基于AHP和GIS的礦區(qū)巖溶塌陷易發(fā)性評估
——以貴州林歹巖溶礦區(qū)為例

陳菊艷，朱 斌，彭三曦，單慧媚

(桂林理工大學 地球科學學院，廣西 桂林 541006)

礦山地下開采可緩解社會快速發(fā)展對資源的迫切需求，而礦區(qū)疏干排水人為地降低當?shù)氐叵滤?，改變原有的地下水動力條件，迫使覆蓋層的應力分布發(fā)生變化，進而導致諸如塌陷、地面沉降和地裂縫等地質(zhì)災害，造成巨大的經(jīng)濟損失[1-2]。然而，巖溶礦山疏干降水新引發(fā)的塌陷為礦坑涌水提供新的通道和途徑，增大礦坑涌水量，進而迫使礦山加大排水力度，加速新塌陷的產(chǎn)生，從而形成惡性循環(huán)，加劇了礦山水害事故的發(fā)生[3-4]。據(jù)統(tǒng)計，我國巖溶區(qū)面積占國土面積的1/3，達到346.4×104km2；我國采礦誘發(fā)巖溶塌陷造成的經(jīng)濟損失巨大，直接損失超過300億，引發(fā)2 000個塌陷坑以上，較大規(guī)模的超過180處，面積超過1 150 km2；凡口鉛鋅礦、馬坑鐵礦、中關(guān)鐵礦及水口山鉛鋅礦等更是塌陷的重災區(qū)，如凡口鉛鋅礦的塌陷區(qū)損壞幾十萬平方米農(nóng)田，破壞鐵路4km、公路1.5km，且塌陷還在繼續(xù)發(fā)生。因此，巖溶塌陷已經(jīng)成為礦山生產(chǎn)及水害防治不可回避的研究課題。

礦區(qū)的巖溶塌陷防治措施的制定，必須針對礦山特殊的水文地質(zhì)特征，從機理研究巖溶塌陷的發(fā)生過程，以得到最實用的防治依據(jù)。巖溶塌陷是水-土-巖-氣與環(huán)境相互作用產(chǎn)生的，其機制的根本原因在于塌陷體受到的致塌力超過其抗塌力，從而造成塌陷體失穩(wěn)。塌陷體的抗塌力決定因素有抗剪力、內(nèi)聚力、水浮力和與周邊的摩擦程度等；致塌力除自身重量外，更易于受外部環(huán)境決定，其影響因素有地下水滲透力、震動液化及空氣正負壓力等[5-7]。因此，巖溶塌陷主要是在荷載、重力、潛蝕、沖爆、溶蝕及真空吸蝕等多重作用效應下孕育-發(fā)展-產(chǎn)生的，是一個非線性的動力現(xiàn)象。早期巖溶塌陷評價方法主要有經(jīng)驗值法、統(tǒng)計學法、多元回歸法等，但這僅進行定性描述；隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，神經(jīng)網(wǎng)絡、灰色理論法、模糊貼近度法及GIS技術(shù)等定量、半定量方法得到廣泛應用，取得了顯著效果[8-14]。然而，巖溶塌陷具有多因素性、模糊性及隱蔽性，影響因素復雜繁多且無界限值，各因素間又具明顯的空間實效性，難以用準確數(shù)學方法進行定量表示，而且定量描述所需的大量參數(shù)數(shù)據(jù)難以獲取[15-19]，因此，結(jié)合GIS技術(shù)的半定量層次分析法在解決多源信息融合的問題時具有獨特的優(yōu)勢。

