周 丹, 景佳俊,邢 雪

(1.江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局第五地質(zhì)大隊，徐州 221004; 2.河海大學(xué)，南京 210098)

0 引言

江蘇省邳州石膏礦區(qū)是華東最大的石膏礦產(chǎn)地之一，開采歷史已有30多年，由于以往開采技術(shù)落后，技術(shù)管理水平低，大量開采石膏資源，雖然帶來了經(jīng)濟效益，但留下了嚴(yán)重的采空地面塌陷隱患。自2005年3月發(fā)生第一起地面塌陷以來，邳州石膏礦區(qū)連續(xù)多年發(fā)生地面塌陷災(zāi)害，且頻率不斷加快，規(guī)模不斷擴大，造成礦井報廢、土地?fù)p毀等嚴(yán)重后果。2012年4月15日，第一石膏集團(tuán)公司平臺礦主井生產(chǎn)區(qū)發(fā)生大面積地面塌陷，對礦區(qū)人民的生命及財產(chǎn)安全造成了較大威脅，引起了各級政府及相關(guān)主管部門的高度重視。因此，研究邳州石膏礦區(qū)采空地面塌陷特征及防治對策具有十分重要的意義。

目前，國內(nèi)許多學(xué)者對石膏礦區(qū)采空地面塌陷機理開展了大量研究，并取得了一定成果[1-6]。鄒洋等[1]將石膏礦上覆巖層的自然冒落作為一個逐級發(fā)展的過程來處理，根據(jù)普氏平衡拱理論對各級拱形做出兩點假設(shè)，即冒落拱頂部弧線為拋物線，礦柱按θ角剝落。賀桂成等[2]利用FLAC(3D)對湖南衡山縣石膏礦閉坑前后采空區(qū)引發(fā)的地面塌陷機理進(jìn)行了模擬，估算了塌陷區(qū)影響范圍到采空區(qū)邊界的距離，分析了石膏礦開采礦房與礦柱的合理采場結(jié)構(gòu)參數(shù)。閆世民等[3]在分析邳州石膏礦地面塌陷機理的基礎(chǔ)上，建立了邳州石膏礦區(qū)采空地面塌陷易發(fā)性模糊評判模型，對礦區(qū)進(jìn)行了易發(fā)性分區(qū)。劉星輝等[5]針對湖南邵東石膏礦區(qū)采空區(qū)情況提出了相應(yīng)防治對策。陳樂求等[6]對石膏礦采空區(qū)充填加固技術(shù)進(jìn)行了試驗性研究，確定了充填物的最佳配方。

以往研究工作主要針對石膏礦的開采方式，注重巖層移動及應(yīng)力分析等塌陷發(fā)生機理及影響采空地面塌陷地質(zhì)因素的研究。然而，在石膏礦地面塌陷防治對策研究中，由于區(qū)域性較強，防治方法不能通用。本文通過對邳州石膏礦區(qū)的地質(zhì)背景、已塌陷區(qū)的形狀和發(fā)展過程等因素進(jìn)行調(diào)查分析，闡述了邳州石膏礦區(qū)采空地面塌陷發(fā)育特征。同時，結(jié)合礦區(qū)地表建筑物重要程度及礦山下一步開采規(guī)劃，提出了適宜邳州石膏礦區(qū)的防治對策。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 礦區(qū)地質(zhì)背景

邳州石膏礦區(qū)位于華北地臺魯西南斷隆帶南緣的東端，區(qū)域主要斷裂構(gòu)造形跡以EW向為主，有蔣單樓—河口—四戶斷裂和四戶南斷裂，這2條斷裂是形成四戶凹陷(盆地)的主要斷裂構(gòu)造，構(gòu)成了盆地的北、南邊緣。盆地內(nèi)部主要發(fā)育有NNE向和SEE向正斷層，常造成地層及膏層的抬升或下降。整個礦區(qū)斷層受區(qū)域構(gòu)造影響，總體呈近EW向或EW向展布，NE向或近SN向斷層晚于EW向斷層，并錯動EW向斷層。區(qū)域上分布的主要地層有新元古界青白口系土門群和震旦系(缺金山寨組)、中生界白堊系青山組和王氏組、新生界古近系大汶口組及第四系。礦區(qū)地質(zhì)簡圖見圖1。

