地面坍塌,是地表岩、土体在自然或人为因素作用下,向下陷落并在地面形成坍塌坑的一种地质现象。地面坍塌形态多样,如圆形、长条形、椭圆形、漏斗形等等。
地面塌陷会破坏地面建筑,损毁铁路、公路和水利等基础设施,破坏农田,引发矿井水患,造成人员伤亡,严重危害人们的生命和财产安全。
正确认识地面塌陷并掌握基本的自救知识,可以帮助我们避免或减少自然灾害带来的损失。
/ 我国地面塌陷分布特点 /
01 岩溶地面塌陷分布
岩溶塌陷主要集中在扬子地台和华北地台的碳酸盐岩分布区,可分为南、北岩溶塌陷高发区。
1、北方岩溶地面塌陷区
长江以北,除古代的岩溶洞穴系统有部分残留外,现代岩溶主要以溶蚀裂隙为主。
岩溶地面塌陷大多集中在山区与平原的过渡地带,如辽宁省的南部、山东的泰安、枣庄、莱芜、河北的唐山、秦皇岛柳江盆地、江苏的徐州、安徽的淮南、淮北等地。
2、南方岩溶塌陷区
位于长江以南的广大地区,是我国碳酸盐岩分布最集中、面积最大的区域,总面积约176.08×104km2。
气候温热湿润,植被茂密,地质构造多为紧密的褶皱和密集的断块,现代岩溶十分发达。
02 矿山采空区地面塌陷分布
矿山采空区地面塌陷是我国地面塌陷中另一种重要形式。其中煤矿开采造成的地面塌陷比例最大。
目前我国采矿业造成的地面塌陷主要分布在全国20个省区市,塌陷点总数达17138个,占全国各种类型地面塌陷总点数44.4%,其中湖南省为12549个,再其次为内蒙古自治区2800个,再其次分别为山西、黑龙江、安徽、河南等省。
/ 引起塌陷的主要原因 /
根据形成塌陷的主要条件,分为自然塌陷和人为塌陷两大类。
01 自然塌陷
地表岩石、土体由于自然因素作用,如地震震动、降雨雨水向地下渗透、自重压力、地下潜蚀掏空等,引起地面向下陷落。
02 人为塌陷
人为激发活动主要表现在地面施加荷载、人为爆破、车辆振动、水库蓄放水的人工调节等。
对于岩溶地面塌陷,除上述人为活动外,地下水的抽排、回灌,尤其是快速、大降深的抽水活动往往是引发地面塌陷最普遍的原因。
/ 地面塌陷前征兆 /
地面塌陷发生前并不是毫无征兆,可能地面会出现环状、放射状、平行交错状等形状的裂缝,或是建筑物作响、倾斜、开裂,地面出现下凹,有不明原因积水,微微可听见地下土层的垮落声。
还有的可能会是井、泉突然干枯,或浑浊翻沙,水位骤然降落等。
如果发现以上情况,一定要迅速离开这些可能发生地面塌陷的地区。
/ 地面塌陷发生机理 /
01 矿山采空区地面塌陷机理
第一阶段为掘进和回采的初期,存在冒落带、断裂带和弯曲带 ;
第二阶段为地裂缝发展阶段,仅存在冒落带和断裂带;
第三阶段为地面塌陷阶段,仅存在冒落带。
02 岩溶地面塌陷机理
形成岩溶塌陷的原因很多,如潜蚀、真空吸蚀、振动、土体软化、建筑荷载等。因当地条件不同,产生塌陷的原因而不同,也可能是以一种原因为主导,多种因素综合作用的结果。
1、 潜蚀作用
在覆盖型岩溶区,下伏存在溶蚀空洞,地下水经覆盖层向空洞渗流(或地下水位下降时,水力梯度增大)。
在一定的水压力作用下,地下水对土体或空隙中的充填物进行冲蚀、掏空。从而在洞体顶板处的土体开始形成土洞,随着土洞的不断扩大,最终引发动洞顶塌落。
2、真空吸蚀效应
岩溶网络的封闭空腔(溶洞或土洞)中,当地下水位大幅度下降到空腔盖层底面下时,地下水由承压转为无压,空腔上部便形成低气压状态的真空,产生抽吸力,吸蚀顶板的土颗粒,同时内外压作用,覆盖层表面出现一种“冲压”作用,从而加速土体破坏。
3 、压强差效应
压强差是指岩溶空腔与松散介质(或土洞)接触面上下侧水、气流体,因岩溶管道水位变化而产生相应的压强差值。
4、自重效应
雨水入渗后,盖层饱和容重比干容重一般增加30%-40%。使土拱承受更大的重量,导致塌陷。
5、浮力效应
岩土体位于地下水位之中,当地下水位下降时,除产生压强差效应外,土体的浮托力也随之减小,产生塌陷。
6、土体强度效应
土体吸水饱和后,土体抗剪强度降低,土拱抗塌力减小,产生塌陷。
/ 地面塌陷自救方法 /
落入坑洞里,不要慌张,此时要双手抱头、双臂护脸、下蹲抱团,将脸藏于双膝之间,为自己留出最大限度的呼吸空间。
小心地移动身体,以防更大的塌陷物砸到身上,还要护住口鼻以防吸入粉尘。
如可脱身时要迅速逃离,需要时大声呼救。不可脱身时,要保存体力,适时呼救,等待救援。如有信号要迅速拨打电话报警,也可利用身边的水管、煤气管道等制造声响进行求救。
如果是开车时落入塌陷区内,等汽车静止后要迅速解开安全带,开门或破窗逃离,寻找逃生路线。
如果被埋,也不要慌乱,迅速利用通讯手段呼救,保存体力,等待救援,切勿强行自救。
地面塌陷发生后,地上人群也要远离事故现场,避免发生次生灾害!
如果发现异常,请立即撤离,并通知有关部门,不要冒险停留在原地或居室内。
/ 矿山塌陷地自动化监测网 /
蓝尊科技矿山塌陷地监测管理预警系统,综合塌陷地区InSAR数据经预处理后生成的高程数据、机载雷达数据经预处理生成的高程数据、自动化监测数据、人工测绘数据、GNSS自动化监测等多维度数据,对地面沉降发育程度进行分析。
矿山塌陷地监测系统由一体化GNSS监测站、一体化静力水准仪组成。
监测系统可根据近年平均塌陷速率、累计沉降量的任意一个条件,按强发育、中等发育、弱发育统计分析不同发育地面沉降的基础数据、百分比、范围分布等变化情况;同时依据采煤塌陷地沉降可能导致的人员、财产损失,按照危险程度的大、中、小划分标准,在自然资源一张图上进行标注,提高采空区塌陷预警能力,为综合治理塌陷地提供科学依据。
采煤塌陷地综合管理“一张图”
采煤塌陷地恢复治理业务全过程管理
系统采用地理信息、管理信息、办公自动化相结合的一张图管理,通过对数据中心基础地理信息资源的调用,实现各种基础地理数据和采煤塌陷地数据的“一张图”成果展示、叠加。
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