層次分析法(The analytic hierarchy process，簡稱AHP)能夠更加科學的得出各地質(zhì)因素對巖溶塌陷發(fā)生的貢獻權(quán)重，有效地融合了各影響因子的多源信息，達到快速高效地解決實際問題，在我國巖溶區(qū)的塌陷防治中得到廣泛應用。李飛飛[20]等選取6個巖溶塌陷的主控因素，構(gòu)建東黃山國際小鎮(zhèn)的巖溶發(fā)育分區(qū)評價模型，取得良好效果；何書[21]等參考大量實例及專家意見，構(gòu)建模型并在武山銅礦區(qū)上屋周地段得到驗證；吳福[22]等、江思義[23]等、馮佐海[24]等通過歸納桂林地區(qū)巖溶發(fā)育特征及影響因子，采用專家-層次分析法評估巖溶塌陷易發(fā)區(qū)，有益地指導當?shù)氐膸r溶塌陷防治；涂靖等[25]、李喜[26]等借助層次分析法，評價了武漢主要城區(qū)的巖溶塌陷易發(fā)區(qū)，為武漢制定巖溶塌陷的防治措施奠定了基礎；肖諄[27]等、張生海[28]等利用層次分析法，分布建立的湖南省臨武縣黃壽村和山東省膠東半島中北部棲霞中橋地區(qū)的巖溶塌陷模型與實際情況基本吻合，應用性很強。

本文針對貴州林歹礦區(qū)的巖溶塌陷問題，在深入分析礦區(qū)水文地質(zhì)特征的基礎上，參考前人經(jīng)驗及規(guī)范，通過專家打分法篩選巖溶發(fā)育條件B1(巖溶發(fā)育程度C1、地質(zhì)構(gòu)造C2)、覆蓋層條件B2(第四系土層厚度C3、第四系土層結(jié)構(gòu)C4)和地下水動力條件B3(地下水波動幅度C5、地下水與基巖面關(guān)系C6、地下水疏干程度C7)3個條件共計7個影響因子作為影響因子，利用層次分析法建立判別矩陣并進行權(quán)重賦值，繼而利用GIS(Geographic Information System)的空間疊加技術(shù)構(gòu)建礦區(qū)巖溶塌陷易發(fā)區(qū)評價模型，并根據(jù)礦區(qū)塌陷現(xiàn)狀驗證模型的精確度。在此基礎上，針對不同的水動力條件，預測礦區(qū)地下延伸開采至1 040 m中段時，礦層隔水底板是否遭受破壞兩種狀況下的塌陷易發(fā)區(qū)，為礦山的巖溶塌陷防治提供依據(jù)，同時力爭為礦山水害防治探索一種新方法，為類似礦山建設提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)屬貴州省清鎮(zhèn)市站街鎮(zhèn)，位于清鎮(zhèn)市北17 km清畢公路中途站，距貴陽市約46 km，交通便利，詳見圖1。

圖1 研究區(qū)地理位置Fig.1 Geographic location of study area

貴州林歹鋁土礦區(qū)處于三面環(huán)山，開口向北的狹長槽谷中，一般標高1 220～1 450 m，地形為淺切割中低山區(qū)，西側(cè)有匯水面積約5.04 km2的薩拉河，東側(cè)有燕龍河，屬巖溶充水礦床。礦區(qū)位于站街倒轉(zhuǎn)向斜東翼，地層從老至新依次為寒武系金頂山組(∈1j)和清虛洞-高臺組(∈1q+∈2g)、石炭系九架爐組(C1j)和擺佐組(C1b)、二疊系下統(tǒng)梁山組(P1l)、棲霞-茅口組(P1q+P1m)和龍?zhí)督M、長興組及大隆組(P2l+P2c+P2d)、三疊系大冶組(T1d)，第四系散布于各地層上。構(gòu)造為南北走向的單斜構(gòu)造，傾角約70°，鋁土礦產(chǎn)于石炭系九架爐組(C1j)、上覆擺佐組(C1b)灰?guī)r及白云巖中。

礦山為開采十多年的老礦山，采用中央豎井開拓方案，中段高度50 m，共設7個生產(chǎn)中段，開采過程產(chǎn)生具有規(guī)模的塌陷24個?，F(xiàn)階段已開拓1 332 m、1 290 m、1 240 m、1 190 m四個中段。1988年豎井下掘至1 190 m中段馬頭門時，發(fā)生巖溶突水淹井，經(jīng)堵水未成功，使用砼止水墊封堵豎井后，采用盲斜井方案開拓1 190 m中段。經(jīng)研究，礦山?jīng)Q定采用延伸現(xiàn)有盲斜井開拓方案開采1 190 m以下3個中段的鋁礦資源[29]。隨著開采深度的延伸，礦層底板是能承受住棲霞-茅口組(P1q+P1m)強含水層的水壓力，將是礦區(qū)巖溶塌陷問題和水害防治最為關(guān)注的問題。礦區(qū)地下水流場詳見圖2。

