、齐抓共管的地面塌陷防治工作管理体系,严格采空区工程建设项目地质灾害危险性评估及地面塌陷风险评估制度,有效防范地面塌陷灾害。

(2) 加大宣传力度,提高全民防灾意识。使人民群众更多地了解塌陷所带来的严重后果,进而增强地质环境保护意识,使之成为一支减灾防灾的生力军。

(3) 重视采空区基础地质研究,加强采空区地面塌陷的调查。查明区内地质构造、工程地质及水文地质条件,概化地面塌陷机制模型,为荆门市地面塌陷防治提供基础依据。

(4) 强化采空区地面塌陷监测。建立采空区地面塌陷监测、预警和应急处置体系,系统地掌握塌陷区及不稳定区的动态规律。一是依托广大群众组建地面塌陷群测群防网络,进行地面塌陷监测预警;二是在地面塌陷调查评价的基础上,实施子陵石膏矿区地面塌陷监测预警示范工程,在取得明显效果后,逐渐推广并全面落实全市地面塌陷隐患的专业监测工作。

(5) 统筹规划,合理安排。避免“头痛医头,脚痛医脚” 的短期行为,注意轻重缓急,尤其是治理方案中必须充分考虑与生态地质环境保护结合起来,对已进行试验的措施须认真总结,效果好的应及时推广。

(6) 因地制宜,科学治理。石膏矿开采造成的塌陷具有毁灭性和不可逆性,因此对采空区地面塌陷的治理应运用塌陷学、生态学、环境学等多学科理论为指导,因地制宜,进行综合治理。采空区地面塌陷地开发利用和生态重建应本着因地制宜、 综合利用、 注重实效的原则,宜农则农、 宜林则林、宜牧则牧、宜渔则渔、宜草则草、宜园则园、宜建则建的方式进行。在无法避让或避让代价高于工程治理代价的情况下,采用工程措施进行治理,防止地面塌陷的进一步发展。

(7) 构建地面塌陷防治技术支撑体系。应加强荆门市子陵石膏矿采空区地面塌陷防治技术研究,探索地面塌陷监测与防治技术,深化地面塌陷调查与监测技术应用,开展地面塌陷的成因机理和预测预报,加强地面塌陷灾害的防治关键技术研究,提高地面塌陷预测与防治能力。

5 结论

(1) 荆门市石膏矿采空区地面塌陷的形成原因复杂,影响因素众多,本次研究选取了几个单要素与地面塌陷的对应关系上进行了统计分析。据综合分析结果,采空区地面塌陷形成的影响因素主要有区域构造作用、岩土工程地质条件、井下粗放型开采、采空区空间结构及埋深和采空区充水条件等几个方面。

(2) 子陵石膏矿区采空区已发地面塌陷面积占采空区面积约12.7%,采空区变形发展空间较大。矿山关停后采空区无人管理、硐室围岩体结构破坏加剧、矿坑充水趋势明显等不利因素日渐突出,子陵石膏矿采空区变形将呈明显加剧趋势。

(3) 子陵石膏矿采空区分布范围广、治理难度大,如要彻底解决石膏矿采空区引起的地质环境问题并非一朝一夕之事,为保障矿区及其周边百姓的生命财产安全,亟需构建地面塌陷监测网络,完善采空区地面塌陷监测、预警和应急处置体系,系统地掌握塌陷区及不稳定区的动态规律;同时,也需充分调动社会各方面的积极性,建立多元化、多渠道的投资机制,鼓励社会援助,努力争取国家相关扶助资金开展矿区采空区地面塌陷的综合防治工作。

[1] 陈江军,刘波,余荣华,等.基于模糊综合法的采空区稳定性评价——以荆门市子陵石膏矿采空区为例[J].资源环境与工程,2016,30(6):927-933.

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