吉林省蛟河矿区地面塌陷及地裂缝的成因与防治

吉林省蛟河矿区地面塌陷及地裂缝的成因与防治
苏秀杰;郭华;张肖;吴辉;黄志瑞;宋伟丽;林朋飞
【摘要】由于大规模地开发煤碳资源及频繁的经济活动,使蛟河矿区成为地质灾害的多发区.引起的地面塌陷、地裂缝灾害广泛分布于区内,已造成巨大的经济损失和人员伤亡,严重地制约着地方经济和社会的可持续发展,危威着人民群众生命财产安全.通过对蛟河矿区地面塌陷、地裂缝进行调查研究,对其分布特征、成因机理有了比较系统的认识.由此进一步提出了该区地质灾害的防治对策,力求有效地预防和减少地质灾害的发生.
【期刊名称】《吉林地质》
【年(卷),期】2011(030)002
【总页数】4页(P143-146)
【关键词】蛟河矿区;地面塌陷;地裂缝;分布特征;成因;防治
【作者】苏秀杰;郭华;张肖;吴辉;黄志瑞;宋伟丽;林朋飞
【作者单位】吉林省地质工程勘察院,吉林长春130012;吉林省地质工程勘察院,吉林长春130012;吉林省地质工程勘察院,吉林长春130012;吉林省地质工程勘察院,吉林长春130012;吉林省地质工程勘察院,吉林长春130012;吉林省地质工程勘察院,吉林长春130012;吉林省地质工程勘察院,吉林长春130012
【正文语种】中文
【中图分类】P694
蛟河市位于吉林省东部山区，地处长白山山地。

蛟河矿区位于蛟河市奶子山街境内，距蛟河市东8 km，地理坐标为：东经127°22′～127°28′，北纬43°39′～43°45′之间，矿区面积近40 km2。

东起乌林沟村，西至东荒地村，北起嘎呀河，南至泥鳅河。

矿区南北长10 km，东西宽4 km，矿区面积40 km2。

蛟河煤矿从1878
年开采，至今已有百余年开采史，1978至2002年累计生产原煤7 000万吨，是一座资源枯竭、濒临破产的老矿山，分布范围仅限蛟河盆地。

自1980年矿区发现地面塌陷，近几年来，地面塌陷、地裂缝有加速发展趋势，地面塌陷及地裂缝是蛟河市矿产开采过程中衍生的一种地质灾害，广泛分布于蛟河矿区，严重威胁当地人民生命财产安全和社会稳定。

地面塌陷区位于蛟河煤矿采空区，面积约21 km2。

根据塌陷区的分布位置，将自北向南形成的塌陷区划分为乌林塌陷区、中岗塌陷区、奶子山塌陷区；地裂缝一处（见图1）。

该塌陷区受乌林立井开采影响而形成，矿井开采时间为1959～2002年，总产量
1 019.1万吨。

塌陷区包括乌林、大庙、南甸子等村屯，采空区面积1.84 km2，
塌陷区面积2.67 km2，塌陷坑、塌陷漏斗多见，塌陷深度一般3～5 m，最大塌
陷深度10.9 m，部分塌陷区积水后形成泡溏。

区内最大的塌陷坑形状类似椭圆形，长轴直径约800 m，短轴直径约500 m，坑
内积水，水域面积约0.25 km2，坑内水深1～3.5 m。

该塌陷区受三井、四井、五井开采而形成，采空区面积6.15 km2，塌陷区面积
8.49 km2。

其中三井开采时间为1940～2002年，总产量1 757.3万吨，采空区面积3.80 km2，塌陷区面积5.28 km2；四井开采时间为1942～1982年，总产
量352.8万吨，采空区面积1.10 km2，塌陷区面积1.47 km2；五井开采时间为1955～1994年，总产量596.2万吨，采空区面积1.25 km2，塌陷区面积1.74 km2。

塌陷区包括北中岗、五坑、北大泡子、中北地、中岗、东山、西山、煤机
厂等，该区为人口密集区，居民、学校、医院、工厂、公路、铁路、桥涵、管道、
线路等均已受到影响，坍塌、裂缝、变形、倾斜、下沉等多种破坏现象，触目惊心，造成房屋倒塌、道路沉陷、桥涵开裂、管道错动、线杆倾倒等。

