貴州盤縣煤礦地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評估

陳斐兒，馬偉杰，木　勛

（貴州大學(xué)喀斯特環(huán)境與地質(zhì)災(zāi)害防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州貴陽550025）

貴州盤縣煤礦地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評估

陳斐兒*，馬偉杰，木勛

（貴州大學(xué)喀斯特環(huán)境與地質(zhì)災(zāi)害防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州貴陽550025）

以貴州省盤縣某煤礦為例，開展評估區(qū)內(nèi)的地質(zhì)環(huán)境條件、地質(zhì)災(zāi)害情況調(diào)查，對礦區(qū)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評估，為建設(shè)單位提供防治地質(zhì)災(zāi)害的科學(xué)依據(jù)，以達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)的目的。

地質(zhì)災(zāi)害；現(xiàn)狀評價(jià)；危險(xiǎn)性預(yù)測；防治措施

貴州盤縣因其特殊地質(zhì)環(huán)境條件而擁有較為豐富的煤炭資源，是貴州省礦產(chǎn)資源中的煤炭國家規(guī)劃區(qū)之一［1］，大量的煤礦開采往往伴隨著潛在的地質(zhì)災(zāi)害，災(zāi)種由于地域不同而具有差異性，但都對煤礦企業(yè)的正常生產(chǎn)、生命財(cái)產(chǎn)安全以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)等問題造成嚴(yán)重的影響。因此綜合分析煤礦區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害特征，對煤礦區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測評估并提出防治措施是十分必要的，加強(qiáng)對煤礦區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害評估工作，為更好地促進(jìn)高效煤礦開采具有重要意義。

1　煤礦地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評估的任務(wù)

地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生是多種因素綜合作用的結(jié)果，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性的綜合評價(jià)包括現(xiàn)狀評估和預(yù)測評估［2］。通過評估區(qū)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，查明評估區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件、現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害類型、規(guī)模、分布、穩(wěn)定狀態(tài)和危害性等，對現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行危險(xiǎn)性評估；并對礦區(qū)地下開采引發(fā)、加劇各類型地質(zhì)災(zāi)害的可能性以及村寨等建筑物可能遭受地質(zhì)災(zāi)害的危害程度進(jìn)行預(yù)測評估；根據(jù)現(xiàn)狀評估和預(yù)測評估的結(jié)果，綜合評估地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)程度，確定地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性級別；進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)評估；結(jié)合實(shí)際情況提出有針對性的防治措施及建議。

2　實(shí)例分析

2.1礦井介紹

該煤礦位于六盤水市盤縣境內(nèi)，由2個(gè)小煤礦重組整合而成，礦井的生產(chǎn)能力為45×104t/a，整合后井田面積為1.2622km2。開拓方式為斜立混合開拓，主井為立井，副井和風(fēng)井為斜井。根據(jù)地表出露和鉆孔揭露，礦區(qū)總體為一單一斜構(gòu)造。地層傾角在10°左右。構(gòu)造形跡以斷裂構(gòu)造為主，共發(fā)現(xiàn)斷層6條，均為正斷層。井田內(nèi)含煤地層主要為二疊系上統(tǒng)和三疊系下統(tǒng)地層，地貌以中山為主，礦區(qū)南東部三疊系地層形成山脊，北西部含煤地層形成緩坡地形。煤礦12、17、19號煤為主要可采煤層（表1）。

表1　評估區(qū)煤礦可采煤層特征表

2.2評估范圍和級別的確定

礦井的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為45×104t/a，為中型煤礦，屬較重要建設(shè)項(xiàng)目，結(jié)合井田內(nèi)地質(zhì)環(huán)境條件，煤層開采后形成采空區(qū)的影響范圍，根據(jù)相關(guān)規(guī)范［3］確定評估范圍為井田邊界外擴(kuò)300m，評估區(qū)面積為5.13km2。根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評估分級標(biāo)準(zhǔn)［3］評估區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜，評估級別確定為二級。