1.太古宇泰山群; 2.青白口系土門群; 3.震旦系九頂山組; 4.震旦系趙圩組; 5.震旦系倪園組; 6.震旦系城山組; 7.下白堊統(tǒng)青山組; 8.古近系始新統(tǒng)大汶口組下段; 9.古近系始新統(tǒng)大汶口組上段; 10.地質(zhì)界線; 11.斷層及編號； 12.開采礦層露頭線; 13.礦區(qū)范圍

1.2 礦區(qū)地層特征

研究區(qū)地層以新生界古近系及第四系為主。古近系大汶口組分布在斷陷盆地內(nèi)，以湖相含鹽碎屑巖沉積為主，不整合于白堊系之上，是區(qū)內(nèi)石膏賦存的主要層位。大汶口組地層走向為NWW—EW，傾向為NE—N，呈單斜層狀分布，傾角一般為6°～10°，受構(gòu)造影響局部為12°～15°(圖1)。根據(jù)巖性、巖相及化石組合特征，將大汶口組劃分為上、下2段。

(1)大汶口組下段(E2-3dw1)。上部巖性以棕褐色、磚紅色泥巖和砂質(zhì)泥巖為主，夾有灰色和灰褐色砂巖，呈互層狀交替分布； 中部巖性主要為紫褐色、灰色和灰黑色，局部為灰褐色泥巖和灰白色膏層，呈互層狀產(chǎn)出，為含礦層位； 下部巖性主要為紫褐色和紅褐色粉細(xì)砂巖、泥質(zhì)砂巖以及紫褐色泥巖，呈互層狀產(chǎn)出，具波狀、交錯狀層理，局部含星散狀膏粒和微薄層纖膏。

(2)大汶口組上段(E2-3dw2)。頂部遭受剝蝕； 上部主要以灰褐、灰黃和棕黃色塊狀砂質(zhì)泥巖、夾泥巖和砂巖為主，含較多鈣質(zhì)結(jié)核，局部泥巖發(fā)育小型波狀層理與交錯層理； 下部以紅棕色砂質(zhì)泥巖為主，夾多層暗棕色泥巖、棕紅色粉砂巖及青灰、灰紫色細(xì)—粗砂巖與礫巖。

礦區(qū)第四系廣泛分布，厚度32～86 m，總體由NW向SE漸厚，巖性主要為粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)粉質(zhì)黏土、黏土、含礫黏土、粉砂層、細(xì)砂層、中粗砂和礫石層，第四系含砂層一般為1～4層。

1.3 石膏礦層特征

石膏礦層位于大汶口組下段(E2-3dw1)，石膏礦層呈互層狀產(chǎn)出，其膏層上部一般有數(shù)米含膏泥巖，可作為本區(qū)找礦的標(biāo)志層。該層中石膏礦層根據(jù)其分布特征，可分為3個含膏巖帶(層)，自下而上編號為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。Ⅰ膏帶分布在該層下部，埋深95.18～454.71 m，由于埋深較大，以往詳查工作對該膏帶均未作控制，膏層厚度約3.16 m； Ⅱ膏帶分布在該層中上部，礦區(qū)內(nèi)稀疏鉆孔控制，埋深155.37～426.96 m，其中Ⅱ-1膏層厚度為1.73～2.39 m，Ⅱ-2膏層厚度為1.29～8.72 m； Ⅲ膏帶分布在該層上部，礦區(qū)內(nèi)鉆孔控制較好，其頂板埋深46.79～449.26 m，是整個礦區(qū)的開采礦層，膏層厚度為1.15～34.05 m。

2 采空區(qū)概況

2.1 礦區(qū)石膏礦開采歷史及現(xiàn)狀

江蘇省邳州石膏礦區(qū)是我國石膏的重要產(chǎn)地，已探明石膏資源儲量為44億t，居華東地區(qū)之首，占全國總儲量的9%。1982年10月25日，礦區(qū)第一口礦井破土興建，1984年建成投產(chǎn)，礦井設(shè)計生產(chǎn)能力為20萬t/a。至2007年初，先后建成了17家石膏礦山，24口生產(chǎn)礦井，另有在建礦井7口，擬建礦井10口，總設(shè)計生產(chǎn)能力750萬t。

