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    保德煤礦梅花溝地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估

    2019-05-17 02:31:40翁海龍
    陜西煤炭 2019年3期
    關(guān)鍵詞:泥石流梅花滑坡

    翁海龍

    (神東煤炭集團(tuán)保德煤礦,山西 忻州 036600)

    0 引言

    神華神東煤炭集團(tuán)保德煤礦位于山西省保德縣境內(nèi),井田面積55.9 km2。屬于山西省河?xùn)|煤田,山西地臺(tái)的北部,呂梁隆起北段之西翼,鄂爾多斯盆地東部邊緣,晉西撓褶帶的中部。本區(qū)地處黃河?xùn)|岸,屬黃土高原的晉西北邊緣,呈黃土溝峁、丘陵地貌,總體地勢(shì)中部低、南北高,最高處標(biāo)高1 148.1 m,最低處位于朱家川溝底,標(biāo)高812.2 m,最大高差335.9 m。井田內(nèi)地形切割嚴(yán)重,溝深坡陡,植被稀少,溝谷呈“V”字形,多呈南北向展布,溝深82~146.6 m不等。

    由于受大地構(gòu)造及區(qū)域構(gòu)造的控制[1-2],井下揭露的8#煤層中上部裂隙發(fā)育,均呈張性外生裂隙,裂隙面有明顯的滑動(dòng)擦痕,裂隙帶內(nèi)煤巖較破碎。裂隙帶均呈條帶狀分布,間距在150 m左右。裂隙走向多與煤層走向一致(即近南北向),傾向與煤層傾向基本一致(即向西傾斜),裂隙傾角較大,一般大于50°。

    81503工作面距保德縣城較近,采面靠縣城側(cè),附近還有村莊和信號(hào)塔。地表為較厚的黃土堆積山體,并存在有古滑坡,同時(shí)繁莊塔、梅花溝2個(gè)黃河支流的小流域從采面上穿過,經(jīng)過保德縣城匯入黃河。冒然開采該段煤層,產(chǎn)生的采空區(qū)塌陷對(duì)地表破壞大,易造成山體滑坡和泥石流,威脅流域內(nèi)、山體下村莊和保德縣城。

    1 梅花溝概況及地質(zhì)環(huán)境條件

    1.1 梅花溝概況

    梅花溝主溝即發(fā)源于縣城東關(guān)鎮(zhèn)新莊子村,于縣城境東南向北穿越下游的城區(qū)注入黃河。梅花溝主溝長約6.5 km,流域面積12.44 km2,溝谷縱比降51‰,主溝上游地形狹窄,呈“V”字型,主溝溝道多彎曲,相對(duì)高差大,溝床比降較陡;兩岸岸坡較陡,坡度多在50°~70°之間,支溝、小沖溝極其發(fā)育;主溝下游斷面比較窄深,呈“V”字型,地勢(shì)陡峭,兩岸山體因?yàn)椴町愋燥L(fēng)化原因,形成大量線狀分布的崩塌,溝壁有明顯的泥石流痕跡,溝底基巖出露。梅花溝流域匯水面積約為12.44 km2。曾經(jīng)發(fā)生大規(guī)模泥石流并襲擊了保德縣城。目前該溝溝道彎曲,固體物源儲(chǔ)量豐富,并沒有因暴泥石流規(guī)模大、間歇時(shí)間較短就消除了危險(xiǎn),遇連續(xù)降雨或暴雨仍可誘發(fā)大規(guī)模的泥石流。

    1.2 地質(zhì)環(huán)境條件

    氣象:屬北溫帶大陸性干燥氣候,年平均降雨量為410.2 mm,雨量集中在7—8月份,月最大降雨量171.4 mm,日最大降雨量86.3 mm。

    水文:屬黃河流域水系,朱家川河為區(qū)內(nèi)唯一季節(jié)性河流,從井田中南部自東向西穿過并匯入黃河。7—8月份的洪水流量高達(dá)3.80~7.34 m3/s,占總流量的92%;洪水期內(nèi)流量的日變化也很大,洪水瞬時(shí)流量高達(dá)181~401 m3/s。

    地形地貌:地處黃河?xùn)|岸、屬黃土高原晉西北邊緣,呈黃土溝峁、丘陵地貌,地勢(shì)中部低、南北高,最高處標(biāo)高1 148.1 m,最低處位于朱家川溝底,標(biāo)高812.2 m,最大高差335.9 m。井田內(nèi)地形切割嚴(yán)重,溝深坡陡,植被稀少,溝谷呈“V”字形,多呈南北展布,溝深82~146.6m不等。

