浅析山西下山峁矿山采煤引起的地质灾害治理
Abstract： In Renjia village of Liulin County， Shanxi Province， partial houses crack and collapse in the wall is suspected to be caused by geological disasters. Through the survey of damaged houses of Liujia village， measurements and previous data's collection of surrounding mines as well as comprehensive analysis， we can generally find out the reason why some houses were damaged and put forward some reasonable suggestions for partial damaged houses' prevention and treatment and provide a guarantee for the safety of people's property.
Key words： geological disaster；crack house；mine workings；security allows velocity；coal mine
中图分类号：TD167 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）14-0056-03
0 引言
房屋受损是房屋建筑常见的问题，房屋出现裂缝，轻微的会影响房屋的美观，造成一定程度的漏水，严重的会对整个房屋的结构安全造成相当大的威胁[1]。近年来，柳林县城市矿山经济快速发展，随之而来的房屋裂缝灾害日趋严重，成为柳林县的主要地质灾害之一。任家山村民房屋等场地出现大量裂缝已经对人民生命财产安全和社会经济发展带来重大影响，地质灾害防治工作显得十分必要与迫切。利用现代化信息技术手段建立地质灾害信息管理平台，实现对地质灾害相关信息的综合管理与分析表述，为防灾、减灾和救灾提供科学直观的辅助分析决策手段，对提升地质灾害防治工作的信息化水平具有积极意义[2]。
1 地质灾害现状调查
据初步调查情况，任家山村附近现开采矿山为山西柳林鑫飞下山峁煤业有限公司，任家山村位于下山峁煤矿矿界内的中南部偏东。通过山西柳林鑫飞下山峁煤业有限公司煤矿采掘活动提供的资料[4～6]，对村内受损房屋从如下几个方面进行考虑及工作部署：
①任家山村荒废房屋所在区域的地质环境条件；②对区内矿山进行井上、下测量等工作；③对村庄附近矿方活动资料进行收集，对矿方巷道掘进爆破影响范围进行推算，对项目区附近井下采空区影响范围进行推算；④根据收集资料和前期工作总结对任家山村开裂房屋原因进行系统分析；⑤根据分析所得该部分房屋受损原因，对区内该部分受损房屋防治提出合理的建议。
2 巷道爆破影响范围计算及房屋受损原因分析
2.1 巷道爆破的影响分析
根据《爆破安全规程》（GB6722―2003），用公式计算爆破地震动时在不同距离的振动速度。
地面建筑物的爆破振动判据要采用质点峰值振动速度和主振频率两个指标。
《爆破安全规程》（GB6722―2003）规定建筑物爆破振动安全允许标准（部分见表1）。
项目区爆破作业属于硐室爆破，主振频率取值为<10Hz。
根据公式（2）计算得出表2、表3爆破影响计算成果。
运输巷道施工爆破点到土窑洞、土坯房、毛石房屋等类影响见表4。
根据采区爆破影响最大范围为218.35m，4号煤层最小开采深度为120.00m，8号煤层最小开采深度为180.00m。得出巷道施工爆破对区内土窑洞存在一定程度的影响，对砖窑、砖混结构房屋影响轻微。
2.2 区内房屋受损原因分析
通过井上下巷道调查、逐户调查和测量等大量外业工作和室内对调查情况、测量数据、爆破计算等资料的综合分析和整理，认为区内受损房屋主要分为局部坍塌、整体坍塌、窑内渗水、窑洞冒顶、墙体开裂等几种现象。同时，可认定本次项目区内荒废房屋受损原因主要为09年前原所属矿区4号煤层大面积采空导致形成，后期由于房屋长期闲置、无人居住、受房屋自然老化、降雨、建房初期地基处理不当、建筑物本身质量等自然原因较大，整合后的矿山8号煤层巷道掘进过程中施工爆破对区内土窑洞的受损存在一定程度上的加剧，对砖窑、砖混结构房屋的受损影响轻微。
局部坍塌包括：窑脸局部剥落和碎落。窑脸是黄土窑洞所在的黄土崖崖面，在窑脸顶部、底部，由于雨水、节理裂隙等作用多发生土体崩解、剥落现象，从而形成了窑脸局部剥落和碎落现象；窑顶局部滑塌，主要发生在窑脸顶部土体，当崖面陡峭或窑顶存在古土壤风化层，在暴雨季节或连阴雨季节时，崖面土层及古土壤风化层容易受水侵蚀，使得部分土体脱离母体而产生局部滑塌；洞内土层剥落，主要发生有两方面的原因：一方面是受黄土高原干旱、半干旱气候的影响，使得黄土窑洞内部拱圈的土体出现干缩现象，从而发生土体开裂、土层剥落；另一部分原因则是因为黄土中节理作用，加上土体上部雨水下渗，加大了节理扩张，使土体失稳，从而发生灾害。 窑洞整体坍塌，是指窑洞土体整体塌落和倒塌，是一种很严重的破坏方式，整体坍塌多发生在土崖高度较小或是窑顶保护层厚度较小的边跨窑洞，在雨季入渗，增大了土层重量，同时也破坏了窑洞本身的结构性和完整性，从而引起中间跨裂缝和坍塌，窑洞坍塌。