圖2 林歹礦區(qū)地下水流向示意圖Fig.2 Diagram of groundwater flow in Lindai mining area

2 塌陷易發(fā)區(qū)評價

層次分析法在建立不同目標層的基礎上，進行各因子的權(quán)重賦值并進行一致性檢驗，明確各評估因子對目標層的權(quán)重[30]。綜合分析礦區(qū)地質(zhì)條件特征，歸納致塌因素為3大條件7個因子，分述如下：(1)基礎地質(zhì)條件(B1)，包括巖溶發(fā)育程度(C1)和地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育程度(C2)；(2)第四系覆蓋層特征(B2)，包括土層厚度(C3)和土層結(jié)構(gòu)(C4)；(3)地下水動力條件(B3)，包括地下水位波動幅度(C5)、地下水位與基巖面關(guān)系(C6)以及地下水疏干程度(C7)。巖溶塌陷評價模型采用一元多項式，根據(jù)塌陷易發(fā)程度判別矩陣，建立7個因子的量化數(shù)據(jù)庫，進而通過AHP確立各因子的權(quán)重，并按各影響因子對塌陷的作用進行等級劃分，給出歸一化指標，最后將各因子按權(quán)重進行疊加。研究區(qū)的評價模型公式見公式1，評價指標體系示意圖詳見圖3。

巖溶塌陷易發(fā)性評價結(jié)果H表達式為：

H=A1*X1+A2*X2+…+Ai*Xi.

(1)

式中，Xi為各評價指標，Ai為權(quán)重。

圖3 礦區(qū)塌陷評價體系示意圖Fig.3 Sketch map of subsidence evaluation system in mining area

(1)評價因子權(quán)重確定

1)判別矩陣的建立

層次分析法首先需要建立判別矩陣，對兩兩因素的相對重要性進行量化，以確定評價因子的權(quán)重，其次確定權(quán)重指標，接著通過因子層對條件層以及條件層對目標層的權(quán)重乘積即可得出各評價因子對目標層的最終權(quán)重，最后進行一致性檢驗[31-32]。

針對礦區(qū)地質(zhì)特征及開采疏干現(xiàn)狀，歸納各評價因子的相對重要性，得出條件層(B)對目標層(A)的判別矩陣如表1所示；因子層(C)對條件層(B)的判別矩陣如表2～表4所示：

表1 條件層B對目標層A的判別矩陣Table 1 The discriminant matrix of the conditional layer B to the target layer A

表2 因子層C對巖溶發(fā)育條件B1的判別矩陣Table 2 The discriminant matrix of factor layer C to karst development condition B1B1巖溶發(fā)育程度C1距斷裂的距離C2巖溶發(fā)育程度C113距斷裂的距離C21/31表3 因子層C對覆蓋層條件B2的判別矩陣Table 3 The discriminant matrix of factor layer C to cover layer condition B2B2第四系土層厚度C3第四系土層結(jié)構(gòu)C4第四系土層厚度C313第四系土層結(jié)構(gòu)C41/31

表4 因子層C對水動力條件B3的判別矩陣Table 4 The discriminant matrix of factor layer C to hydrodynamic conditions B3

綜合以上判別矩陣，應用層次分析法，可得到各影響因子對目標層的最終權(quán)重，如圖4所示。

圖4 礦區(qū)巖溶塌陷易發(fā)性權(quán)重分析示意圖Fig.4 Schematic diagram of weight analysis of karst collapse susceptibility in mining area

因此，可得模型的評價結(jié)果H如式(2)所示：

H=0.239 7*C1+0.079 9*C2+0.030 5*C3+0.091 5*C4+0.180 6*C5
+0.049 7*C6+0.328 1*C7.

