地下采矿引起地表积水机理初探VIP免费

http://www.paper.edu.cn-1-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：TD81．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（50434020），面上项目（50374042）及高等学校博士学科点专项科研基金（20040147003）的资助。http://www.paper.edu.cn-2-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。地表岩土层构成隔水层的形式一般有以下两种[1]：（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。当风化裂隙带含水层、第四系松散含水层等浅层地下水的水头压力高于塌陷坑底部时，由于回采导致的塌陷坑就变为排泄区，使浅层地下水在重力作用下，沿着潜水面坡度最大的方向流动，这样使浅层地下水由垂直下渗或地下径流转化为侧向补给，潜水水位与塌陷坑底部的水位差越大，...