    地層:礦區(qū)內(nèi)大面積被新生界地層覆蓋,僅在溝谷中出露基巖。據(jù)鉆探揭露及地表調(diào)查,區(qū)內(nèi)地層有奧陶系、石炭系、二疊系、新近系及第四系,地層結(jié)構(gòu)見表1。

    表1 地層結(jié)構(gòu)

    巖土體類型:根據(jù)組成巖體結(jié)構(gòu)體及巖體結(jié)構(gòu)面的特征,將本井田巖體劃分為4大巖體結(jié)構(gòu)類型,即散體結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)和塊狀結(jié)構(gòu)。

    水文地質(zhì):主要含水層為奧灰含水層,大面積出露于礦區(qū)東部,接受大氣降水的補(bǔ)給,水量豐富,并沿含水層由東向西逕流。

    2 梅花溝地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估

    2.1 評(píng)估程序和級(jí)別

    評(píng)估工作主要采用收集現(xiàn)有資料、工程地質(zhì)測(cè)繪、地面調(diào)繪相結(jié)合、室內(nèi)進(jìn)行綜合分析評(píng)估的工作方法,評(píng)估主要流程如圖1所示。

    圖1 評(píng)估主要流程

    評(píng)估81503工作面地表,調(diào)查表明該區(qū)域構(gòu)造較復(fù)雜;據(jù)鉆探揭露及地表調(diào)查,區(qū)內(nèi)地層有奧陶系、石炭系、二疊系、新近系及第四系,巖性巖相不穩(wěn)定;地表以第四系黃土覆蓋為主,由于黃土自身特性其工程地質(zhì)條件較差;此外溝谷下游出露有砂泥巖互層,由于風(fēng)化作用造成大量崩塌、風(fēng)化體覆蓋于斜坡,其工程地質(zhì)性質(zhì)差。按照《地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估技術(shù)要求》中地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜程度分類標(biāo)準(zhǔn)綜合判斷,保德煤礦井田地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度屬復(fù)雜類型。

    2.2 評(píng)估范圍及地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀

    從梅花溝流域及81503工作面邊界向外擴(kuò)50 m作為評(píng)估邊界,評(píng)估面積共計(jì)12.44 km2;調(diào)查范圍對(duì)滑坡、崩塌而言,考慮到一級(jí)斜坡頂部,對(duì)泥石流而言考慮全流域,調(diào)查面積共計(jì)13.51 km2。保德煤礦梅花溝及81503工作面環(huán)境地質(zhì)圖如圖2所示。

    圖2 保德煤礦梅花溝及81503工作面環(huán)境地質(zhì)圖

    評(píng)估區(qū)主要地質(zhì)災(zāi)害類型分為:黃土(加基巖)滑坡災(zāi)害、崩塌災(zāi)害、泥石流災(zāi)害和地面塌陷4類[3-5]。根據(jù)評(píng)估區(qū)實(shí)地勘查主要結(jié)論如下:

    滑坡災(zāi)害全區(qū)均有分布,但集中分布于溝谷上游,本次項(xiàng)目區(qū)共調(diào)查35處滑坡災(zāi)害;崩塌災(zāi)害廣泛分布于溝谷中下游,本次評(píng)估區(qū)共發(fā)育9處典型崩塌災(zāi)害,其中主要以線、面分布于溝谷中下游位置,在已發(fā)生崩塌落石的陡崖上仍然保留部分危巖體。

    黃土基巖滑坡H01滑體長570 m,寬190 m,滑體厚度10~20 m,滑體700 000 m3,滑向300°,后壁明顯,高約15 m;滑體陡坎前部形成約62 500 m2的滑坡平臺(tái),坡度約17°;滑坡陡坎后部可見拉張裂縫;滑體平面形態(tài)呈圈椅狀,滑坡發(fā)生的力學(xué)性質(zhì)為牽引式;滑坡主要誘因?yàn)闇瞎认挛g形成下部臨空面,在降雨和重力重合作用下導(dǎo)致滑坡,危害大,危險(xiǎn)性大。

    通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與分析,評(píng)估區(qū)共發(fā)育崩塌9處。主要發(fā)育于黃土、紅粘土、砂巖、砂、泥巖中。崩塌體規(guī)模小~中,體積1 000~20 000 m3。崩塌體物質(zhì)主要為黃土、風(fēng)化砂巖,砂、泥巖。

