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摘 要： 【摘要】煤礦開采必然會引起地面的破壞，導致地裂縫、地面塌陷及滑坡等地質災害，而地質災害的發(fā)育與地質環(huán)境息息相關，本文對渭北礦區(qū)地質環(huán)境及煤礦開采形成地質災害的影響進行概述。 【關鍵詞】渭北礦區(qū);煤礦;地質災害 1渭北礦區(qū)概況 陜西省位于我國內陸
【摘要】煤礦開采必然會引起地面的破壞，導致地裂縫、地面塌陷及滑坡等地質災害，而地質災害的發(fā)育與地質環(huán)境息息相關，本文對渭北礦區(qū)地質環(huán)境及煤礦開采形成地質災害的影響進行概述。
【關鍵詞】渭北礦區(qū);煤礦;地質災害
1渭北礦區(qū)概況
陜西省位于我國內陸腹地，面積20.56萬 km2，其中含煤面積 5.71 萬 km2，占全省面積的 27.77%，是我國煤炭生產的重要基地之一。陜西省內五大煤田分布于渭北和陜北，根據主采煤層賦存條件、構造環(huán)境與區(qū)域水文地質條件，可將陜西主要煤礦區(qū)劃分為陜北區(qū)、渭北區(qū)和黃隴區(qū)。
渭北礦區(qū)具體是指渭北石炭—二疊紀煤田，礦區(qū)位于鄂爾多斯盆地南緣，與渭河裂陷系相鄰，受區(qū)域拉張應力作用，正斷層、張節(jié)理十分發(fā)育，上覆巖層較破碎。由于地處渭北旱塬，水資源比較匱乏。該區(qū)域最大的地質特征為區(qū)內大部分地區(qū)有較厚的黃土覆蓋。
2渭北礦區(qū)地質環(huán)境條件
2.1地層組成
渭北礦區(qū)地層自下而上主要為古生界寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、新生界第三系和第四系。主要含煤地層為石炭系和二疊系。石炭系太原組和本溪組為連續(xù)沉積，主要由石英砂巖、粉砂巖、泥巖、灰質泥巖和煤組成，下部夾 1～2 層石灰?guī)r或泥灰?guī)r，底部為鋁土巖。其中有三個標志層自上而下為鋁土巖、石灰?guī)r、石英砂巖。
2.2地質構造
渭北煤田含煤巖系地層平緩，傾角 5°～10°，構造簡單，為向北傾斜的單斜構造。部分地方有次一級褶曲。該區(qū)煤層為太原組含煤層，共有 10 層煤，分別為 4～12# 和 2# 煤層。
2.3地貌特征
渭北礦區(qū)地處陜西中部，地表多為黃土丘陵和溝壑地貌。按地表切割程度、地貌形態(tài)等因素可劃分為黃土溝谷和溝間地，前者主要是現代流水侵蝕作用形成，后者則明顯受古地形的影響，即古地形基礎上由黃土風成堆積疊加而成。
(1)黃土溝谷地貌
黃土溝谷分為細溝、切溝、沖溝和坳溝等幾種。黃土溝谷的發(fā)展具繼承性，大部分現代黃土溝谷重疊發(fā)育在老溝谷之上。黃土溝的發(fā)育程度用單位面積上的溝道長度，即溝谷密度來表示，西部地區(qū)溝谷密度居于全國之首。
(2)黃土溝間地地貌
溝間地指溝谷之間的地面。溝谷間的地貌形態(tài)包括塬、梁、峁，是渭北黃土覆蓋區(qū)的地貌主體。
其主要的地貌類型可以歸結為黃土殘塬梁峁地形、黃土臺塬地形、黃土斜梁溝谷地形。黃土地形在實際中并非單個形態(tài)孤立存在，通常以組合的形式出現。
1)黃土殘塬梁峁地形
黃土殘塬梁峁地形主要分布于銅川礦區(qū)，該區(qū)基巖大面積為黃土所覆蓋，老黃土塬受到強烈切割，在大溝谷兩側表現為梁峁地形，大溝谷底部有基巖出露。其中東部地區(qū)地形較開闊為波狀黃土梁峁區(qū)，中部區(qū)地勢較高處于分水嶺地段，區(qū)內坡陡溝深，“V”型溝谷發(fā)育。
2)黃土臺塬地形
黃土臺塬地形主要分布于蒲白、澄合礦區(qū)。屬黃土高原中等切割區(qū)，侵蝕構造地形，溝谷縱橫，塬面支離破碎，部分地區(qū)山巒起伏，溝壑縱橫，地形復雜。
3)黃土斜梁溝谷地形
韓城礦區(qū)主要以黃土斜梁溝谷地形為主，區(qū)內溝深坡陡，沖溝發(fā)育頻率高，每 100m有 10 條左右溝谷并且呈“V”型。自然坡度穩(wěn)定性較差，滑坡、崩塌等災害較為普遍。
3渭北礦區(qū)黃土層特征分析
3. 1成因及顯現特征
渭北礦區(qū)覆蓋黃土是一種產于第四世紀歷史時期干旱條件下的沉積物，該種土質在我國主要分布在北緯33°~47°區(qū)域，主要源于該區(qū)干燥、降雨量少、蒸發(fā)量大的干旱半干旱氣候類型，一般情況下地區(qū)年平均降水量在250~500mm。