区内一般塌陷深度5～8 m，最大塌陷深度16.4 m。

该区受新下盘井（奶子山立井）、老下盘井、七井开采而形成，包括口钦、红胜、铁南、铁北、工业等村屯，采空区面积共6.63 km2，塌陷区面积9.32 km2。

其
中新下盘井（奶子山立井）开采时间为1962至2002年，总产量1 564.2万吨，采空区面积3.60 km2，塌陷区面积5.03 km2；老下盘井开采时间为1958至2002年，总产量796.2万吨，采空区面积1.72 km2，塌陷区面积2.45 km2；七井开采时间为1935至1975年，总产量866.4万吨，采空区面积1.31 km2，塌
陷区面积1.84 km2。

该区属人口密集区，有学校、医院、商店、工厂等企事业单位多家。

区内塌陷坑、塌陷洼地多处，部分已形成积水泡塘，可见塌陷深度3～5 m，民房倒塌、开裂、歪斜等现象多见，铁路、公路、桥涵、供水管线、供电线路等均受严重破坏。

为地下采煤形成，规模较大，分布于奶子山街南甸子村小新立屯，地貌部位属波状台地。

该地裂缝主体为北东—南西方向，局部折向西，呈折线形状延伸。

其长
600 m，最大裂宽接近2 m，裂深0.5～0.8 m，局部深度＞2 m。

受裂土层为第
四系粉质粘土，始发时间1998年6月，盛发时间2002年6月，呈增强趋势发展，危害对象为道路及民房。

综上所述，依据《县（市）地质灾害调查与区划基本要求实施细则》关于地面塌陷分级标准，蛟河煤矿塌陷规模为巨型。

日伪时期掠夺式无序开采和解放初期的无序开采留下的许多老采空区是出现突发性塌陷的隐患。

解放后，随着部分老矿井的恢复和新建矿井的深部开采，采出煤层增多，累计煤层厚度增加，诱发浅部采空区的“活化”，形成地面塌陷。

其成因类型均为冒顶型。

蛟河煤矿塌陷区塌陷层位为中生代煤系地层和上覆的第四系冲洪积层，顶板厚度
20～850 m左右，空间展布与矿井采掘平面相吻合。

塌陷呈串珠状群集式产出，单体形态呈圆形或条形，空间分布具有相关性、依赖性。

所采煤层倾角8°～25°。

矿区煤层分布在侏罗系上统奶子山组，有12个煤层，可采煤层厚度27.0～61.7 m。

开采一、四、五、六、七号煤层，煤层厚度2.8～15 m，最大开采深度20～290 m。

地表最大下沉值 10.90 m，最大水平移动值 2.20 m，最大倾斜变形值112 mm/m，最大水平变形值±34 mm/m。

主要开采一至九号煤层，煤层厚度共5.3～22.8 m，开采深度50～560 m，最大开采深度480 m。

沉陷区地表最大下沉值16.4 m，面积 1.07 km2，最大水平移动值 3.3 m，最大倾斜变形值98.5 mm/m，最大水平变形为±30 mm/m。

主要开采一至九号煤层，煤层厚度共3.0～14.0 m，开采深度22～850 m，沉陷区地表最大下沉值为10.3 m，面积 5.95 km 最大水平移动值为2.1 m，最大倾斜变形值102 mm/m，最大水平变形值为±31.1 mm/m。