(2)

可知，地下水疏干程度對礦區(qū)的巖溶塌陷影響最大。

2)一致性檢驗

判斷因子的一致性檢驗是判斷特征向量的特征值能否作為比較因子的權(quán)向量的有效手段，也是評估判斷矩陣有效性的關(guān)鍵。通常用一致性比率CR判斷矩陣的一致性是否在精度范圍之內(nèi)[33]，如下式所示：

(3)

RI為隨機一致性指標，取值如表5所示。

表5 隨機一致性指標Table 5 Index of random consistency

通過計算可得，判別矩陣表2～表4的最大特征根λm分別為3.02、2.0、2.0和3.01，一致性比率分別為0.017 6、0.0、0.0和0.008 8，判斷矩陣的一致性比率均遠小于0.1，因此，判斷矩陣通過一致性檢驗，可用式(2)評價礦區(qū)的塌陷易發(fā)區(qū)。

(2)平均因子賦值

各因子對塌陷的觸發(fā)作用程度不同。為統(tǒng)一各觸發(fā)因素和空間分析，以1～10來表征7個相應因子的影響程度，值越大，對塌陷的影響就越大，分述如下：

1)巖溶發(fā)育程度

巖溶發(fā)育程度反映礦區(qū)基巖的巖溶發(fā)育現(xiàn)狀和類型，巖溶發(fā)育程度和類型對礦區(qū)巖溶塌陷的發(fā)育和發(fā)展具有控制性影響。按照礦區(qū)基巖的巖溶發(fā)育程度分別分為強巖溶發(fā)育區(qū)、中等巖溶發(fā)育區(qū)、弱巖溶發(fā)育區(qū)，賦值分別為10、7、3，賦值如表6所示。

2)地質(zhì)構(gòu)造

地質(zhì)構(gòu)造會切斷基巖，增強礦區(qū)的導水能力，使巖溶水沿構(gòu)造貫通，有利于巖溶的發(fā)育與形成。本次工作將礦區(qū)的構(gòu)造進行緩沖區(qū)分析，把斷裂影響帶50 m內(nèi)劃分為高影響區(qū)，賦值為10，50～100 m范圍為中等影響區(qū)，賦值為5，賦值如表7所示。

表6 巖溶發(fā)育程度因子賦值表Table 6 Evaluation table of karst development degree factor巖溶發(fā)育程度影響程度賦值強發(fā)育區(qū)高影響區(qū)10中等發(fā)育區(qū)中影響區(qū)7弱-中等發(fā)育區(qū)低影響區(qū)3非巖溶區(qū)無影響區(qū)0表7 斷層因子賦值表Table 7 Table of fault factor assignment距斷層距離/m影響程度賦值0-50高影響區(qū)1050-100中影響區(qū)5>100低影響區(qū)0

3)第四系土層厚度

第四系土層厚度越薄對巖溶塌陷的發(fā)生影響越嚴重，本次工作將土層厚度0～10 m區(qū)域劃為高影響區(qū)，賦值10，厚度10～20 m的劃分為中影響區(qū)，賦值5，厚度>20 m的劃為低影響區(qū)，賦值1，賦值如表8所示。

4)第四系土層結(jié)構(gòu)

第四系土層結(jié)構(gòu)的不同組成會對巖溶塌陷產(chǎn)生不同影響，正常情況下，二元結(jié)構(gòu)的土層最容易發(fā)生巖溶塌陷，本次工作將二元結(jié)構(gòu)土層賦值10，一元結(jié)構(gòu)土層為7，多元結(jié)構(gòu)為1，賦值如表9所示。

表8 第四系土層厚度賦值表Table 8 Table of the thickness assignment of Quaternary soil layer第四系土層厚度/m影響程度賦值0-10高影響區(qū)1010-20中影響區(qū)5>20低影響區(qū)1表9 第四系土層結(jié)構(gòu)賦值表Table 9 Assignment table of Quaternary soil layer structure第四系土層結(jié)構(gòu)影響程度賦值二元結(jié)構(gòu)高影響區(qū)10一元結(jié)構(gòu)中影響區(qū)7多元結(jié)構(gòu)低影響區(qū)1

5)地下水位波動幅度

礦區(qū)在大氣降水和采礦疏干的影響下，不同巖層的地下水位波動幅度不一，一般地下水波動幅度越大區(qū)域，對巖溶塌陷的影響權(quán)重就越大。本次工作將水位波動幅度>8 m/a的地區(qū)劃分為高影響區(qū)，賦值10，3～8 m/a的為中等影響區(qū)，賦值5，<3 m/a的為低影響區(qū)，賦值1，賦值如表10所示。

