发布时间：2020-12-25所属分类：工程师职称论文浏览：1次
摘 要： 【摘要】煤矿开采必然会引起地面的破坏，导致地裂缝、地面塌陷及滑坡等地质灾害，而地质灾害的发育与地质环境息息相关，本文对渭北矿区地质环境及煤矿开采形成地质灾害的影响进行概述。 【关键词】渭北矿区;煤矿;地质灾害 1渭北矿区概况 陕西省位于我国内陆
【摘要】煤矿开采必然会引起地面的破坏，导致地裂缝、地面塌陷及滑坡等地质灾害，而地质灾害的发育与地质环境息息相关，本文对渭北矿区地质环境及煤矿开采形成地质灾害的影响进行概述。
【关键词】渭北矿区;煤矿;地质灾害
1渭北矿区概况
陕西省位于我国内陆腹地，面积20.56万 km2，其中含煤面积 5.71 万 km2，占全省面积的 27.77%，是我国煤炭生产的重要基地之一。陕西省内五大煤田分布于渭北和陕北，根据主采煤层赋存条件、构造环境与区域水文地质条件，可将陕西主要煤矿区划分为陕北区、渭北区和黄陇区。
渭北矿区具体是指渭北石炭—二叠纪煤田，矿区位于鄂尔多斯盆地南缘，与渭河裂陷系相邻，受区域拉张应力作用，正断层、张节理十分发育，上覆岩层较破碎。由于地处渭北旱塬，水资源比较匮乏。该区域最大的地质特征为区内大部分地区有较厚的黄土覆盖。
2渭北矿区地质环境条件
2.1地层组成
渭北矿区地层自下而上主要为古生界寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、新生界第三系和第四系。主要含煤地层为石炭系和二叠系。石炭系太原组和本溪组为连续沉积，主要由石英砂岩、粉砂岩、泥岩、灰质泥岩和煤组成，下部夹 1～2 层石灰岩或泥灰岩，底部为铝土岩。其中有三个标志层自上而下为铝土岩、石灰岩、石英砂岩。
2.2地质构造
渭北煤田含煤岩系地层平缓，倾角 5°～10°，构造简单，为向北倾斜的单斜构造。部分地方有次一级褶曲。该区煤层为太原组含煤层，共有 10 层煤，分别为 4～12# 和 2# 煤层。
2.3地貌特征
渭北矿区地处陕西中部，地表多为黄土丘陵和沟壑地貌。按地表切割程度、地貌形态等因素可划分为黄土沟谷和沟间地，前者主要是现代流水侵蚀作用形成，后者则明显受古地形的影响，即古地形基础上由黄土风成堆积叠加而成。
(1)黄土沟谷地貌
黄土沟谷分为细沟、切沟、冲沟和坳沟等几种。黄土沟谷的发展具继承性，大部分现代黄土沟谷重叠发育在老沟谷之上。黄土沟的发育程度用单位面积上的沟道长度，即沟谷密度来表示，西部地区沟谷密度居于全国之首。
(2)黄土沟间地地貌
沟间地指沟谷之间的地面。沟谷间的地貌形态包括塬、梁、峁，是渭北黄土覆盖区的地貌主体。
其主要的地貌类型可以归结为黄土残塬梁峁地形、黄土台塬地形、黄土斜梁沟谷地形。黄土地形在实际中并非单个形态孤立存在，通常以组合的形式出现。
1)黄土残塬梁峁地形
黄土残塬梁峁地形主要分布于铜川矿区，该区基岩大面积为黄土所覆盖，老黄土塬受到强烈切割，在大沟谷两侧表现为梁峁地形，大沟谷底部有基岩出露。其中东部地区地形较开阔为波状黄土梁峁区，中部区地势较高处于分水岭地段，区内坡陡沟深，“V”型沟谷发育。
2)黄土台塬地形
黄土台塬地形主要分布于蒲白、澄合矿区。属黄土高原中等切割区，侵蚀构造地形，沟谷纵横，塬面支离破碎，部分地区山峦起伏，沟壑纵横，地形复杂。
3)黄土斜梁沟谷地形
韩城矿区主要以黄土斜梁沟谷地形为主，区内沟深坡陡，冲沟发育频率高，每 100m有 10 条左右沟谷并且呈“V”型。自然坡度稳定性较差，滑坡、崩塌等灾害较为普遍。
3渭北矿区黄土层特征分析
3. 1成因及显现特征
渭北矿区覆盖黄土是一种产于第四世纪历史时期干旱条件下的沉积物，该种土质在我国主要分布在北纬33°~47°区域，主要源于该区干燥、降雨量少、蒸发量大的干旱半干旱气候类型，一般情况下地区年平均降水量在250~500mm。