2.3地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性現(xiàn)狀評估

目前，評估區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害主要為3處滑坡和一處崩塌，現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害較發(fā)育，HP1、BT1、HP2現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害危害程度大，危險(xiǎn)性大，HP3危害程度小，危險(xiǎn)性大。

表2　主要現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評估表

2.4地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)測評估

2.4.1采煤活動(dòng)地表移動(dòng)參數(shù)的確定

（1）綜合作用厚度及安全開采深度的確定?？紤]采空疊加效應(yīng)，根據(jù)其上部的覆蓋層厚度、煤層間距、巖層巖性、傾角、裂隙節(jié)理發(fā)育情況等，按《地方煤礦實(shí)用手冊》計(jì)算煤層安全開采深度，計(jì)算公式如下：

Hδ=M×K

式中：Hδ——煤層安全開采深度，m；

M——多層煤層開采綜合作用厚度，m；

M=Mxn

Mxn=Mn+Cn×Mxn-1

Cn——為該煤層與相鄰的上層煤的間距Hn—Hn-1與該煤層開采高度Mn之比的函數(shù)，查表得；

Hn—Hn-1——上下層煤之間的法線距離，m；取相關(guān)地質(zhì)資料中的相鄰煤層層間距；

Mxn——煤層的綜合作用厚度，m；當(dāng)n=1時(shí)，Mxn=Mn；

Mn——煤層開采高度，m；取煤層厚度的最大值，且不小于煤巷開拓最小高度2.20m；若煤層厚度的最大值小于2.20m，按2.20m取值；

K——安全系數(shù)，煤層傾角4°～15°，一般為10°，按Ⅱ類煤田和Ⅱ級保護(hù)級別，取值120。

礦井進(jìn)行多煤層開采時(shí)，煤層安全開采深度取表3中多層煤層開采綜合作用厚度計(jì)算結(jié)果的最大值，為3439m。

表3　煤層綜合作用厚度及安全開采深度計(jì)算表

（2）移動(dòng)角的確定。礦區(qū)為多煤層開采山區(qū)煤礦，可采及局部可采煤層上覆巖層總體為中硬巖。按覆巖性質(zhì)區(qū)分地表移動(dòng)一般參數(shù)的原則，初次單采情況取上山移動(dòng)角γ=70°，走向移動(dòng)角δ=70°，下山移動(dòng)角β=δ－0.6α（α為煤層傾角）。

對于區(qū)內(nèi)地形坡度大于15°的山區(qū)地貌區(qū)域，上坡方向移動(dòng)角減小5°～10°，下坡方向移動(dòng)角減小2°～3°。對于重復(fù)開采的移動(dòng)角，移動(dòng)角減小5°～10°。

綜合以上因素，預(yù)測評估移動(dòng)角綜合減少10°，即取上山移動(dòng)角γ=60°、走向移動(dòng)角δ=60°、下山移動(dòng)角β=δ－0.6α。平均α=10°，則下山方向移動(dòng)角54°。

（3）疏排水降落漏斗影響半徑。根據(jù)煤礦《儲(chǔ)量核實(shí)報(bào)告》，預(yù)測未來地下水位下降最大值為316m。礦井長期抽排礦坑水，抽排水量較大，礦井開采后對龍?zhí)督M內(nèi)含水層和茅口組含水層有一定的疏降影響，礦井疏排水必將造成地下水降落漏斗范圍內(nèi)地下水均衡破壞，地下水位下降，導(dǎo)致地表井泉枯竭、人畜飲水困難、農(nóng)田因缺水而變?yōu)楹档?，耕地因失水而減產(chǎn)；滲入礦井的地下水淋濾，煤層中的含硫坑水隨礦井排放，造成地下水水位下降。閉礦前地下水位均衡破壞的范圍預(yù)測如下：

