湖北钟祥市斑竹地区岩溶塌陷形成机理及防治建(3)

3.2 岩溶塌陷形成原因

斑竹地面塌陷属典型的岩溶塌陷，其上覆土体厚度较薄，下伏基岩岩溶发育，存在有大量的岩溶管道，地下水的活动性强，周边的人类工程活动频繁，过量抽排地下水增强了地下水的活动性，促使了岩溶塌陷的形成。造成斑竹地区产生岩溶塌陷的原因可分为自然因素和人为因素两个方面。

（1）自然因素

塌陷区处于沟谷地形，利于地表水汇流入渗、补给地下水，使塌陷区雨季地下水位处于骤升骤降的动荡环境，水位振幅约30 m，为塌陷的发育提供了水动力条件；塌陷区上覆土体具有粘土、含泥砂卵（砾）石双元结构，土体厚度较薄，一般为3～4 m，仅为该地区土体平均厚度的1/3，其承受自重压力的能力差，易失稳产生塌陷，含泥砂卵（砾）石中的粗细颗粒粒径相差悬殊，其细颗粒在地下水的作用下易流失形成空洞，利于土洞的形成；塌陷区下伏震旦系上统灯影组岩石的可溶性强，岩溶及构造非常发育，存在有大量的岩溶洞穴、管道，为塌陷的发生和发展提供了空间。

（2）人为因素

矿区抽排地下水，造成了区域性地下水位的下降和地下水流向的改变，使区内地下水活动性增强、水循环变快、水力梯度加大，增大了塌陷区地下水位的升降幅度及地下水的潜蚀作用。

矿山开采对岩溶塌陷的影响主要表为：

①地下水位的持续下降

1996 年胡集镇工农业生产及生活饮用开采地下水的总量为63.065×104m3/a，不及地下水允许开采量352.32 ×104m3/a 的18%，未造成区域性地下水位的下降和岩溶塌陷。1997 年，矿山开采进入了大规模采矿时代，上述3 家矿山企业在矿业活动中，仅熊家湾矿业有限责任公司一家的排水量就达1599.21×104m3/a，为胡集镇地下水允许开采量的4.54 倍，造成地下水位不断下降，形成了以矿区为中心的地下水降落漏斗，1998 年出现了斑竹岩溶塌陷，其后塌陷变形逐年发展。2006 年熊家湾矿业有限责任公司抽排地下水的最低深度达高程-163.80 m，根据经验公式R=2S（S取230m，H取200m，K取2m/d）可求得其影响半径达9.2 km，可见矿山开采活动是造成区域性地下水位下降的主要原因。斑竹岩溶塌陷区位于胡集磷矿区西南6.5～8.5 km地带，塌陷区2007 年的枯水期地下水位较1996 年枯水期地下水位普遍下降10 m 以上。

②地下水的活动性加剧

矿山开采活动的过量抽排地下水，导致了区域性地下水位的逐年下降，增大了水力坡度，加大了地下水的动荡空间，加剧了地下水的活动性，增大了地下水的潜蚀作用，为塌陷的发育提供了动力条件。使岩溶溶隙、溶孔、溶洞被不断潜蚀掏空、加宽、扩大，上覆土体内的土洞也随之扩大，最终超过穹顶极限，破坏土体内原有的应力平衡后发生塌陷。

3.3 岩溶塌陷形成机理

在自然和人为因素的综合作用下，斑竹塌陷区原本存在于溶隙、溶孔、溶洞中的细颗粒物质及其上覆土体物质逐渐被地下水大量携带外排形成地下空洞，溶隙、溶孔、溶洞的不断被潜蚀淘空、加宽、加深扩大，破坏了上覆土体的应力平衡状态，最终造成上覆土体失稳形成岩溶塌陷。在古桥坪桥一带沟谷宽缓的汇水地带，地表水的入渗活动强烈，地下水的水位变幅较大，水活动能力较强，水搬运能力得到提升，其岩溶塌陷的发生、发展速度较快，陷坑密集。地表水还通过陷坑直接进入地下，并使密集的小陷坑逐渐扩展连为一体，最终形成了大陷坑。此外，由于矿坑抽排水造成地下水位下降形成的负压作用，加剧了岩溶塌陷的形成。

4 岩溶塌陷防治对策

通过斑竹地区的岩溶塌陷形成机理分析可知：地下水动力条件的改变是岩溶塌陷形成的诱发因素，如果简单地将已形成的塌陷坑进行填平，不仅达不到根本治理的目的，还有可能给后续的生产生活埋下安全隐患。加强地表水疏排工作是该地区岩溶塌陷防止工作的基础。根据斑竹塌陷区的水文地质条件、工程地质条件以及该区域人类工程活动特点，结合对斑竹塌陷区形成机理的分析并综合考虑系统平衡（陈奇和武强，2008），建议采取防治结合、防治并重的措施进行处理，具体防治工程措施如下。

（1）地表水疏排围改工程

由于塌陷区位于宽缓沟谷中，地表汇水面积较大，建议在斑竹塌陷区的外围适当布设截水沟，通过实施地表水疏排围改工程将地表水引入附近河道当中，有效减少地表水快速补给地下水，降低地下水的流量和活动性，从根本上减少地表水入渗对岩溶塌陷的影响。

文章来源：《湖北农机化》 网址: http://www.hbnjhzz.cn/qikandaodu/2021/0122/504.html