    梅花溝泥石流災(zāi)害發(fā)育明顯,根據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0220-2006)中泥石流災(zāi)害暴發(fā)規(guī)模等級(jí)表。判定評(píng)估區(qū)泥石流規(guī)模為大型泥石流災(zāi)害。

    梅花溝主溝及支溝可提供豐富的松散固體物質(zhì)。松散固體物質(zhì)包括主溝溝口及下游堆積有多次洪水、泥石流攜帶的大量沖洪積物,谷坡兩側(cè)基巖上覆一定厚度的坡、殘積物,溝道及支溝中滑坡、崩塌、錯(cuò)落、剝落等各種不良物理地質(zhì)作用所形成的坡積物、崩積物,黃土頂部一定厚度的松散風(fēng)積物,以及溝中人類生產(chǎn)生活產(chǎn)生的生活垃圾和棄土廢渣等物質(zhì)。

    采空區(qū)塌陷評(píng)估區(qū)主要表現(xiàn)特征為地裂縫和地面塌陷,地裂縫發(fā)育特征為裂縫平行工作面推進(jìn)方向,裂縫長約3~4 km,寬0.3~0.4 m,面積約0.1 km2;其突出的特點(diǎn)為地裂縫平行展布,且和地下采空區(qū)展布方向有很好的一致性。

    3 開采誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害防減災(zāi)措施及治理方案

    3.1 防災(zāi)減災(zāi)措施

    在井下開采過程中,同時(shí)應(yīng)進(jìn)行地表變形觀測(cè),總結(jié)該礦地表變形的規(guī)律。對(duì)采區(qū)地表變形量及變形方式進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)估。對(duì)采空可能影響的村民住戶房屋的變形程度做到提前告知,最大限度地降低采空區(qū)地表變形引起的毀壞,減少人民財(cái)產(chǎn)的損失。

    礦山工程建設(shè)和生產(chǎn)期間,礦山開發(fā)單位要對(duì)礦區(qū)引發(fā)或加劇的地質(zhì)災(zāi)害,特別是地面塌陷、地裂縫、滑塌、泥石流等加強(qiáng)監(jiān)測(cè)預(yù)防。對(duì)居民住戶附近的地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn),要設(shè)專人監(jiān)測(cè),出現(xiàn)隱患及時(shí)消除,做到防患于未然。

    對(duì)煤礦開采引發(fā)和加劇的滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害,建議“勤調(diào)查、勤監(jiān)測(cè)、勤預(yù)防、勤治理”,做好預(yù)防,避免危及人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

    地質(zhì)災(zāi)害的防治,應(yīng)貫徹“防治結(jié)合,以防為主,綜合治理”的原則,通過保護(hù)環(huán)境,恢復(fù)植被,加強(qiáng)減災(zāi)防災(zāi)宣傳,應(yīng)用法律、行政等措施規(guī)范人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)行為,削弱、抑制滑坡、崩塌、泥石流發(fā)生及形成條件,從而減少或減弱滑坡、崩塌、泥石流規(guī)模、頻率,達(dá)到控制崩塌、泥石流危害的目的;采取預(yù)警措施,在滑坡、崩塌、泥石流發(fā)生前進(jìn)入安全區(qū)躲避,避開滑坡、崩塌、泥石流危險(xiǎn)區(qū),減少、防止災(zāi)害的發(fā)生,通過預(yù)防措施做到防患于未然。但對(duì)滑坡、崩塌、泥石流危害區(qū)已有的設(shè)施,還必須通過工程治理才能得到控制,以達(dá)到保護(hù)地質(zhì)環(huán)境,避免和減少災(zāi)害損失為目的。

    根據(jù)崩塌、泥石流的發(fā)生條件、活動(dòng)特點(diǎn)及危害狀況、發(fā)展趨勢(shì)和治理緊迫性,從全局的角度考慮,針對(duì)崩塌、泥石流發(fā)生時(shí)不同地段地質(zhì)災(zāi)害的危害程度、發(fā)生規(guī)模區(qū)別輕重緩急,采取切實(shí)可行的、相互關(guān)聯(lián)的工程措施,對(duì)崩塌、泥石流災(zāi)害統(tǒng)一規(guī)劃治理。全面綜合地制定崩塌、泥石流防治規(guī)劃,應(yīng)充分體現(xiàn)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)、經(jīng)濟(jì)及生態(tài)環(huán)境的良好效益,避免由一種災(zāi)害轉(zhuǎn)換為另一種災(zāi)害;堅(jiān)持綜合治理和長期監(jiān)測(cè)相結(jié)合,在保證有效治理的同時(shí),盡可能減少對(duì)當(dāng)?shù)厝罕娎娴膿p害。

