本发明涉及地下采矿区地表地质灾害预防与保护技术，尤其涉及一种采矿区地表裂隙地质灾害的防治方法。
背景技术：
我国灾害地质条件极为复杂，除滑坡、泥石流、地面沉降、地裂缝等自然地质灾害外，矿山开采引起的次生地质灾害同样极为普遍。在平原或具有土壤层覆盖的矿区，地下开采导致地面沉降是最为常见的地质灾害类型。不仅如此，沉陷作用必然伴随地表土体拉裂，形成矿区拉张裂隙地质灾害。尤其是当土壤水分为含量较低或干燥状态时的黏土分布区，因土体强度高而表现为脆性变形，从而产生大量裂隙。
矿区地表拉张裂隙的出现不仅造成道路、堤坝等构筑物的损伤破坏，裂隙可成为地表水进入矿井的通道而造成矿井水害。同时，土壤中的裂隙加剧了矿区水土流失，破坏了矿区生态环境等。
目前，控制或降低矿区拉张裂隙地质灾害的方法主要是针对裂隙区采取注浆堵漏的方法，且只是针对矿井地表水害采取的措施。由于此方法的实施是在裂隙发育之后，故对于道路、堤坝等构筑物无法提前做出积极地保护。对于地表沉陷的过程中造成水土流失问题则更无法解决。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种采矿区地表裂隙地质灾害的防治方法，以解决现有技术中没有对采矿区地表塌陷范围内地表裂隙有效防治方法的技术问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供一种采矿区地表裂隙地质灾害的防治方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、确定采矿区地表塌陷范围
步骤2、确定地表塌陷范围内地表为黏土或粉质黏土土壤层覆盖区的目标范围
步骤3、分析目标范围内地表土层的膨胀率变化特征，确定其膨胀率最大的平均时间点及其平均延续时限
步骤4、在采矿区地表将要塌陷前对目标范围内的土壤层进行增湿处理，使得其土壤层的含水量达到其塑限含水量；
且目标范围内土壤层增湿后土壤膨胀达到其膨胀率最大的平均时间点的时刻与地表塌陷的时刻之间的误差不大于平均延续时限。
进一步，步骤1中确定采矿区地表塌陷范围的方法包括：获取地下采场的分布范围、获取地下采场工作面推进方向及推进速度、地表变形周期来压步距，根据获取的信息确定地表塌陷范围。
进一步，步骤2之后还包括：步骤2.1、确定目标范围内会产生拉张裂隙的目标区域，将步骤3和步骤4的操作对象均由目标范围替换为目标区域。
进一步，步骤4中进行增湿处理前，还包括调查增湿对象的土壤渗透率、天然含水量、塑液限指数、增湿深度，根据调查内容确定增湿对象的增湿用水量和增湿时长。
进一步，膨胀率变化特征的分析方法包括分析土壤粒度结构、塑液性指数、膨胀指数。
进一步，增湿方法包括管网喷洒、直接浇灌或钻孔压注。
进一步，增湿深度为2-2.3m。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明提供一种采矿区地表裂隙地质灾害的防治方法，通过对地表塌陷区范围内会产生拉张裂隙处进行土体增湿，使其达到塑限含水量，并且将土体增湿后达到其膨胀率最大的时间点的时刻设置为与地表塌陷的时刻之间的误差不大于土壤膨胀的平均延续时限，使得塌陷区塌陷的时刻处于拉张裂隙处的土体增湿膨胀的最优时间点，从而使得土体膨胀抵消部分拉张裂隙，从而可有效改善及降低拉张裂隙的规模和密度，降低了底面裂隙引起的地质灾害的危险度；实现了对采矿区地表塌陷后地表产生拉张裂隙的有效预防，即实现了提前防治采矿区地表塌陷引起地质灾害的目的，本方法操作简单，成本低，效果显著，适用推广和使用。
具体实施方式
下面，举实施例说明本发明，但是，本发明并不限于下述的实施例。
本发明中选用的所有原辅材料、试剂和仪器、设备都为本领域熟知选用的，但不限制本发明的实施，其他本领域熟知的一些试剂和设备都可适用于本发明以下实施方式的实施。
本实施例提供一种采矿区地表裂隙地质灾害的防治方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、确定采矿区地表塌陷范围
步骤2、确定地表塌陷范围内地表为黏土或粉质黏土土壤层覆盖区的目标范围
步骤3、分析目标范围内地表土层的膨胀率变化特征，确定其膨胀率最大的平均时间点及其平均延续时限
步骤4、在采矿区地表将要塌陷前对目标范围内的土壤层进行增湿处理，使得其土壤层的含水量达到其塑限含水量；
且目标范围内土壤层增湿后土壤膨胀达到其膨胀率最大的平均时间点的时刻与地表塌陷的时刻之间的误差不大于平均延续时限。
优选的，为了能够快速的确定采矿区地表塌陷范围，在本实施例中通过获取地下采场的分布范围、地下采场工作面推进方向及推进速度、地表变形周期来压步距等，根据获取的上述信息从而可有效地确定地表塌陷范围。