邳州石膏礦區(qū)面積為47.40 km2，礦床埋藏深度為50～450 m，采用地下開采方式。整個礦區(qū)全部采用豎井開拓和脈內(nèi)開拓采準(zhǔn)方式，房柱式開采與頂板管理，空場法采礦，提升上山(或提升下山)劃分開采區(qū)。設(shè)計每隔200～400 m布置一條提升上山(提升下山)形成采區(qū)，在提升上山(提升下山)中每隔50 m左右開掘甩車道和區(qū)段平巷劃分盤區(qū)，在兩條提升上山(提升下山)中間布置回風(fēng)上山(回風(fēng)下山)。主巷道采寬與采高為5 m×5 m，運輸巷道采寬與采高為5 m×6 m，礦房采寬與采高8 m×(8～10) m。

2.2 采空區(qū)發(fā)育分布特征

邳州石膏礦區(qū)經(jīng)過30多年開采，現(xiàn)已形成11.11 km2的地下采空區(qū)，根據(jù)采空區(qū)形成的時間及分布空間，大致以礦區(qū)礦山實施開采監(jiān)理活動開始日期(2009年)為界，將實施礦山開采監(jiān)理前形成的采空區(qū)劃稱為老采空區(qū)，實施礦山開采監(jiān)理后形成的采空區(qū)稱為近期采空區(qū)。另外,礦山進(jìn)行主要水平運輸大巷及上下山準(zhǔn)備巷道掘進(jìn)，對個別礦房進(jìn)行試采，因此，把巷道掘進(jìn)后形成的區(qū)域劃為巷道開拓區(qū)。采空區(qū)分布情況見圖2。

圖2 邳州石膏礦區(qū)采空區(qū)分布

2.2.1 老采空區(qū)

老采空區(qū)形成于礦山監(jiān)理工作開展以前，主要分布于邳州石膏礦區(qū)西北部第一石膏集團(tuán)與第二石膏集團(tuán)早期開采區(qū)內(nèi)，及第三石膏集團(tuán)北部少量早期開采區(qū)內(nèi)，其水平投影面積約3.73 km2，埋深50～230 m。由于歷史原因，當(dāng)時同一礦井開采主體多，礦主更替頻繁，短時間內(nèi)經(jīng)過多次轉(zhuǎn)手，新礦主接手后只關(guān)注短期效益，加上礦山開采管理技術(shù)落后，不按設(shè)計要求隨意開采現(xiàn)象普遍，形成的采空區(qū)規(guī)格嚴(yán)重偏離房柱法開采規(guī)范要求，礦房超寬超限開采普遍，超寬比最大可達(dá)200%。礦山開采未留設(shè)村莊保護(hù)礦柱、動采斷層保護(hù)礦柱、露頭淋失帶保護(hù)礦柱和礦段間保護(hù)礦柱等，嚴(yán)重降低了采空區(qū)的整體穩(wěn)定性。老采空區(qū)開采記錄圖紙不全，且圖紙記錄情況往往與采空區(qū)實際狀況不吻合，采空區(qū)大多已封堵，或無通風(fēng)、無照明，人員已經(jīng)無法進(jìn)入，采空區(qū)的穩(wěn)定性無法進(jìn)行直接觀測及判斷。

2.2.2 近期采空區(qū)

近期采空區(qū)主要位于老采空區(qū)周圍，其水平投影面積約3.65 km2，埋深100～380 m。礦山開采監(jiān)理工作的實施使礦山開采相對規(guī)范，無明顯越界、越層開采現(xiàn)象，與老采空區(qū)相比，巷道斷面、礦房、礦柱尺寸較規(guī)范。但開采過程中對新揭露的小斷層重視程度不夠，不能及時采取必要的治理加固措施，或進(jìn)行避讓，常引發(fā)點狀地面塌陷。同時，存在對老采空區(qū)多點小范圍復(fù)采現(xiàn)象，且區(qū)域較隱蔽。另外，對完整性較差的采空區(qū)頂板保護(hù)工作不力，形成了新的地面塌陷隱患點。

2.2.3 巷道開拓區(qū)

巷道開拓區(qū)主要位于礦區(qū)東部第三石膏集團(tuán)新建設(shè)礦井及中西部老礦井深部計劃開采區(qū)內(nèi)，巷道開拓區(qū)水平投影面積約3.73 km2。區(qū)內(nèi)主要進(jìn)行主運輸巷道和上下山準(zhǔn)備巷道掘進(jìn)，暫未進(jìn)行礦房開采。巷道掘進(jìn)過程中無明顯越界、越層現(xiàn)象，但巷道尺寸普遍存在超寬、超高現(xiàn)象。

