甘肅魏家地煤礦礦山地質(zhì)災(zāi)害特征及預(yù)測評估

孫睿

摘要：目前魏家地煤礦發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害有崩塌4處、地面塌陷1處、泥石流溝1條。預(yù)測新建工業(yè)場地引發(fā)崩塌災(zāi)害對礦山地質(zhì)環(huán)境的影響程度屬較輕，面積21.2hm2；預(yù)測引發(fā)地面塌陷對礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度屬嚴(yán)重，面積約878hm2；預(yù)測加劇N1泥石流對礦山地質(zhì)環(huán)境的影響程度屬較輕，面積約18hm2；預(yù)測地表變形加劇T1地面塌陷的影響程度嚴(yán)重、加劇B1-B4崩塌、N1泥石流災(zāi)害的影響程度較輕；對公路、礦區(qū)專用鐵路的影響程度較嚴(yán)重。預(yù)測遭受4處崩塌災(zāi)害對礦山地質(zhì)環(huán)境的影響程度屬較輕，面積計(jì)約0.065hm2。本文針對礦山地質(zhì)災(zāi)害提出了相應(yīng)的預(yù)防措施，研究結(jié)果為礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：魏家地煤礦；礦山地質(zhì)災(zāi)害；特征；預(yù)測評估

1.地質(zhì)概況

甘肅魏家地煤礦位于白銀市平川區(qū)東南部，祁連山余脈向黃土高原的過渡地帶，區(qū)內(nèi)總的地勢是東南高、西北低，由東南向西北傾斜。井田覆蓋層厚度大，煤層埋藏較深，采用立井開拓方式綜采放頂煤采煤方法，共有五條井筒（一對中央主副立井、一個(gè)回風(fēng)立井和一對南回風(fēng)斜井），主要開采西一采區(qū)1、2、3層煤，西二采區(qū)1、2層煤和東一采區(qū)1層煤。截至目前，西一采區(qū)1、2、3層煤所剩儲量不多，東一采區(qū)1層煤、西二采區(qū)1、2層煤正在回采，北一采區(qū)大巷正在掘進(jìn)。目前魏家地煤礦共有采空區(qū)3處。

魏家地井田位于寶積山復(fù)式向斜的東部，向斜內(nèi)部除黨家水一帶有較多的中侏羅統(tǒng)新河組出露于地表外，其余大部分被第四系所掩蓋。中侏羅統(tǒng)窯街組為區(qū)內(nèi)主要含煤地層，上三迭統(tǒng)南營兒群則構(gòu)成侏羅紀(jì)煤系地層的基底。區(qū)內(nèi)發(fā)育的褶皺及斷裂。根據(jù)區(qū)內(nèi)含水層埋藏及含水介質(zhì)條件和相應(yīng)隔水層的分布情況，本區(qū)地下水可分為松散巖類孔隙裂隙潛水、碎屑巖類孔隙裂隙水和斷裂帶脈狀水等三類。對礦井開采有影響的含水層主要為碎屑巖類孔隙裂隙水，而松散巖類孔隙裂隙潛水和斷裂帶脈狀水分布有限，對礦井開采影響小。礦區(qū)巖體類型簡單，依據(jù)沉積建造、巖體結(jié)構(gòu)類型、工程特性及工程地質(zhì)指標(biāo)劃分，區(qū)內(nèi)巖體工程地質(zhì)類型主要有：堅(jiān)硬薄層—中厚層狀結(jié)構(gòu)巖組，較堅(jiān)硬薄層—中厚層狀巖組。按土體的巖性、結(jié)構(gòu)、工程特性及工程地質(zhì)指標(biāo)劃分為以下兩類：礫質(zhì)土，黃土。

2.礦山地質(zhì)災(zāi)害特征

根據(jù)調(diào)查，調(diào)查區(qū)目前發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害有崩塌4處、地面塌陷及伴生地裂縫1處、泥石流溝1條。

2.1崩塌分布及特征

評估區(qū)共發(fā)育有4處崩塌災(zāi)害。

2.1.1 B1崩塌

B1崩塌位于G3黃土灌漿取土場，此處為侵蝕—堆積黃土丘陵地貌，坡高約8m，坡長10m，坡寬25m，坡體近于直立。出露地層為第四系上更新統(tǒng)馬蘭黃土（Q32eol），土體結(jié)構(gòu)疏松，垂直節(jié)理發(fā)育，表部見有小規(guī)模落水洞。已崩體積約0.25×10⁴m3，屬小型崩塌。形成原因是人工取土造成邊坡失穩(wěn)。由于仍在取土，故該崩塌的坡長和坡寬仍在不斷變化中。

2.1.2 B2崩塌

B2崩塌位于G1黃土灌漿取土場，此處為侵蝕—堆積黃土丘陵地貌，坡高約6m，坡長8m，坡寬15m，坡度70°。出露地層為第四系上更新統(tǒng)馬蘭黃土（Q32eol），土體結(jié)構(gòu)疏松，垂直節(jié)理發(fā)育，已崩體積約0.05×10⁴m3，屬小型崩塌。形成原因是人工取土造成邊坡失穩(wěn)。G1黃土灌漿取土場目前已廢棄，故該崩塌規(guī)模再未發(fā)生變化。

