1 前言
我国碳酸盐岩分布广泛，塌陷时有发生，据不完全统计，全国已发现的塌陷遍布23个省市区，其中约2/3位于煤矿留曰0塌陷恶化了矿区环境，常造成地表水直接灌入地下矿坑，引发淹井事故;同时，塌陷后地表并泉干涸、河水断流、田地破坏、房屋倒塌、人畜伤亡，破坏道路和桥梁，严重影响了矿产资源的开发和人民生命财产的安全。为了减少或防止矿区塌陷灾害的发生，我们应研究其发生发展的机理。
2 采矿活动的扰动特点
塌陷是覆盖型岩溶区(少数为裸露型岩榕区)由于水文地质条件变化导致地面局部地区垮塌陷落的工程地质现象。在工农业生产和城市供水区的塌陷，是通过超量开采地下水导致水位下降而间接触发的，而且在塌第一作者简介:韩宝平，男，38岁，副教授，水文地质工
程地质.陷发生前含水层的结构并没有受到很大破坏，此时若停止抽水或有降水补给后，水位上升，塌陷就不会发生或逐渐减缓。采矿区的塌陷则有所不同，由于地下采矿活动是在一定深度上进行的，直接和间接的扰动作用，常常导致矿区含水层结构的巨大变化，正是这种结构变化诱发了塌陷。具体地讲，采矿扰动作用有下列特点:<1)矿区大规模长期地疏排地下水，形成人工集中排泄区;且时常发生的突水事故不断形成人工诱发排水点，大大改变了矿区的补给、径流和排泄条件。(2)由于大量的煤和岩石采出，深部岩体力学平衡受到破坏;形成冒落带、裂隙带和沉降弯曲带，在采区附近形成诱发裂隙，使之变为高渗透性岩体，加大了地下水的垂直流速，强化了潜蚀作用。(3)煤矿开采前、深部为还原环境;开采后，由于大量裂隙发育及通风充气形成氢化环境，煤层中及其顶底板内黄铁矿等矿物氢化形成酸性水，有些矿区其酸度可达pH=2，它们顺着采动裂隙下渗，溶蚀顶底板灰岩，大大改变了矿床水文地质结构，使有效隔水层的厚度变薄，诱发突水并进一步诱发塌陷。(4)井巷或工作面推进过程中直接穿越断层或溶洞等诱发塌陷的敏感部位，直接引起水文地质条件的突变诱发塌陷。(5)深部采矿活动的爆破震动，导致浅部岩层的失稳，形成塌陷。
由于上述特点，导致矿区水文地质结构变化具有单向演化的不可恢复性。
3 致塌作用
虽然采矿诱发塌陷的致塌咋用不外乎潜蚀、真空吸蚀和气爆三种，但其发生原因及演化方式主要受采矿特点控制，因而育别于单纯因抽水造成的塌陷。
3.1潜蚀作用
当开采深度较小，“三带”发育接近于灰岩顶面时，由于采动裂隙导致垂向渗透性变大，上覆松散层中水位面突然下降至灰岩顶面以下，水流速度大大超出土体的临界流速，土体中浮力减小，潜蚀作用增强，导致塌陷发生。湖南某些矿区因采深小，松散盖层薄，多发此类塌陷。
3.2负压真空吸蚀作用
当井巷或工作面直接揭露断层或溶洞时常造成突水事故，原相对封闭的溶蚀空间内水压力突然减小，当水压面刚刚低于上覆土层底面时，即下部含水层由承压水变为无压水的瞬间，溶蚀空间真空腔内水面与盖层间形成“负压层”进而掏空土层诱发塌陷。南方许多矿区突水后产生的塌陷多属此类。
3.3正压气爆作用
有些矿区突水后，由于泥砂的自然封堵或人工住浆封填后，溶蚀空间中水位回升发生气、水压力的交替作用，负压转为正压，当盖层较薄时，正压气体冲破盖层形成气爆，结果再次破坏了上覆土层结构而产生塌陷。例如，黄沙坪矿于1980年9月巷道内遇断层突水后，地下水位很快下降35m.距突水点410--}}380m范围内出现了37个陷坑。1981年9月关水后，水位回升18 m,至1982年3月塌陷区水位基本恢复，但塌陷并未停止，至7月份塌陷又增加了29个，其塌陷区演化特征正反映了负压一正压交替的作用。
上述致塌作用有时单独引发塌陷，有时又相互配台，共同导致矿区塌陷的发生。柏坊铜矿1980年发生的塌陷就是一例。柏坊铜矿的地质条件如图1。灰岩溶洞水为处于封闭状态的承压水，Fz。断层切割了浅部的红色砂岩。九水平掘进中揭穿Fz。而导致突水，流量为1G6.G m3/s降落漏斗形成后，瞬间产生负压吸蚀作用，沿着Fz o破碎带，岩块垮落体积达25mxgmxl0m并充填了深部溶道。由于深部溶道被堵塞，水位回升，溶道腔体内负压变为正压，地面上沿着F:。断层带到处冒汽〔CK214孔冒大汽柱)，水汽柱高达十余米，发出汽笛声响，1km外均可听到，并延续一个星期之久。在此期间，溶道又吸入5x10m“多的碎石块。由于水位再次上升