3 采空地面塌陷類型

野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，邳州石膏礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)條件復(fù)雜，人類工程活動較強烈，采空地面塌陷發(fā)育，截至2015年5月，邳州石膏礦區(qū)共發(fā)生15處地面塌陷。根據(jù)國內(nèi)類似礦山塌陷機理研究[7-8]，按地面塌陷規(guī)模、形態(tài)及地面變形強度，將本礦區(qū)地面塌陷分為面狀地面變形、波狀地面塌陷、點狀地面塌陷和地面塌陷隱患點4類地面塌陷。礦區(qū)內(nèi)已發(fā)生的塌陷大多數(shù)為點狀塌陷，個別為大面積的波狀塌陷，此外，多數(shù)礦井的局部礦房或巷道還存在許多地面塌陷隱患點(圖2)。地面塌陷類型地質(zhì)模型示意圖見圖3。

(a) 面狀地面變形 (b) 點狀地面塌陷

(c) 波狀地面塌陷 (d) 地面塌陷隱患點

3.1 面狀地面變形

礦區(qū)內(nèi)面狀地面變形主要指在采空區(qū)頂板巖層變形及礦井長期降水影響下，在采區(qū)上方及周邊鄰近地帶一定范圍內(nèi)的地面發(fā)生的沉降變形[9]。面狀地面變形會導(dǎo)致較大范圍的地面建筑物及其他地面設(shè)施變形、開裂和倒塌。

區(qū)內(nèi)所有生產(chǎn)礦井開采后形成的采空區(qū)上方地表均已產(chǎn)生不同程度的面狀地面變形，目測面狀地面變形區(qū)地形總體平坦，無明顯傾斜或起伏，但地面建筑物墻壁及地坪普遍發(fā)生開裂變形。根據(jù)災(zāi)害地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，目前遭受面狀地面變形危害的建筑物主要分布于董家、青墩村、趙家等15個自然村，受損房屋結(jié)構(gòu)主要為磚混結(jié)構(gòu)，高度1～2層，主要損壞形式為房屋自然間墻壁裂縫，局部地段見地坪裂縫。墻壁裂縫類型有近豎直的貫通縫和斜裂縫，局部可見倒八字縫、八字縫及水平裂縫，縫寬1～150 mm，以3～30 mm為主。區(qū)內(nèi)建筑物遭受面狀地面變形損壞情況詳見表1。

表1 建筑物受損情況一覽表

3.2 波狀地面塌陷

波狀地面塌陷主要是指房柱法開采區(qū)域因礦柱被連鎖壓潰、倒塌或滑移而導(dǎo)致采空區(qū)上覆巖土體發(fā)生切冒、塌陷或下沉，但礦房、巷道等采空部位地面下沉幅度明顯大于礦柱分布區(qū)域的下沉幅度，從而在地面形成波狀起伏的地面塌陷現(xiàn)象(圖4)。波狀地面塌陷盆地面積較大，波峰部位對應(yīng)井下礦柱位置，波谷部位對應(yīng)井下礦房及巷道位置，盆地形態(tài)特征明顯，但地面變形不充分，因此傾斜、曲率和水平變形很大，局部地段伴生地裂縫，對地面土地資源、建筑及其他設(shè)施的危害程度大。

圖4 平臺礦塌陷現(xiàn)狀(W-N向攝于2015年4月)

波狀地面塌陷盆地主要位于平臺石膏礦主井工業(yè)廣場區(qū)及周圍，已與相鄰山東省石膏礦塌陷區(qū)相連，平面形態(tài)不規(guī)則，占地面積約305 000 m2，塌陷區(qū)地面呈波狀起伏，波峰與波谷間相對高差3～10 m，局部地段積水，邊緣區(qū)未見地裂縫。波狀地面塌陷盆地可導(dǎo)致道路下沉、農(nóng)田塌陷、井筒變形及地面圍墻倒塌，危害嚴(yán)重。

3.3 點狀地面塌陷

點狀地面塌陷是指由于巷道、礦房等局部地段頂板冒落成洞，并持續(xù)向上發(fā)展，最終到達(dá)地面，在地表形成近圓形塌陷坑的地面塌陷現(xiàn)象(圖5)。點狀地面塌陷可疊加在面狀地面變形或波狀地面塌陷盆地之上。