裂缝是指窑洞内部的拱圈或墙体，因自然或人为因素的影响而发生土层、泥层开裂的现象，它是窑洞最常见的破坏形式。裂缝既可以发生在边跨，也可以发生在中跨窑洞。有结构性裂缝和构造性裂缝两种，结构性裂缝是由于热胀冷缩引起的比较浅的裂缝，构造性裂缝是由于拱圈断裂或错位而引起的比较深的裂缝。
窑内渗水是指在连阴雨季节，雨水沿黄土层中的节理或植物孔隙渗入窑洞内部的拱圈或墙体的现象。它是窑洞灾害中比较严重的破坏形式，严重影响着窑洞的稳定性、安全性和居民的居住环境。此类灾害多发生在窑洞上覆土层较薄，黄土结构性较差的区域；同时，调查发现，窑洞渗水并非整个窑洞大面积同时渗水，一般集中在有薄弱面的拱圈附近。
窑洞冒顶是指由于在窑洞建筑过程中未按建筑规程进行施工或在窑顶存在古土壤风化层，使得窑洞上部拱圈发生变形破坏的现象。一方面，在窑洞建筑过程，如果随意乱挖乱建，有可能使得窑洞的高宽比小于1，从而影响窑洞的稳定性和安全性，甚至发生窑洞坍塌破坏；另一方面，当窑洞洞顶进入古土壤风化层时，由于古土壤风化层松散、破碎，容易发生掉块、剥落等现象，从而引发窑洞冒顶；同时在干旱环境下，由于黄土的干缩现象，使得黄土中的节理裂隙进一步张开，破坏了窑洞拱圈的完整性和结构性，也可导致窑洞冒顶现象的发生。
降雨：区内房屋受损均与降雨有着根本的关联，降雨是引起窑洞病害发生的主要原因之一。一方面雨水的入渗不仅能增加黄土的自重，而且可以使原本胶结的黄土颗粒发生悬浮或在自由水作用下沿土中空隙、节理发生流动，从而破坏黄土本身的结构性和整体性，使得黄土强度降低；另一方面，由于黄土中存在着多种节理、裂隙，在雨水作用下，这些软弱结构面有可能进一步的弱化和加深，从而使得黄土窑洞的整体稳定性受到破坏，这也是雨季黄土窑洞病害多发的主要原因。
2.3 从区内受损房屋类型对其受损原因进行机理分析
区内土窑洞局部坍塌、整体倒塌等主要为前期4号煤层大面积采空导致地表产生变形，对窑洞稳定性造成破坏，再为窑洞长期无人居住，窑内土体自然风干，土体间作用力逐渐减小，在受到局部土块自重力影响的作用下，发生掉块、窑脸坍塌、窑顶冒落、整体倒塌等现象，后期受区内8号煤层巷道掘进爆破施工影响，掉块、坍塌等现象加剧。
区内砖窑受损原因主要为前期4号煤层大面积采空导致地表产生变形，对地基承载力产生了影响，再为窑洞建房初期对地基基本无处理，建房所用材料较为粗糙，在经历数十年后，多年的风雨侵蚀，致使建筑材料中起粘结作用的部分逐渐失效，部分房屋长期无人居住，导致窑内空气流通不畅，风化、风蚀、水蚀等细微影响作用致使房屋老化现象加快，区内房屋受后期8号煤层巷道掘进爆破施工影响轻微。
2.4 综合解释结果
综合前期井上、井下测量、村庄房屋裂缝调查统计、巷道爆破影响分析计算、周边矿山开采影响等一系列的因素进行分析，可得出本次调查阶段区内房屋等场地受损原因：区内砖房屋建筑年代较早，建筑材料质量较差，建筑阶段地基处理方式较为简单，在房屋建成后，常年的荷载下，地基下伏土层受地表建筑物自重的影响，土体空间结构受上部荷载力的影响，遭到一定程度的破坏，进行重新排列，在地表表现为轻微的沉降，由于同一建筑物各处地基受力不均，沉降程度有差异，从而导致建筑物受力不均，部分建筑物直接表现为开裂；周边矿山8号煤层巷道施工爆破引起的地表变形的影响，该影响直接导致房屋开裂或已有裂缝加剧。
3 地质灾害防治措施
造成房屋受损的原因是多方面的，但不管哪种原因造成的裂缝，都会对房屋产生不同程度的不利影响。首先破坏了房屋的整体性，改变了结构构件原有工作状态，降低了房屋的抗震能力和承载能力，降低了房屋结构的可靠度和内久性；其次是影响房屋的正常使用。因此，要针对裂缝出现的原因和开裂程度，对裂缝房屋进行必要的处理，具体措施如下：
①加固法。这种方法旨在提高房屋的整体性和结构构件的承载能力。如锚杆拉结法、钢筋网片水泥砂浆抹面法、压力自动灌浆法或地基加固法。
②卸载法。对房屋层数较多、地基变形较重、使用荷载较大且不易进行加固的情况，可采用降低使用荷载、拆除不必要的附属重物，甚至减少房屋层数。
③结合维修进行功能改造法。对房屋开裂较重的顶层或端部转折处，在无加固价值的情况下，可将该处拆除重建，或改变原有房屋的使用功能。
以上处理措施根据具体情况可单独采用，也可综合采用，但总的原则是行之有效、措施得力、施工方便、经济美观。本次调查区内房屋裂缝除土窑洞外，其他建筑物裂缝均建议采用加固法。
4 结语
地质灾害会严重危害人民生命和财产安全，近年来，随着地质资料信息化的呼声日益高涨，很多城市和地区已经开始着手和拟进行资料的数字化，建立区域信息系统[10]。建议各级政府部门健全和完善区域地质灾害管理信息系统，务必重视地质灾害工作，通过地灾信息系统来有效管理和处理与地质灾害有关的问题，从而真正做到定量化，数字化，可视化，提高资料数据的利用率和地质灾害管理的信息化水平，争取造就一个轻松和谐的自然生活环境。