礦井排水導(dǎo)致周圍水位下降，自采區(qū)邊界向外的影響范圍可用庫薩金經(jīng)驗(yàn)公式估算：

式中：R——影響半徑，m；

S——抽水降深，m；根據(jù)儲(chǔ)量報(bào)告，取316m；

H——含水層厚度，m；含水層厚度龍?zhí)督M含水層平均厚度261m；

K——滲透系數(shù)，m/d。取0.003821m/d。

即影響半徑約為631m為礦山疏排水影響范圍。

2.4.2礦區(qū)地下開采活動(dòng)引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測評估

評估區(qū)內(nèi)煤層的上覆巖層厚度均小于煤層安全開采深度，即當(dāng)?shù)V井在該區(qū)域內(nèi)開采多煤層而形成采空區(qū)后，上覆巖層的穩(wěn)定性將受到影響，特別是地形較陡地段，引發(fā)礦區(qū)及其影響范圍內(nèi)地面塌陷、地面沉降、地裂縫、崩塌、滑坡等新的地質(zhì)災(zāi)害的可能性大。

2.4.3井巷開拓與地下開采活動(dòng)加劇現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測評估

井田區(qū)進(jìn)行井巷開拓與地下開采活動(dòng)時(shí)，HP2、HP3、BT1等現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害均可能受到影響，加劇這些現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害復(fù)活或發(fā)展的可能性大。

2.4.4評估區(qū)內(nèi)的集中村寨遭受地質(zhì)災(zāi)害危害的預(yù)測評估

評估區(qū)內(nèi)杉樹林、樹林凹子、白墳、小補(bǔ)泥、灣子頭居民遭受煤礦開采可能引發(fā)加劇的地面巖土體滑坡、崩塌、地裂縫、地面沉降、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害的可能性大，危害程度大。

2.4.5評估區(qū)內(nèi)的公路遭受地質(zhì)災(zāi)害危害的預(yù)測評估

英大公路受礦井地下開采引發(fā)的滑坡、地裂縫、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害的可能性大、危害程度大。評估區(qū)內(nèi)的村寨、公路遭受地質(zhì)災(zāi)害危害的預(yù)測評估情況見表4。

2.5地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性綜合分區(qū)評估

2.5.1綜合分區(qū)原則及量化指標(biāo)

根據(jù)評估區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件、地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性現(xiàn)狀評估和預(yù)測評估結(jié)果，結(jié)合工程特點(diǎn)，對礦井的礦區(qū)、工業(yè)場地及其引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害可能影響的區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)。

表4　評估區(qū)內(nèi)的村寨、公路遭受地質(zhì)災(zāi)害危害預(yù)測評估表

（1）采用移動(dòng)角確定開采影響范圍，即利用上山移動(dòng)角γ=60°、走向移動(dòng)角δ=60°、上覆中硬覆巖，下山移動(dòng)角b=δ-0.6α確定開采影響范圍，把位于移動(dòng)角以內(nèi)、煤層上覆巖層厚度小于安全開采深度的開采范圍所影響的封閉的區(qū)域，確定為地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性大區(qū)。

（2）將地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性大區(qū)之外、疏排水影響范圍之內(nèi)的區(qū)域確定為地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性中區(qū)。

2.5.2地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)及其特征

根據(jù)上述分區(qū)原則和分區(qū)方法，將礦區(qū)及其地下開采影響范圍劃分為1塊地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性大區(qū)、1塊地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性中區(qū)。

（1）地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性大區(qū)的特征：是礦區(qū)地下開采活動(dòng)可能影響和危害的范圍，地下開采影響范圍內(nèi)采深采厚比小、上覆巖土層厚度小于煤層開采安全深度，有杉樹林、樹林凹子、白墳、小補(bǔ)泥、灣子頭等集中村寨和分散居民住戶等災(zāi)害體和受災(zāi)體分布，礦山地下開采引發(fā)、加劇崩塌、滑坡、地裂縫、地面塌陷、泥石流危害等地質(zhì)災(zāi)害的可能性大和受災(zāi)體遭受地質(zhì)災(zāi)害的危害程度大。