圖5 希州礦塌陷(TX5)現(xiàn)狀(SW-NE向攝于2015年4月)

邳州石膏礦區(qū)點狀地面塌陷規(guī)模一般較小，其井下洞口規(guī)模受單個礦房或巷道規(guī)?？刂?，洞徑一般不大于礦房或巷道寬度。地面塌陷坑面積受第四系土層結(jié)構(gòu)及含水層發(fā)育程度控制，單一黏性土結(jié)構(gòu)土層及砂層較薄的土層區(qū)域的地面塌陷坑面積為58～160 m2，砂層厚度大的區(qū)域地面塌陷坑面積可達(dá)22 116 m2。點狀地面塌陷均具有“自穩(wěn)”現(xiàn)象，即區(qū)內(nèi)所有點狀地面塌陷在發(fā)展到地表以后，均因塌落洞被黏性土堵塞而停止發(fā)育，暫時處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。

區(qū)內(nèi)目前已經(jīng)發(fā)生點狀地面塌陷14處，主要分布于礦區(qū)西部的平臺石膏礦和希州石膏礦及礦區(qū)南部的富達(dá)石膏礦、云壇石膏礦和淮海石膏礦井區(qū)范圍內(nèi)。點狀地面塌陷在井下主要表現(xiàn)為，礦房或巷道頂板及上覆巖土體中形成冒落洞，洞徑與礦房或巷道寬度相近，在地面主要形成近圓形塌陷坑，坑徑9～186 m，面積58～22 116 m2。井下冒落洞初始與地面塌陷坑相互貫通，最后被弱滲透性的黏性土塌落體充填，地面塌陷坑最終自穩(wěn)后，坑底距地表1.5～10 m。

3.4 地面塌陷隱患點

地面塌陷隱患點是各類采空區(qū)局部地段因圍巖風(fēng)化弱化或不規(guī)范開采導(dǎo)致的頂板下陷開裂、冒頂、片幫、底鼓及涌水涌泥等異常地點。這類異常地點若不及時進(jìn)行加固治理，圍巖的弱化變形將持續(xù)發(fā)展，使弱化范圍不斷擴大，引發(fā)更大范圍的圍巖變形破壞，最終引發(fā)地面塌陷。根據(jù)隱患點發(fā)展為地面塌陷的可能性大小，將隱患點分為臨界隱患點和一般隱患點。臨界隱患點圍巖變形強烈，采空區(qū)頂板已經(jīng)形成冒落洞并持續(xù)向上發(fā)展，穩(wěn)定性很差，隨時都有可能貫通地表形成地面塌陷； 一般隱患點圍巖變形處于暫時相對穩(wěn)定狀態(tài)，但隨著時間的推移，再次失穩(wěn)并轉(zhuǎn)化為臨界隱患點的可能性很大。

根據(jù)收集到的邳州石膏礦區(qū)礦山開采監(jiān)理資料及邳州市各年度地質(zhì)災(zāi)害防治方案，初步篩選41處地面塌陷隱患點或隱患區(qū)，這些隱患點或隱患區(qū)目前發(fā)生了頂板冒落、片幫、涌水涌泥、滲水、削幫起底及圍巖破碎等異常現(xiàn)象，容易轉(zhuǎn)化為臨界地面塌陷狀態(tài)，大多數(shù)隱患點容易發(fā)展為點狀塌陷。

不規(guī)范開采是引發(fā)邳州石膏礦區(qū)地面塌陷的主要原因，不規(guī)范開采主要表現(xiàn)為因越界開采而削弱保護(hù)礦柱，因超標(biāo)高開采而導(dǎo)致護(hù)頂層削弱或缺失，因超大斷面巷道而導(dǎo)致覆巖穩(wěn)定性變差。采空區(qū)因預(yù)留礦柱規(guī)格、間距達(dá)不到支撐要求或頂板防護(hù)厚度達(dá)不到安全厚度而導(dǎo)致原巖應(yīng)力平衡遭到破壞，局部圍巖已發(fā)生變形、位移、開裂及冒落，甚至產(chǎn)生大面積巖移破壞。大面積不規(guī)范采空區(qū)可造成區(qū)域性的面狀地面變形，進(jìn)而發(fā)展為點狀塌陷或波狀塌陷，或直接發(fā)展為波狀塌陷，小面積不規(guī)范采空區(qū)可演變?yōu)辄c狀塌陷。