地下采场结束开采后，对地表的影响主要为采空区上方岩土层下沉填补采空区，层层传递后，最终体现在采场正上方的地表出凹陷，即塌陷区。因此，根据采场的分布和开采速度，可提前确定地表的下沉范围和时间；
因为地下开采在平面上由一个方向向前逐步推进开采，因此，通过确定开采工作面推进方向和推进速度，可提前预判地表塌陷区的走向、范围和塌陷速度；
根据上述信息便可有效地判断地表塌陷区范围。
在本实施例中对地表塌陷范围内地表为黏土或粉质黏土土壤层覆盖区均进行土体增湿，则在完成土体增湿后，整个矿区地表塌陷范围塌陷后，因整个地表塌陷范围内地表为黏土或粉质黏土土壤层覆盖区均进行了增湿，且土体达到最大膨胀率的时间点与塌陷时间点基本重合的设置，使得产生拉张裂隙处土体的拉张裂隙部分与土体的膨胀相互抵消，同时由于整个地表塌陷范围内地表为黏土或粉质黏土土壤层覆盖区均进行了增湿，则未产生拉张裂隙的土体因膨胀会对临近的、产生拉张裂隙处的土体施加一个朝向裂隙中心区域的闭合力，进而进一步的抵消了部分拉张裂隙，从而有效地降低了地表塌陷后会产生拉张裂隙处地表土层的拉张裂隙的程度。
实施例二
在实施例一的实际应用的过程中，因塌陷区范围较大，如果对地表塌陷范围内地表为黏土或粉质黏土土壤层覆盖区均进行土体增湿，那么将会产生巨大的工作量，且并不是所有地表塌陷范围内地表为黏土或粉质黏土土壤层覆盖区均会产生拉张裂隙的地质灾害。
因在塌陷区塌陷过程中，其产生形变的主要区域为塌陷区边界处及地下采场中支护墙体或巷道对应墙体等投影到地表的位置处，且形变多表现为拉张裂隙，而其它区域的变形则很小，因为其形变方式主要为下沉，不像塌陷区边界处因其一侧下沉一侧不变，导致处于其上的土壤层的拉张裂隙较大。
其次，采场上覆岩层周期来压时，周期来压处会出现大型拉张裂隙；因此，需要确定在周期来压显现的拉张裂隙带位置，同时为了减少工作量和增湿成本，在本实施例中在确定了拉张裂隙的位置后，在原先的步骤2之后完成之后，再次确定目标范围内会产生拉张裂隙的目标区域，同时将步骤3和步骤4的操作对象均由目标范围替换为目标区域。
即步骤3、分析目标区域内地表土层的膨胀率变化特征，确定其膨胀率最大的平均时间点及其平均延续时限
步骤4、在采矿区地表将要塌陷前对目标区域内的土壤层进行增湿处理，使得其土壤层的含水量达到其塑限含水量；
且目标区域内土壤层增湿后土壤膨胀达到其膨胀率最大的平均时间点的时刻与地表塌陷的时刻之间的误差不大于平均延续时限。
通过上述操作，可有效降低土体增湿工作量和工作成本了。
进一步，在实施例一和实施例二中为了确定土体增湿的用水量和增湿时长，在进行土体增湿之前，还包括调查地表土层的土壤类型、获取土壤渗透性、天然含水量、塑液限指数、增湿深度，根据上述参数确定土体增湿用水量和增湿时间。
进一步，步骤4中对地表土体增湿的方法为管网喷洒、直接浇灌或钻孔压注。
根据不同的情况，可选用不同的增湿方法。
进一步，增湿深度一般为2-2.3m。
进一步，膨胀率变化特征的分析方法包括分析土壤粒度结构、塑液性指数、膨胀指数。
上述增湿深度为一般增湿深度，在实际应用的过程中还需要考虑拉张裂隙处的深度、宽度、规模和分布方向，进而为增湿深度设计、水量需求提供依据。
实施例三
在实施例一和实施例二实施的过程中，当目标范围/目标区域为山地或岩石分布区的情况时，即便其表土层为黏土或粉质黏土，因山地或岩石对地表形成了有效支撑，所以不会产生较大的形变，因此，此种情况不需考虑土体产生拉张裂隙，因此，不需对土体增湿。
当裂隙处表土层下为脆性岩层时，塌陷区塌陷过程中，脆性岩层断裂直接影响其上层土壤层，且脆性岩层的变形剧烈，导致其上土壤层也会产生较大的变形，即便增湿也无法减缓因脆性岩层断裂带来的形变，所以对于此种情况不考虑增湿。
当采矿区地表的地下水位埋深较浅时，可预见的地表塌陷后地下水位会渗出淹没塌陷区的，因此对其地表土层进行地质灾害防治没有意义，所以也不需要对其进行增湿处理。
本方法对地下水位埋深较大的，塌陷区塌陷后不会被地下水淹没的矿区，其地表植被、地表土层具有保护价值，采用本方法能够有效地对地表植被进行保护，降低地表土层产生拉张裂隙的程度，且操作成本低，效益明显。
目前，在矿山地质灾害的防治技术领域，尤其是对地下开采因素形成的拉张裂隙造成的地质灾害防治主要集中在矿山地下开采之后，即地表裂隙出现之后才采取相应的治理措施。由于已经产生大量的裂隙，治理的工程量相对较大、周期长、资金投入较高。采用本发明专利技术是将裂隙问题出现之前，通过改善裂隙灾害地质条件而降低拉张裂隙的规模和密度，降低地面裂隙引起的地质灾害的危险性。
本方法只对土壤物理性质的改变，且操作简单，成本低廉，效果显著，适于推广应用。