（2）地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性中區(qū)的特征：是礦區(qū)地下開采移動(dòng)影響范圍之外與礦坑疏排水影響范圍之間的區(qū)域，礦山地下開采引發(fā)、加劇崩塌、滑坡、地裂縫、地面塌陷危害等地質(zhì)災(zāi)害的可能性小—中等和遭受礦井地下開采引發(fā)、加劇的地質(zhì)災(zāi)害的危害程度中等。

3　地質(zhì)災(zāi)害防治措施

（1）開采過程中應(yīng)按采礦的有關(guān)規(guī)范、規(guī)程做好井上、下的支護(hù)及防護(hù)。加強(qiáng)頂板管理，以防冒頂，并盡量減小與上部含水層溝通的可能。

（2）在巷道通過溝谷、河流和接觸帶小窯采空區(qū)附近時(shí)，須加強(qiáng)管理，做好水文地質(zhì)及防水煤柱留設(shè)工作。高陡斜坡地帶，應(yīng)采用充填法或條帶法開采，以確保山體斜坡的穩(wěn)定性；并在地表設(shè)置防護(hù)網(wǎng)、墻等，以保護(hù)下方村寨等。

（3）必須確保限采區(qū)限采，未設(shè)限采區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性大區(qū)內(nèi)的零星居民住戶必須搬遷至采礦活動(dòng)影響范圍之外的安全地帶；若需對限采區(qū)進(jìn)行開采，必須將限采區(qū)內(nèi)村寨搬遷至采礦活動(dòng)影響范圍之外的安全地帶。并開展地表截排水工作，保護(hù)現(xiàn)有植被（必要時(shí)恢復(fù)植被），提高評估區(qū)地表疏導(dǎo)、排水的能力，減少滑坡、崩塌、泥石流等引發(fā)因素。

4　結(jié)論及建議

評估區(qū)總體地貌屬構(gòu)造、剝蝕、侵蝕、溶蝕地貌，地貌類型較復(fù)雜；評估區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造中等，現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育，水文地質(zhì)條件中等，巖土體工程地質(zhì)條件中等，破壞地質(zhì)環(huán)境的人類工程活動(dòng)較強(qiáng)烈，可能受到工程建設(shè)影響的村寨較多。

礦區(qū)的煤層上覆巖土層厚度均小于煤層安全開采深度，當(dāng)?shù)叵麻_采形成采空區(qū)后，在礦井地下開采影響范圍內(nèi)，引發(fā)礦區(qū)及其影響范圍內(nèi)地面塌陷、地裂縫、崩塌、滑坡、泥石流等新的地質(zhì)災(zāi)害的可能性大。井田區(qū)進(jìn)行井巷開拓與地下開采活動(dòng)時(shí)，HP2、HP3、BT1等現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害均可能受到影響，加劇這些現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害復(fù)活或發(fā)展的可能性大。

建議在陡崖地段設(shè)置地表位移觀測點(diǎn)。且將限采區(qū)內(nèi)受保護(hù)的零星居民集中，以減小限采范圍，充分開發(fā)利用資源。建議應(yīng)有專人負(fù)責(zé)地質(zhì)災(zāi)害的觀測、預(yù)警，留心觀察、調(diào)查周邊地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防、發(fā)生、治理情況，建立資料庫，為預(yù)防、治理地質(zhì)災(zāi)害積累經(jīng)驗(yàn)。

［1］貴州省礦產(chǎn)資源總體規(guī)劃（2008-2015）［E］.貴州省國土資源廳.

［2］孫慶先.煤礦建設(shè)工程地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評估［J］.中國煤炭地質(zhì)，2012，24（4）：47-51.

［3］中華人民共和國國土資源部.地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評估技術(shù)要求（試行）（國土資源部關(guān)于加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評估工作的通知（國土資發(fā)［2004］69號）附件1）［S］.

TD167

A

1004-5716（2016）09-0126-04

2015-09-09

2015-09-11

陳斐兒（1991-），女（漢族），湖北十堰人，貴州大學(xué)地質(zhì)工程專業(yè)在讀碩士研究生，研究方向：地質(zhì)災(zāi)害防治。