表10 水位波動幅度賦值表Table 10 Valuation table of fluctuation amplitude of water lever地下水位波動幅度/(m·a-1)影響程度賦值>8高影響區(qū)103～8中影響區(qū)5<3低影響區(qū)1表11 地下水位與基巖面的關(guān)系賦值表Table 11 Valuation table of relationship between groundwater lever and bedrock surface地下水與基巖面的關(guān)系影響程度賦值基巖面附近高影響區(qū)10基巖面以下中影響區(qū)5基巖面以上低影響區(qū)3

6)地下水與基巖面的關(guān)系

正常情況下，地下水位在基巖面上下波動，最易發(fā)生巖溶塌陷。本次工作將地下水位在基巖面附近3～10 m波動的區(qū)域定為高影響區(qū)，賦值10，將地下水位在基巖面以下10 m的區(qū)域定為中影響區(qū)，賦值5，地下水位在基巖面以上的區(qū)域定為低影響區(qū)，賦值3，賦值如表11所示。

7)地下水疏干程度

地下水的活動顯著地誘發(fā)巖溶塌陷的發(fā)生，礦區(qū)采礦疏干改變了地下水的天然流場，對礦區(qū)巖溶塌陷的發(fā)生有重要的作用，本次工作結(jié)合礦區(qū)疏干排水的特點和疏干漏斗影響范圍的大小，將疏干漏斗中心200 m范圍的區(qū)域劃分為高影響區(qū)，賦值為10；200～500 m劃分為中影響區(qū)，賦值為7 500 m～漏斗邊緣為低影響區(qū)，賦值為3，賦值如表12所示。

表12 地下水開采程度賦值表Table 12 Evaluation table of groundwater exploitation degree

(3)塌陷易發(fā)區(qū)評價

GIS具有強大的空間數(shù)據(jù)處理能力[34]，可對各影響因子的權(quán)重進行疊加并處理。因此，本文在AHP的基礎上使用GIS預測研究區(qū)的塌陷易發(fā)程度。

為更好地描述二疊系梁山組(P1l)與石炭系擺佐組(C1b)組合的巖體阻隔水作用，本研究用礦層底板未發(fā)生破壞時的地下水疏干程度(C7)單因子圖表示其阻水效果，詳見圖5；依據(jù)模型評價結(jié)果H，利用GIS技術(shù)綜合評估林歹礦區(qū)巖溶塌陷易發(fā)區(qū)，并與已知塌陷點進行比較，得出礦區(qū)巖溶塌陷易發(fā)區(qū)，詳見圖6。

圖5 阻水邊界隔水效果示意圖 圖6 礦山開采現(xiàn)狀巖溶塌陷易發(fā)區(qū)圖Fig.5 Schematic diagram of water blocking effect on water resisting boundary Fig.6 Karst collapse prone area map at mining present situation

由圖5可知，因阻水邊界的隔水作用，疏干范圍呈橢圓展布，橢圓長軸沿地層走向；疏干橢圓的范圍在阻水邊界部位被邊界切除。

由圖6分析可知，1)礦區(qū)的24個已知塌陷點，有21個處于塌陷易發(fā)區(qū)范圍，占87.5%，3個處于不穩(wěn)定區(qū)范圍，占12.5%；2)疏干范圍以采礦巷道為中心(CK106附近)，呈近南北向展布的西邊缺失橢圓形，表明疏干范圍未穿過阻水邊界，疏干橢圓向南北及東部擴展；3)阻水邊界西部塌陷易發(fā)區(qū)占覆蓋層的7.37%，包含5個已知塌陷點，主要為自身天然水文地質(zhì)條件決定；阻水邊界東部塌陷易發(fā)區(qū)占23.5%，包含16個已知塌陷點，主要由礦山疏干與自身水文地質(zhì)條件共同作用產(chǎn)生的；4)塌陷范圍向東擴展未觸及燕龍河，巖溶塌陷不會引起燕龍河河水倒灌。因此，基于AHP和GIS的塌陷易發(fā)區(qū)劃分與礦山實際基本一致，所建模型具有較高的準確度，用來指導礦山建設是可行的。