區(qū)內(nèi)各類地面塌陷隱患點及點狀塌陷周圍圍巖均有一定程度地破碎和變形，有些已經(jīng)溝通地下水含水層，在風(fēng)化作用及地下水的聯(lián)合作用下，隱患點或塌陷點圍巖強度及完整性將持續(xù)惡化，穩(wěn)定性逐漸變差，一般隱患點向臨界隱患點轉(zhuǎn)化，進(jìn)而演化為點狀地面塌陷，最終點狀塌陷向波狀塌陷演變。

4 防治方法

邳州石膏礦區(qū)采空地面塌陷多表現(xiàn)為突發(fā)性，這種突發(fā)性對礦區(qū)上方的生產(chǎn)建設(shè)活動產(chǎn)生巨大危害，威脅生命財產(chǎn)安全。根據(jù)邳州石膏礦區(qū)采空區(qū)現(xiàn)狀，建議地面塌陷災(zāi)害防治主要采取地面塌陷防治監(jiān)測預(yù)警、搬遷避讓與采空地面塌陷工程治理等措施。

4.1 地面塌陷防治監(jiān)測預(yù)警

邳州石膏礦區(qū)地面塌陷監(jiān)測預(yù)警體系由群測群防、應(yīng)急反應(yīng)系統(tǒng)及專業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)組成。其中群測群防由地方縣級政府、礦區(qū)內(nèi)相關(guān)鎮(zhèn)政府(石膏集團(tuán)公司)、村(礦井)三級監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)及監(jiān)測點構(gòu)成； 應(yīng)急反應(yīng)系統(tǒng)由地方政府領(lǐng)導(dǎo)各相關(guān)部門及單位參與，政府及各單位需按要求編制專項應(yīng)急方案并落實各項地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急制度； 專業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)主要監(jiān)測地面塌陷災(zāi)害形態(tài)要素、影響因素(包括地表水、地下水及人類活動情況)、地面工程設(shè)施以及土地破壞情況，監(jiān)測方法以專業(yè)儀器監(jiān)測為主，輔以測繩、卷尺等簡易監(jiān)測，配合人工巡查觀察，建立礦區(qū)地面塌陷監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，專業(yè)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可利用國內(nèi)外先進(jìn)的監(jiān)測技術(shù)與方法，如： 分布式光纖地面變形監(jiān)測技術(shù)[10]、合成孔徑干涉雷達(dá)(區(qū)域INSAR監(jiān)測)監(jiān)測技術(shù)[11-12]及地下水位自動監(jiān)測技術(shù)等。

4.2 搬遷避讓

搬遷避讓措施包含3方面： 一是地面建設(shè)規(guī)劃控制，新建工程將建設(shè)場地選在無地面塌陷危害的區(qū)域，避開采空區(qū)，避免地面塌陷的危害； 二是搬遷異地重建，對受采空地面塌陷威脅的村莊、學(xué)校等人群聚集區(qū)進(jìn)行搬遷，選擇異地重建，從而規(guī)避地面塌陷威脅； 三是土地類型轉(zhuǎn)換，將隱患點較多和極易發(fā)生地面塌陷的部分重點防治區(qū)的土地類型進(jìn)行轉(zhuǎn)換，進(jìn)行隔離管制，減少人類活動。

4.3 采空地面塌陷工程治理

根據(jù)邳州石膏礦區(qū)地面塌陷現(xiàn)狀，結(jié)合各類型采空區(qū)分布情況，進(jìn)行地面塌陷防治。礦區(qū)地面塌陷治理工程措施主要有：

(1)充填加固。對采空塌陷隱患點及重要建筑物下采空區(qū)的治理，可采用充填治理，降低地面塌陷發(fā)生的可能性，保障地面建構(gòu)筑物安全，同時也保障井下礦山開采施工的安全。根據(jù)充填物，采空區(qū)充填工程可分為采空區(qū)干式充填加固工程、注漿充填加固工程和新材料注漿充填膠結(jié)加固工程。該方法在湖南省邵東石膏礦區(qū)采空區(qū)治理過程中應(yīng)用較廣泛[13]，技術(shù)較成熟。