调查发现大的地裂缝一处，其北西侧为乌林塌陷坑，据调查分析该地裂缝的形成是受此塌陷坑影响，地表岩土不均匀沉降所致。

由上述可以看出：采出矿层累计采厚较大，采动使矿层底板沿倾斜面产生滑移，地表裂缝发育，这是地表产生塌陷和地裂缝的主要原因。

侏罗系上统奶子山组（J3n）：厚度668.9 m，黄褐色厚层状砾岩，含砂砾岩夹细粉砂岩，下部夹可采煤层。

白垩系下统乌林组（K1w）：厚度1074.1 m，下部为砾岩、含砾砂岩互层，上部为灰白色细砂岩、粗砂岩、奶子山一带变为砂岩、泥岩夹数层可采煤。

第四系（Q）：厚2～20 m，亚粘土、砂、砂砾石。

煤层顶底板岩层为第三系与第四系地层，岩层松软，易膨胀和破碎，强度低，砂、砾岩层其地表易产生裂缝，煤层采出后直接顶与老顶随之垮落，形成地面塌陷。

地表第四纪堆积物厚薄不均使地表变形值产生差异，第四纪堆积物越厚变形越平缓均匀，反之变形不均匀。

本区位于天山—兴安地槽褶区东缘，吉黑褶皱带吉林地槽褶皱带，跨吉林复向斜
及敦化隆起，区内构造发育。

（1）岩层节理裂隙发育，促使变形加快，增大变形范围，扩大地表裂缝区。

（2）矿区地质构造复杂，断裂构造发育，采矿诱发断层“活化”，产生错动，导致地表变形分布形态异常，使地表塌陷程度加重。

煤田含水层主要为松碎屑岩类孔隙裂隙层间承压水，含水层岩性为砂岩、砂砾岩。

水量中等，单井涌水量100～500 m3/d。

水化学类型为重碳酸钙钠型，矿化度＜0.2 g/L。

据调查所见塌陷区内地下水疏干，由于开采时间较长，长时间的矿井排水，造成水位大幅降低，地下水浮托力减小，改变了土体的原始受力状态，导致地面塌陷。

煤层开采后，采空区上覆岩土体的变形破坏需要一定时间，因此地面塌陷滞后形成。

在地裂缝发育阶段，地下坍塌及地表雨水年复一年的冲蚀和淋滤作用，使地裂缝不断淘空、扩大、久而久之形成地面塌陷，这种作用在每年雨季比较明显。

如乌林塌陷区内的坤顺2号井，在2002年7月末的强降水过程中诱发坑口塌陷，形成塌
陷漏斗，漏斗直径约30 m，最大深度约15 m，大量雨水的入渗，增加了土层的
饱和度，同时也降低了土体的强度，最终发生了地面塌陷，塌陷的碎石土沿巷道全部涌入矿井内，造成矿工3亡2伤的严重后果。

（1）解放前与解放初期实行的短壁式开采比较普遍，由于煤层的上下叠置关系，老窑区多数处于新采区正上方，与新采空区面积重叠，随着采出煤层增多，累计煤层厚度增加，诱发浅部采空区的“活化”，使地表出现变形，形成地面塌陷。

（2）地下矿层采出后使采空区周围岩体失去原始的应力平衡状态，应力重新分布产生应力集中，当煤层顶板集中应力超过其极限强度时，顶板岩层产生变形，断裂
和垮落，最终导致整个覆岩移动和变形，在地表形成塌陷盆地，这是地表产生塌陷的最主要原因。

从实际出发，将地质灾害的防治工作与蛟河市经济社会可持续发展协调统一起来，处理好整体利益与局部利益、长远利益与当前利益的关系。

坚持以“预防为主，避让与治理相结合”的原则，遵循客观规律，全面规划、合理布局、综合治理，作到统筹规划、重点突出、分步实施，确保地质灾害防治工作顺利进行。

地质灾害的防治是采用工程措施对地面塌陷点及其附近进行综合治理，改善地质环境，从而避免或减轻地质灾害。

突出“以人为本”的原则，以突发性致灾地质作用为重点，建立群策群防的地质灾害监测预警系统。

以防为主，防治结合。

对目前稳定性差、易造成人员伤亡及重大经济损失的重要地质灾害隐患点要积极组织对危险区内的居民进行搬迁。

对区内的重要工程设施的地质灾害隐患点进行工程治理。

逐步落实每个地质灾害隐患点的监测、预报、疏散、应急抢险等措施，完善地质灾害速报制度，增强应急反应能力。

一旦遇险情，及时组织对危险区内的居民进行疏散、撤离，确保人民群众生命财产安全。

(1) 以避让为主，局部或暂时性采取回填支护等工程措施为辅，减少地表下沉量。

(2)开采时留设保护煤柱，保护煤柱的围护带宽度。

【相关文献】
[1]吉林省地质环境监测总站.吉林省蛟河市地质灾害调查与区划报告[R].2003.
[2]吉林省地质工程勘察院.吉林省蛟河市蛟河煤矿矿山地质环境恢复治理可行性研究报告[R].2009.。