黃土具有一系列內部物質成分和外部顯現特征，不同于同地質年代的其它沉積物質，主要表現為以下幾個方面：
1)黃土顏色以黃色、褐黃色為主，有時呈現灰黃色;
2)黃土顆粒組成以粉粒為主，粒徑一般0.005~0.05mm，含量一般大于60%;
3)一般發(fā)育大孔隙，孔隙比約為1.0;
4)富含碳酸鈣鹽類，極易發(fā)生溶蝕;
5)黃土內垂直節(jié)理發(fā)育;
6)在一定壓力條件下遇水后結構易發(fā)生破壞，產生附加沉降，表現為黃土的濕陷性。
3.2物理特性
相對于巖石或其它材料，渭北礦區(qū)黃土具有幾個重要的物理特性：
(1)各向異性
黃土層在形成過程中產生的垂直節(jié)理和水平層理，使黃土層具有顯著的各向異性，結構疏松，抗拉、抗壓等力學強度低，抗拉伸變形能力弱尤其顯著，一般地表黃土層拉伸變形超過2~3mm/m時就會產生破壞并形成裂縫;另外，黃土層中發(fā)育垂直節(jié)理，開采后極容易形成垂直方向的地表裂縫。
(2)軟化特性
黃土本身屬于結構性土壤，屈服極限隨應變增大而降低，具有脆性材料的特征;同時，黃土浸水后易產生軟化，即干燥條件下形成欠固結土，具有相對較高的結構強度，但是在遇水浸泡后強度顯著降低，產生明顯的體積收縮，表現出濕陷變形特征。
4 采動地表破壞分析
煤礦開采之后，由于采動影響，引起地表的變形甚至破壞，一般表現為連續(xù)變形和非連續(xù)變形兩種。連續(xù)變形指地表采動后形成連續(xù)的、穩(wěn)定的下沉盆地;地表非連續(xù)變形是指地表出現地裂縫、地面塌陷及滑坡等地表破壞形式。地表非連續(xù)變形對礦區(qū)地表建筑物以及耕地造成嚴重影響，從而影響地表的生態(tài)。
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4.1地表裂縫發(fā)育特征
經過對渭北四個礦區(qū)的采動地表破壞現象的勘測分析，下沉盆地內地表裂縫嚴重。黃土溝壑區(qū)采動裂縫現象普遍，且寬度大、數量多，呈臺階狀特性。
根據實際觀測黃土溝壑區(qū)采動裂縫主要有以下特征：
(1)工作面前方裂縫一般隨工作面推進而呈動態(tài)開裂-閉合周期性發(fā)展，其發(fā)展過程受到動態(tài)地表水平變形控制。
(2)工作面采空區(qū)邊界產生裂縫呈環(huán)狀分布并隨著采空區(qū)范圍的擴大最終形成兩端閉合的環(huán)狀裂縫帶。
(3)裂縫受地形影響明顯。若開采區(qū)內四周為溝谷地帶，在溝坡處下沉會產生不連續(xù)的間斷點，水平移動量和移動范圍都有所增加。邊坡處不僅受到巖層移動變形影響，同時山體自身滑移產生的附加移動變形對裂縫破壞起到一個加劇作用。在雨水季節(jié)大量水灌入裂縫中往往會引發(fā)坍塌和山體滑移災害。
4.2地面坍塌
黃土溝壑區(qū)地表山巒起伏、溝壑縱橫。開采引起沉陷區(qū)的地表形成的坍塌。直接與采空區(qū)形成水力溝通關系，其對地表交通設施、建筑物、土地、植被及地下水體等破壞相當嚴重。地面受采動影響其上覆巖層失去支撐力，在重力作用下，自下而上發(fā)生冒落、斷裂、切落，最終導致地表形成塌陷坑。地面坍塌主要與礦區(qū)地質構造、巖層產狀、煤層埋深、厚度及開采方式等因素有關。
4.3滑坡
黃土滑坡是一種常見的黃土溝壑區(qū)采動災害形式，具有滑坡與崩塌的雙重特點。由于黃土塊體運動下滑整體性差，土體破碎，當地形坡度大于 40°時，且滑動面連續(xù)即會形成滑坡災害�；露喟l(fā)生于礦區(qū)有基巖出露的溝谷，下部基巖多為含煤地層的砂巖、泥巖，上部為厚黃土層，坡度在 25°～35°之間。在開采擾動影響下因黃土自重作用，基巖坡體發(fā)生錯落帶動上部土體形成陷落陡砍和崩滑。
5結論
綜上所述，渭北礦區(qū)地處陜西中部，大部分地區(qū)被黃土覆蓋。地貌多為黃土丘陵和溝壑地貌，其黃土具有濕陷性、非飽和黃土的特殊狀態(tài)。煤礦開采之后，由于采動影響，引起地表的變形甚至破壞，一般表現為連續(xù)變形和非連續(xù)變形兩種。連續(xù)變形指地表采動后形成連續(xù)的、穩(wěn)定的下沉盆地;非連續(xù)變形是指地表出現地裂縫、地面塌陷及滑坡等地質災害。——論文作者：徐莉泉