造成了俺井事故，并在距突水点115m的山坡上，厚达100m的砂页岩地层中出现一个直径80m、深30m的大塌坑CK24_3孔周围)。
4 采矿区塌陷及采矿诱发塌陷类型
采矿诱发的塌陷不仅与岩溶发育分布特点密切相关，还与采矿扰动方式、规模有直接的关系。在下伏灰岩岩溶发育相似地区，采深不大、采空区面积大，多次重复采动区，由于矿区水文地质结构破坏严重，因此，塌陷也较强烈。例如，湖南恩口煤矿有塌陷坑6100多个，在开采中心的上方0. lk㎡面积内就塌坑800多个。
4．1采矿区塌陷类型
按照采矿活动与塌陷关系，可以分为直接触发型和间接诱发型。
4.1.1直接触发型
当采矿活动直接揭露溶洞或大断层，迅速产生塌陷属此类。如四川南桐煤矿开采二叠系龙潭煤组，其顶底板分别为长兴和茅口灰岩含水层。一井(斜井用于循环通风)掘进中，在1978年6月20日遇一顺层发育的大裂隙，平均宽2.65m，高0. 8m，顺斜井长20m,直通刘家河见图2，造成涌水量由30m3/h突增至100m3/h，刘家河底产生塌陷，水面形成一个直径约5m的大漩涡。全矿抢修临时河道，向漩涡中投入40多条棉被才堵住。
4.1.2间接诱发型
开采过程中没有直接揭露大型溶洞，只是由于采矿活动导致水文地条件变化而诱发的塌陷属此类型。许多矿区采动区沉降盆地边缘，垂直剪裂隙发育且导水，沿其开裂部位多形成环形串珠状塌坑就是其例。
南桐矿一井某延河采区(平面距河底300m)采动后，井下涌水量增大，标高293m的刘家河河床一侧于1991年5月产生一宽4. 2m，深2.7m的塌陷坑，注浆封堵后，9月又在旁边形成一个塌坑；10月31日注入食盐示踪，72小时后，正负零米水平的北茅口大巷涌水成分为明显的反应(图3)，表明河床塌坑与近河采区开采有密切关系，而且连通为裂隙渗透式，而不是管道直通式。用17t水泥和4t水玻璃注浆后，井下涌水量明显减少。
南桐三并开采推进方向为沿F17断层发育的长条状溶蚀洼地，地面标高580m为稻田区，中间有更古河穿过。当3680采区(标高为370m)开拓茅口灰岩巷道揭穿F1，大断层的旁侧裂隙时涌水量大增，沿F，，断层延伸方向1340m远处洼地中，形成40多个塌坑，直径3-5m,深5m左右，有的几个相连形成花朵状(图4)。更古河旁的塌坑导致溪水直挤流
入地下，暴雨后采区涌水量高达I1OOOm3/h,严重威胁井下的开采活动;虽曾用水泥封堵，但暴雨后水压增大时，在封堵处外围产生裂隙出水，并仍有零星塌陷发生。
4.2采矿诱发塌陷类型
从塌陷发生与开采活动的时间关系，可以分为采前塌陷、采期塌陷和采后塌陷。
4.2.1采前塌陷
发生在正式开采之前，由于开采前期工作，如大规模疏水和建井工程等诱发的塌陷。此一阶段，采矿扰动区很小，矿区含水层结构变化不大，塌陷主要受矿区原生地质条件的控制。
4.2.2开采期塌陷
为大规模开采活动直接触发和间接诱发的塌陷，大多数塌陷发育于这一时期，因为这一时期是矿区水文地质结构变化最大的时期(“三带”发育的高峰期)。
4.2.3采后塌陷
一定范围的采矿活动完成并停止后，该范围地面上又产生的塌陷称为采后塌陷。这类塌陷多为间接诱发型，而且其诱发期较长。例如，山西某矿区一巷道建成十年后，小断层附近的采动裂隙才逐渐形成含水网络，先渗水后出流，引起地表出现十几个浅塌坑。再如，四川某矿区，当巷道穿越一压性断层下盘时未见.突水;数年后，由于“三带”范围扩展，断层下盘沉降，造成原先闭合的断层面被拉开充水，发生200m3/h的突水，地表随之产生塌陷。
5 结语
综上所述可知，矿区开采活动导致的水文地质结构的变化是采矿诱发塌陷的主要动因，防治塌陷必须尽量减少对矿区结构的破坏。为此，应在充分熟悉矿区和水文地质条件的基础上，布置采矿工程，将那些扰功强度大的工程避开断层、溶洞等敏感部位，如必须穿越时则一定要进行预注浆封堵处理。改变开采方式由全冒落法开采改为半充填式开采，以减小采空区的面积，减少采动诱发裂隙的发育。突水后，应尽快采取有效的堵水措施，以减小水位的下降速率，防止引发塌陷或减少塌陷。
参考文献
1.康彦仁等.中国南方岩溶塌陷.南宁:广西科学技术出版社，1990
2.徐卫国等.试论岩溶矿区地面塌陷的真空吸蚀作用.地质论评，1931. 27(2)