(2)封閉隔斷。對老采空區(qū)及已發(fā)生點狀地面塌陷或有隱患點的礦井，為防止采空區(qū)頂板冒落面積進(jìn)一步發(fā)展擴大，保護(hù)地面與井下人員生命財產(chǎn)安全，在井下塌陷點巷道砌筑封閉墻，隔斷塌陷點與其他巷道之間的聯(lián)系。該治理方法應(yīng)保證礦井局部下井條件，并且人員及材料能到達(dá)塌陷點，該方法已在邳州石膏礦區(qū)以往塌陷點治理過程中實施，技術(shù)可行。

(3)封閉回填。對存在大面積老采空區(qū)且確定關(guān)閉的礦井，實施封閉回填處理，在井底馬頭門處適當(dāng)位置砌筑封堵墻，充填混凝土、礦渣和碎石等，并在第四系淋水段充填低滲透性黏土，封堵井筒淋水，礦井封堵完畢后，設(shè)置永久性標(biāo)識牌。

(4)巷道支護(hù)。為保證礦山生產(chǎn)安全及巷道頂板穩(wěn)定，防止巷道內(nèi)頂板冒落引發(fā)地面塌陷，對巷道開拓區(qū)超尺寸掘進(jìn)巷道采用加強支護(hù)。其加強支護(hù)方法較多，如錨桿支護(hù)、錨網(wǎng)支護(hù)、錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù)、磚石(混凝土)砌碹支護(hù)及工字鋼和U型鋼金屬棚式支護(hù)[13]等。根據(jù)超尺寸巷道情況和施工難易程度，選用不同的施工工藝及方法。

(5)房屋修繕。對新采空區(qū)上方及影響區(qū)內(nèi)地面受損的建筑進(jìn)行修繕，受損建筑主要為磚瓦結(jié)構(gòu)的單層房屋，整體性差，抗變形能力弱，修復(fù)方法應(yīng)與其損壞程度相適應(yīng)。當(dāng)房屋自然間磚墻上出現(xiàn)寬度小于10 mm的裂縫時，可先采用純水泥漿對裂縫進(jìn)行充填膠結(jié)，然后再對墻面進(jìn)行粉刷； 當(dāng)房屋自然間磚墻上出現(xiàn)寬度大于10 mm的裂縫時，根據(jù)損毀程度，先在垂直裂縫墻壁的相鄰墻壁上使用鋼筋拉絲配合角鋼或鋼墊片穿墻緊固，再用純水泥漿對裂縫進(jìn)行充填膠結(jié)。

(6)復(fù)墾利用。根據(jù)已發(fā)生的塌陷坑面積大小、深度、積水情況及周圍地貌環(huán)境等，采取不同的治理措施。面積較小、深度較淺的塌陷坑，可進(jìn)行直接回填復(fù)墾，與周圍地貌地類相協(xié)調(diào)，如TX5(富達(dá)礦)塌陷坑； 面積較大、深度較深、常年積水的塌陷坑，宜復(fù)墾為水塘，發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖，如TX7塌陷坑； 面積大、局部積水的塌陷區(qū)，宜采用“挖低填高”的方法，高處進(jìn)行填方，復(fù)墾為農(nóng)用地，低洼處進(jìn)行挖方，復(fù)墾為水塘，如平臺石膏礦。

5 結(jié)論與建議

(1)對邳州石膏礦區(qū)采空地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查，根據(jù)地面塌陷規(guī)模、形態(tài)及地面變形強度，將邳州石膏礦區(qū)采空地面塌陷類型劃分為面狀地面變形、波狀地面塌陷、點狀地面塌陷及地面塌陷隱患點，并分析了礦區(qū)內(nèi)地面塌陷的發(fā)展趨勢。

(2)針對邳州石膏礦區(qū)采空地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害防治現(xiàn)狀及存在的問題，建議采取地面塌陷防治監(jiān)測預(yù)警、搬遷避讓與工程治理等措施。

(3)邳州石膏礦區(qū)缺乏地面塌陷專業(yè)監(jiān)測與塌陷治理經(jīng)驗，在防治區(qū)實施監(jiān)測與治理過程中，宜選取代表性區(qū)域作為監(jiān)測與治理實驗區(qū)，再逐步向全礦區(qū)推廣。另外，邳州石膏礦區(qū)地面塌陷防治尚處于起步階段，其防治技術(shù)應(yīng)不斷吸取周邊礦區(qū)及湖南邵東石膏礦區(qū)治理經(jīng)驗，并結(jié)合自身實際情況，探索出經(jīng)濟可行的防治技術(shù)。