    根據(jù)不同崩塌、泥石流溝的特點(diǎn),因地制宜地選擇不同的防治措施,結(jié)合實(shí)際,充分利用現(xiàn)有林帶防護(hù)工程,進(jìn)行崩塌災(zāi)害防治,做到技術(shù)上可行,經(jīng)濟(jì)上合理,以達(dá)到防治的最佳效果和最大的經(jīng)濟(jì)利益。

    3.2 泥石流治理方案與預(yù)防措施

    梅花溝泥石流的防治原則是3個(gè)結(jié)合,即防治結(jié)合,生物措施與工程措施結(jié)合,全面規(guī)劃與綜合治理結(jié)合。

    治理方案一:以抑制泥石流發(fā)生為主的方案,采取修建溝渠、植樹造林等方式將泥石流的水源和松散固體物質(zhì)的聚積排出和固定;以行政管理、法令措施消除激發(fā)泥石流的人為因素,從而在源頭上抑制泥石流的發(fā)生;主要在梅花溝內(nèi)建設(shè)多級(jí)攔擋措施,對(duì)泥石流進(jìn)行分級(jí)攔擋,將泥石流中攜帶的固體物質(zhì)淤積于河谷中,避免對(duì)下游造成危害。

    治理方案二:以疏導(dǎo)泥石流過境為主的方案,主要采取攔擋、排導(dǎo)、疏通等河道改造工程(主要在溝口位置進(jìn)行),調(diào)節(jié)泥石流流量、消減龍頭能量,促使泥石流分流或解體,攔擋泥石中石塊,降低其沖擊力,從而控制通過梅花溝流域的泥石流流量、流速,使其順利過境而不危及兩岸保護(hù)區(qū)的安全。

    預(yù)防措施:梅花溝泥石流的預(yù)防措施主要集中在城鎮(zhèn),工程建設(shè)中應(yīng)做好前期總體建設(shè)規(guī)劃;對(duì)溝內(nèi)生產(chǎn)、生活中產(chǎn)生的固體廢棄物進(jìn)行集中堆置、處理;改善梅花溝流域生態(tài)環(huán)境;做好泥石流監(jiān)測(cè)預(yù)警等方面的工作。

    4 結(jié)論

    (1)地質(zhì)災(zāi)害的防治,要貫徹“防治結(jié)合,以防為主,綜合治理”的原則。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研需要對(duì)評(píng)估范圍內(nèi)的村落布局、重要設(shè)施、地面溝壩、滑坡分布情況以及地形地貌、地層巖性等實(shí)際情況,做出現(xiàn)有條件下可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域范圍及影響程度。通過保護(hù)環(huán)境,恢復(fù)植被,應(yīng)用法律、行政等措施規(guī)范人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)行為,削弱、抑制滑坡、崩塌、泥石流發(fā)生及形成條件,從而減少或減弱滑坡、崩塌、泥石流規(guī)模、頻率,達(dá)到控制崩塌、泥石流危害的目的。然后全面整體規(guī)劃,對(duì)重點(diǎn)區(qū)域加強(qiáng)防治,各種防治措施緊密結(jié)合,因地制宜開展防護(hù)工作。

    (2)礦井開采設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中,從全局的角度考慮,針對(duì)崩塌、泥石流發(fā)生時(shí)不同地段地質(zhì)災(zāi)害的危害程度、發(fā)生規(guī)模區(qū)別輕重緩急,采取切實(shí)可行的、相互關(guān)聯(lián)的工程措施,對(duì)崩塌、泥石流災(zāi)害統(tǒng)一規(guī)劃治理。全面綜合地制定崩塌、泥石流防治規(guī)劃,應(yīng)充分體現(xiàn)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)、經(jīng)濟(jì)及生態(tài)環(huán)境的良好效益,避免由一種災(zāi)害轉(zhuǎn)換為另一種災(zāi)害;堅(jiān)持綜合治理和長期監(jiān)測(cè)相結(jié)合,在保證有效治理的同時(shí),盡可能減少對(duì)當(dāng)?shù)厝罕娎娴膿p害。

    (3)礦井開采時(shí)刻將安全放在第一位,不僅考慮井下,還要考慮地表,以確保礦井生產(chǎn)的安全、正常運(yùn)行,通過此次評(píng)估和措施的實(shí)施,回采該區(qū)域采煤工作面未惡化生產(chǎn)環(huán)境。

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