汪華勝

（湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局417隊(duì)，湖南 衡陽(yáng) 421001）

礦區(qū)地面塌陷是礦山在開(kāi)采中主要的地質(zhì)災(zāi)害之一，它的發(fā)生及發(fā)展過(guò)程具有隱蔽性和突發(fā)性等特點(diǎn)，不僅造成礦區(qū)地面的塌陷，也給礦山的建設(shè)和安全帶來(lái)嚴(yán)重影響。相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)高度重視這一內(nèi)容，研究導(dǎo)致礦區(qū)地面坍塌的具體原因，然后從根源上對(duì)其進(jìn)行控制。

1 滲透破壞基本形式

礦區(qū)土壤中滲透破壞的形式分成兩種，分別為流土和管涌[1]。粗細(xì)兩層之間的滲流，會(huì)將細(xì)粒土從粗粒土當(dāng)中帶走，這種現(xiàn)象被叫做接觸沖刷或者潛蝕。針對(duì)一層土來(lái)說(shuō)，粘性土并不會(huì)出現(xiàn)管涌現(xiàn)象。當(dāng)管涌發(fā)生后，會(huì)引發(fā)兩種結(jié)果，第一種是繼細(xì)粒土被帶走之后，粗粒土也會(huì)被滲流帶走，從而產(chǎn)生空洞現(xiàn)象，最終造成漸進(jìn)破壞現(xiàn)象[2]。另外一種則是細(xì)粒土被帶走，粗粒土形成一種骨架還能夠支持，神流量加大，但不一定會(huì)出現(xiàn)破壞情況。

2 流土判別條件

可以形成穩(wěn)定滲流的基礎(chǔ)上，對(duì)臨界平衡狀態(tài)進(jìn)行分析，應(yīng)當(dāng)滿足以下幾個(gè)條件。這種情況下，土體則處于一種相對(duì)飽和的狀態(tài)下，這時(shí)可以采用總應(yīng)力分析方式。如圖1、2所示：

圖1 流土示意圖

圖2 有壓重時(shí)的流土

對(duì)土體自重和上下形成水壓力差相等的情況下，得出下列公式：

站在理論角度進(jìn)行分析，認(rèn)為只要土中所滲流的水力坡度在臨界水力坡度以上的時(shí)候，就有可能會(huì)產(chǎn)生流土，對(duì)土的穩(wěn)定性帶來(lái)影響，但因?yàn)檎承酝辆哂姓尘哿?，這種情況下可以承受較大的水利坡降[3]。但不是所有的均可以形成相對(duì)穩(wěn)定的滲流，土的下部位置，若突然施加，土的透水性較差，土沒(méi)有被飽和，同時(shí)在土中并沒(méi)有形成相對(duì)穩(wěn)定的滲流，在這種情況下，土體的容重則使用天然容重，對(duì)其懸浮條件進(jìn)行分析，得出下列公式：

此外，進(jìn)行相關(guān)研究后，發(fā)現(xiàn)含水層中存在的固體顆粒的水平運(yùn)動(dòng)結(jié)果在含水層的垂向變形，以巖土水利學(xué)相關(guān)內(nèi)容為依據(jù)，可以通過(guò)物理模型或者數(shù)學(xué)方式，對(duì)地質(zhì)中滲流問(wèn)題進(jìn)行宏觀的處理，但是針對(duì)一些小范圍地面坍塌問(wèn)題而言，當(dāng)前還沒(méi)有較好的數(shù)值角度。

巖土體滲流變形具有較高的實(shí)效性，而其中的地下水對(duì)于巖土體產(chǎn)生的作用并不明顯，伴隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，地下水對(duì)巖土體產(chǎn)生了較為明顯的影響。一方面，是產(chǎn)生了軟弱結(jié)構(gòu)面的物理化作用，促使巖土體物理學(xué)性質(zhì)逐漸被減弱。另一方面是地下水產(chǎn)生一定的力學(xué)作用，促使巖土體中裂隙孔隙等發(fā)生擴(kuò)張。第三方面，主要是針對(duì)比較松散的粒狀土體，因?yàn)楦咛荻鹊叵滤鞯挠绊?，產(chǎn)生土顆粒運(yùn)動(dòng)，從而引發(fā)土體變形。

3 礦區(qū)坍塌滲流勘測(cè)與控制

3.1 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)

地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)方式是一種能夠確定地下介質(zhì)分布的廣譜電磁技術(shù)，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)主要是對(duì)發(fā)射天線進(jìn)行應(yīng)用，對(duì)外發(fā)射高頻寬帶電磁波，通過(guò)這種方式來(lái)接收地下介質(zhì)界面的反射波。電磁波在相應(yīng)介質(zhì)當(dāng)中，所傳播的路徑、電磁場(chǎng)強(qiáng)度、波形等，會(huì)隨著全部介質(zhì)的電性質(zhì)幾何形態(tài)發(fā)生變化。以接收波的旅行時(shí)間、幅度和波形資料等，能夠進(jìn)一步推斷介質(zhì)的結(jié)構(gòu)。若巖層當(dāng)中發(fā)生工程災(zāi)害隱患的時(shí)候，巖層和工程災(zāi)害隱患界面兩邊會(huì)產(chǎn)生較大的電性差異，可能會(huì)產(chǎn)生較為強(qiáng)烈的反射波。

因此，使用時(shí)間剖面上存在的特征圖像，能夠有效明確工程災(zāi)害隱患位置，采用這項(xiàng)技術(shù)對(duì)礦區(qū)內(nèi)部進(jìn)行勘測(cè)，能夠事先發(fā)現(xiàn)地基掏空問(wèn)題，從而進(jìn)行及時(shí)處理，防止出現(xiàn)塌陷問(wèn)題出現(xiàn)。

3.2 瞬變電磁法

瞬變電磁法也被稱作時(shí)間域電磁法，主要是采用不接地回線或者接地長(zhǎng)導(dǎo)線提供雙極性的脈沖電流，如果回線中存在的穩(wěn)定電流突然間斷電，可以結(jié)合電磁感應(yīng)理論，當(dāng)回線當(dāng)中的電流突然產(chǎn)生變化，可能會(huì)在周圍產(chǎn)生相應(yīng)的磁場(chǎng)。

3.3 礦區(qū)地面塌陷中滲流的控制

對(duì)地下水補(bǔ)給來(lái)源進(jìn)行控制，以避免地表水無(wú)限制的滲透到地下，導(dǎo)致水體始終處于飽和狀態(tài)。此外，對(duì)水力的坡度進(jìn)行限制，不同地下工程的具體施工過(guò)程中，需要按照計(jì)劃進(jìn)行具體施工，選擇合理的截水帷幕，對(duì)降水的深度、速度以及降水的范圍進(jìn)行嚴(yán)格控制。此外，還需針對(duì)地質(zhì)條件進(jìn)行科學(xué)處理，在進(jìn)行土體回填時(shí)，需加大密實(shí)度，對(duì)廢舊的地下管線進(jìn)行及時(shí)清理，防治這些廢舊的地下管線成為水土流失的通道。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)礦區(qū)地面坍塌現(xiàn)象，需從源頭上進(jìn)行治理，找出發(fā)生坍塌的具體原因，控制降水的深度、速度和范圍，避免出現(xiàn)過(guò)大水力坡度。減少不良地質(zhì)條件，針對(duì)一些特殊的地質(zhì)，可以采用換填的方式，提高壓實(shí)度。