黄土具有一系列内部物质成分和外部显现特征，不同于同地质年代的其它沉积物质，主要表现为以下几个方面：
1)黄土颜色以黄色、褐黄色为主，有时呈现灰黄色;
2)黄土颗粒组成以粉粒为主，粒径一般0.005~0.05mm，含量一般大于60%;
3)一般发育大孔隙，孔隙比约为1.0;
4)富含碳酸钙盐类，极易发生溶蚀;
5)黄土内垂直节理发育;
6)在一定压力条件下遇水后结构易发生破坏，产生附加沉降，表现为黄土的湿陷性。
3.2物理特性
相对于岩石或其它材料，渭北矿区黄土具有几个重要的物理特性：
(1)各向异性
黄土层在形成过程中产生的垂直节理和水平层理，使黄土层具有显著的各向异性，结构疏松，抗拉、抗压等力学强度低，抗拉伸变形能力弱尤其显著，一般地表黄土层拉伸变形超过2~3mm/m时就会产生破坏并形成裂缝;另外，黄土层中发育垂直节理，开采后极容易形成垂直方向的地表裂缝。
(2)软化特性
黄土本身属于结构性土壤，屈服极限随应变增大而降低，具有脆性材料的特征;同时，黄土浸水后易产生软化，即干燥条件下形成欠固结土，具有相对较高的结构强度，但是在遇水浸泡后强度显著降低，产生明显的体积收缩，表现出湿陷变形特征。
4 采动地表破坏分析
煤矿开采之后，由于采动影响，引起地表的变形甚至破坏，一般表现为连续变形和非连续变形两种。连续变形指地表采动后形成连续的、稳定的下沉盆地;地表非连续变形是指地表出现地裂缝、地面塌陷及滑坡等地表破坏形式。地表非连续变形对矿区地表建筑物以及耕地造成严重影响，从而影响地表的生态。
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4.1地表裂缝发育特征
经过对渭北四个矿区的采动地表破坏现象的勘测分析，下沉盆地内地表裂缝严重。黄土沟壑区采动裂缝现象普遍，且宽度大、数量多，呈台阶状特性。
根据实际观测黄土沟壑区采动裂缝主要有以下特征：
(1)工作面前方裂缝一般随工作面推进而呈动态开裂-闭合周期性发展，其发展过程受到动态地表水平变形控制。
(2)工作面采空区边界产生裂缝呈环状分布并随着采空区范围的扩大最终形成两端闭合的环状裂缝带。
(3)裂缝受地形影响明显。若开采区内四周为沟谷地带，在沟坡处下沉会产生不连续的间断点，水平移动量和移动范围都有所增加。边坡处不仅受到岩层移动变形影响，同时山体自身滑移产生的附加移动变形对裂缝破坏起到一个加剧作用。在雨水季节大量水灌入裂缝中往往会引发坍塌和山体滑移灾害。
4.2地面坍塌
黄土沟壑区地表山峦起伏、沟壑纵横。开采引起沉陷区的地表形成的坍塌。直接与采空区形成水力沟通关系，其对地表交通设施、建筑物、土地、植被及地下水体等破坏相当严重。地面受采动影响其上覆岩层失去支撑力，在重力作用下，自下而上发生冒落、断裂、切落，最终导致地表形成塌陷坑。地面坍塌主要与矿区地质构造、岩层产状、煤层埋深、厚度及开采方式等因素有关。
4.3滑坡
黄土滑坡是一种常见的黄土沟壑区采动灾害形式，具有滑坡与崩塌的双重特点。由于黄土块体运动下滑整体性差，土体破碎，当地形坡度大于 40°时，且滑动面连续即会形成滑坡灾害。滑坡多发生于矿区有基岩出露的沟谷，下部基岩多为含煤地层的砂岩、泥岩，上部为厚黄土层，坡度在 25°～35°之间。在开采扰动影响下因黄土自重作用，基岩坡体发生错落带动上部土体形成陷落陡砍和崩滑。
5结论
综上所述，渭北矿区地处陕西中部，大部分地区被黄土覆盖。地貌多为黄土丘陵和沟壑地貌，其黄土具有湿陷性、非饱和黄土的特殊状态。煤矿开采之后，由于采动影响，引起地表的变形甚至破坏，一般表现为连续变形和非连续变形两种。连续变形指地表采动后形成连续的、稳定的下沉盆地;非连续变形是指地表出现地裂缝、地面塌陷及滑坡等地质灾害。——论文作者：徐莉泉
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