3 延伸開采時易發(fā)區(qū)預測

按礦山前期規(guī)劃，礦山將延伸現(xiàn)有盲斜井至最低開采中段1 040 m中段，疏干深度將在現(xiàn)有基礎上加深150 m，地下水流場和疏干范圍將發(fā)生極大的變化，同時棲霞-茅口組(P1q+P1m)巖溶含水層的水壓力會增加1.5 MPa，這將對二疊系梁山組(P1l)與石炭系擺佐組(C1b)組成的隔水巖體的隔水能力產(chǎn)生極大的挑戰(zhàn)。本文以已建好的預測模型為依據(jù)，分別預測礦層隔水底板仍具有隔水能力和隔水底板失效2種情況下，預測礦區(qū)延伸開采時的巖溶塌陷易發(fā)區(qū)，力爭為礦山的巖溶塌陷防治工作和延伸開采防治水工作起到指導作用。

針對礦區(qū)延伸開采至1 040 m開采中段時的水文地質(zhì)條件變化趨勢，結(jié)合AHP和GIS技術(shù)，可得礦區(qū)延伸開采時隔水底板未發(fā)生破壞時和發(fā)生破壞時2種情況的礦區(qū)巖溶易發(fā)區(qū)預測結(jié)果，分別如圖7和圖8所示。

圖7 隔水底板未破壞時的易發(fā)區(qū) 圖8 隔水底板破壞時的易發(fā)區(qū)Fig.7 Prone zone when the water separation plate is not damaged Fig.8 Prone zone when the water separation plate is broken

從圖7可知，礦山延伸開采后，在隔水底板仍具有隔水性能的條件下，塌陷易發(fā)區(qū)有如下特征：1)礦區(qū)塌陷易發(fā)區(qū)范圍占覆蓋層面積53.2%，受阻水邊界作用，疏干橢圓未穿過邊界，邊界東部未受疏干影響；2)塌陷易發(fā)區(qū)基本包含阻水邊界以東，燕龍河以西的全部第四系范圍；3)塌陷易發(fā)區(qū)已觸及燕龍河，觸及部位達3個地段；燕龍河的河水將可能倒灌進入塌陷區(qū)，涌向礦坑，存在潛在的礦坑突水威脅。

從圖8可知，在隔水底板遭受破壞條件下，礦區(qū)塌陷易發(fā)區(qū)有如下特征：1)礦區(qū)疏干范圍以CK106正東方向約100 m為圓心，呈近圓形展布，易發(fā)區(qū)范圍占覆蓋層面積的62.8%；2)疏干范圍越過阻水邊界，塌陷易發(fā)區(qū)觸及薩拉河長達380 m；阻水邊界以東，塌陷易發(fā)區(qū)剛觸及到燕龍河，疏干范圍稍有縮減，形狀也有所變化，變?yōu)榻鼒A形；3)塌陷易發(fā)區(qū)已擴展到阻水邊界西側(cè)的礦區(qū)辦公樓、宿舍、電影院、籃球場、游泳池、空壓機房等建筑物，危及礦山生產(chǎn)和人員安全，且難以進行有效防治。因此，塌陷易發(fā)區(qū)擴展至巖溶強發(fā)育的棲霞-茅口組(P1q+P1m)富含水層，并觸及到薩拉河，可能會發(fā)生災難性的水害事故。

礦山在延伸開采時，隔水底板的有效保護將是礦山有效運行的關(guān)鍵因素。底板破壞的主要危害有：1)巖溶塌陷易發(fā)區(qū)將涵蓋礦區(qū)辦公樓、宿舍及空壓機房等建筑物，可能使建筑物沉降、傾向甚至倒塌，危害礦山生產(chǎn)和人員安全；2)棲霞-茅口組(P1q+P1m)巖溶水將直接涌入礦坑，增加礦坑突水危險，增加礦山防治水難度；3)阻水邊界西側(cè)的新塌陷坑將為大氣降雨及薩拉河水倒灌提供了新的礦坑突水通道。這些危害將給礦山帶來不可挽回的損失，即使投入巨資也難以進行有效防治，因此，礦山進行延伸開采時，首要任務是防止隔水底板遭受破壞，這也將是礦山有效生產(chǎn)的關(guān)鍵。

