地下采矿引起地表积水机理初探.pdfVIP

地下采矿引起地表积水机理初探1 李建新，王来贵 辽宁工程技术大学力学与工程学院，辽宁阜新（123000 ） E-mail ：lijianxin1974@163.com 摘 要：由于采矿引起的地表塌陷，容易在采空区上方的塌陷坑内积水，使大量耕地受淹和 盐碱化，并有可能在一定程度上改变地表径流方向和汇水条件，使矿区水环境和生态环境发 生改变和调整。通过分析地表塌陷坑积水的工程地质因素、水文地质因素、开采因素和塌陷 坑积水的条件，提出了地表塌陷坑积水的必要条件，为矿区水环境和生态环境的改善及综合 治理、保证矿区煤炭生产的顺利进行，提供理论基础。 关键词：地表塌陷坑；导水裂隙带；隔水层；大气降水 中图分类号：TD 8 1．引言 在地下煤层开采后，采空区周围岩层的应力平衡状态遭到破坏，随着煤层开采面积的扩 大，采动影响便自下而上逐渐波及地表，引起地表下沉，在采空区上方地面形成一个比采空 区范围大的洼地，即地表下沉盆地，也叫塌陷坑。在有些矿区如两淮、唐山、铁法、双鸭山、 辽源等矿区，采矿破坏了地表、地下水系，形成了大面积低洼区，陆地被水淹没，甚至形成 了沼泽地，通过径流，会破坏周围的土地、水域，其影响面将远远超过沉陷区的地域和空间。 随着煤矿开采范围的不断扩大，塌陷、破坏的土地日益增多，使农田荒芜，严重破坏了矿区 的生态环境，特别是地表为较厚的（大于 5m ）粘土或砂质粘土层时，则此粘土或砂质粘土 层可作为隔水层，通过大气降水或其它浅层地下水的补给，就会在地表产生大面积积水，使 大量耕地受淹和盐碱化，尤其是长年积水的塌陷区内，耕地可耕性的降低常常是永久性的， 为了保护耕地和改善矿区的生态环境，对矿区地表塌陷坑积水机理的详细分析，是减小塌陷 区的范围和对塌陷区的综合治理的前提条件。 2 ．地表积水的地质因素 2.1 工程地质因素 工程地质因素主要包括煤层覆岩的岩性、力学强度、岩性组合以及岩体性质：回采后煤 层顶板的再生性；风化基岩的工程地质性质（主要是采动变形特征）。工程地质条件差异使 煤层回采后对顶板的采动影响不同，冒落带及裂隙带发育状况有明显差别，影响导水裂隙带 的高度和渗透效果。 覆岩的岩性是控制导水裂隙带发育的重要因素，一些脆性岩层，如较致密的砂岩、粉 砂岩则冒落带发育较高，且裂隙的导水性能好；粘塑性较强的泥岩，泥质砂岩类则冒落带发 育高度较小，裂隙导水性也差，易重新闭合；介于硬脆性与粘塑性间的岩层其冒落带发育也 介于两者之间，一般岩层在风化后其泥质含量多有增加，其粘塑性也随之增加，特别是原岩 泥质含量较高的岩层，导水裂隙带的发育受到限制，在煤层采动影响后，许多新生的裂隙也 可能较快地闭合；但在一些泥质成分较低的风化砂岩中，煤层采动影响下其导水性有显著的 1本课题受国家自然科学基金重点项目，面上项目及高等学校博士学科点专项科 研基金（20040147003）的资助。 - 1 - 增强。在工程地质条件中，主要考虑地表岩土层的组合关系以及可能在导水裂隙带范围内的 那些岩层。 [1] 地表岩土层构成隔水层的形式一般有以下两种 ： （1）地表或地表浅层由厚层泥岩、砂质泥岩、致密的粉砂岩等组成，从力学属性来看 属粘塑性岩石，力学强度低，岩石受力后发生塑性变形，当应力超过弹性极限后，发生破裂， 破裂方式主要以粘性剪断为主，产生隐蔽裂隙和闭合裂隙，即使发育张裂隙，但裂隙中往往 充填了自身破碎的泥质碎屑物，并且在地表水下渗过程中，泥岩体积将发生体积膨胀，使裂 隙闭合，起到阻隔地表水与地下含水层发生水力联系，阻止地表水下渗。 （2 ）地表或地表浅层主要由粘土和砂质粘土组成，从力学性质来看属粘性土，是良好 的隔水层，阻隔地表水与地下含水层发生水力联系。 2.2 水文地质因素 水文地质因素指煤层露头位置、层数、厚度、间距及倾角等因素以及地表浅层含水层的 补给与排泄条件。