目前，礦區(qū)巖溶塌陷的防治措施有兩步：第一步是塌陷發(fā)生前防治，主要為總體布局，盡量把建筑物修建在穩(wěn)定區(qū)；建立地面塌陷監(jiān)測網(wǎng)，監(jiān)測地面沉降、開裂及塌陷的情況，總結(jié)礦山塌陷規(guī)律，為塌陷的進一步防治提供依據(jù)。第二步是塌陷發(fā)生后的防治，主要為塌洞的回填，分為普通回填和清基回填、修建截水溝和帷幕灌漿等方法。

4 結(jié)論與建議

利用層次分析法確定7個致塌因子并賦值，結(jié)合GIS技術(shù)，建立礦區(qū)目前開采疏干條件下的評價模型；在此基礎上，分別預測礦山延伸開采時，隔水底板是否遭受破壞兩種條件下的塌陷易發(fā)區(qū)，主要結(jié)論如下：

(1)礦區(qū)巖溶塌陷易發(fā)性可用公式：H=0.239 7*C1+0.079 9*C2+0.030 5*C3+0.091 5*C4+0.180 6*C5+0.049 7*C6+0.328 1*C7進行評價，評價結(jié)果準確度較高。由此可知，地下水疏干程度對塌陷的發(fā)生促進作用最大，權(quán)重為0.3281。

(2)在目前的礦山開采條件下，塌陷易發(fā)區(qū)主要特征為：1)礦區(qū)的24個已知塌陷點，有21個處于塌陷易發(fā)區(qū)范圍，占87.5%；3個處于不穩(wěn)定區(qū)范圍，占12.5%；2)在阻水邊界的作用下，疏干漏斗呈橢圓狀，長軸沿南北向，阻水邊界切除疏干橢圓西半側(cè)；3)阻水邊界西部塌陷易發(fā)區(qū)面積占覆蓋層的7.37%，東部的占23.5%，塌陷范圍未觸及燕龍河。

(3)礦山延伸開采時，隔水底板未受破壞條件下，主要特征為：1)塌陷易發(fā)區(qū)范圍占覆蓋層的53.2%，基本涵蓋阻水邊界以東、燕龍河以西的第四系覆蓋層；2)塌陷易發(fā)區(qū)向東擴展觸及燕龍河3個地段，存在河水倒灌涌入礦坑風險。

(4)礦山延伸開采時，隔水底板遭受破壞條件下，主要特征為：1)疏干漏斗位于CK106正東約100 m位置，呈近圓形展布，塌陷易發(fā)區(qū)范圍占覆蓋層面積62.8%；2)塌陷易發(fā)區(qū)剛好觸及燕龍河，而觸及薩拉河長度達380 m，嚴重威脅礦坑安全生產(chǎn)；3)塌陷易發(fā)區(qū)已擴展至阻水邊界西側(cè)的礦區(qū)辦公樓、宿舍、空壓機房等建筑物，威脅礦山生產(chǎn)和人員安全。

(5)礦區(qū)巖溶塌陷的防治措施分為塌前防治和塌后防治。塌前防治有總體布局和建立地面塌陷監(jiān)測網(wǎng)等方法；塌后防治有塌洞的回填、修建截水溝和帷幕灌漿等方法。

綜上所述，礦山延伸開采時，礦層隔水底板遭受破壞將給礦山帶來災難性的后果，因此，保護隔水底板的有效隔水性能將成為礦區(qū)巖溶塌陷和水害防治的重要課題。本研究可為貴州林歹鋁土礦區(qū)巖溶塌陷防治提供理論依據(jù)，也為礦山水害防治提供一種新方法，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會意義。

文中對巖溶塌陷的形成機理僅進行宏觀把控，未深入研究塌陷從孕育-發(fā)展-發(fā)生過程中的微觀力學變化。微觀層面的力學研究將有助于驗證影響因子的權(quán)重，進一步提高預測精度，以后的相關(guān)研究可進行深入分析。