2.1.3 B3崩塌

B3崩塌位于主井至Z5排矸渣場道路旁，此處為侵蝕—堆積黃土丘陵地貌，發(fā)育崩塌的邊坡高約8m，坡長10m，坡寬21m，坡體近于直立。出露地層為第四系上更新統(tǒng)馬蘭黃土（Q32eol），土體結(jié)構(gòu)疏松，垂直節(jié)理發(fā)育，已崩體積約0.15×10⁴m3，屬小型崩塌。形成原因是修路時(shí)人工開挖造成邊坡失穩(wěn)。

2.1.4 B4崩塌

B4崩塌位于G2黃土灌漿取土場內(nèi)，此處為侵蝕—堆積黃土丘陵地貌，發(fā)育崩塌的邊坡高約5m，坡長6m，坡寬11m，坡體近于直立，局部形成凹腔。出露地層為第四系上更新統(tǒng)馬蘭黃土（Q32eol），土體結(jié)構(gòu)疏松，垂直節(jié)理發(fā)育，已崩體積約0.15×10⁴m3，屬小型崩塌。形成原因是人工開挖取土造成邊坡失穩(wěn)。目前雖然該取土場已廢棄，但仍有村民在此取土，故該崩塌的坡長和坡寬仍在不斷變化中。

根據(jù)崩塌所處地質(zhì)環(huán)境條件，現(xiàn)有變形破壞跡象，對比區(qū)域黃土斜坡發(fā)生失穩(wěn)條件，結(jié)合規(guī)范所給定崩塌（危巖體）穩(wěn)定性評判，進(jìn)行崩塌穩(wěn)定性評判。評估區(qū)內(nèi)發(fā)育的4處崩塌災(zāi)害穩(wěn)定性均為差，發(fā)生的可能性均為大。

2.2泥石流（N1）

據(jù)調(diào)查，礦區(qū)東部尖山溝為泥石流溝谷，其黃土丘陵區(qū)匯水面積較大，發(fā)生時(shí)除對兩岸大、小路面和臨河床廢棄礦渣堆造成直接沖刷破壞及對兩岸居民、礦山工作人員在生產(chǎn)、生活上造成一定程度的影響。

尖山溝泥石流以其現(xiàn)代河床、河漫灘為流通區(qū)和堆積區(qū)，在河床、河漫灘較窄處流過，在較寬處泥石流攜帶物會釋放動能停留下來，因河谷谷底寬度不一，每次泥石流規(guī)模不一，所以兩者界限不明顯。以黃土丘陵區(qū)大小沖溝區(qū)為泥石流形成區(qū)。

泥石流重度大小是其含沙量多少的反映，其性質(zhì)主要取決于含沙量，當(dāng)然還與泥沙粒度和級配有關(guān)。礦區(qū)內(nèi)因無實(shí)測資料，其泥石流重度根據(jù)縣市地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃資料類比，按體積比法和固體物質(zhì)儲備量法確定，其中砂水體積比3∶7，固體物質(zhì)貯量14.8×10⁴m3/km2，最終泥石流重度選用14.65kN/m3，為稀性泥流，與實(shí)際接近。

2.3地面塌陷

2.3.1 T1地面塌陷特征

T1地面塌陷區(qū)位于魏家地煤礦西一采區(qū)井巷密集帶正上方，經(jīng)企業(yè)簡易監(jiān)測判斷，地面塌陷最大深度2.5m，陷坑形狀梯形，長軸方向近南北向，變形區(qū)面積約357hm2，規(guī)模等級屬中型，發(fā)生時(shí)間為2008年前后，尚在進(jìn)一步發(fā)展中，所處地貌為黃土丘陵和低中山區(qū)。地面塌陷伴生裂縫的單縫多呈直線、弧線型，拉張、下挫狀，縫寬0.02m～0.50m不等，深度達(dá)3m以上，近于貫通，長度可達(dá)200m～800m，傾向與階步指向相同，傾角近直立。群縫排列組合形式呈平行、環(huán)圍狀，裂縫間距不一，一般1m～5m多見，最大下錯(cuò)距離達(dá)3.5m。經(jīng)野外調(diào)查，地裂縫主要發(fā)育于塌陷區(qū)西南側(cè)，面積41.6hm2。

2.3.2 T1地面塌陷穩(wěn)定性

T1地面塌陷微地貌為尚未充填改造，塌陷周圍開裂痕跡明顯，坑底有下沉開裂跡象；堆積物性狀疏松；地形條件利于地表水匯集入滲；由于T1地面塌陷以下仍在開采，故按照當(dāng)?shù)氐V山塌陷區(qū)在三四年以后趨于穩(wěn)定的經(jīng)驗(yàn)，目前該塌陷區(qū)仍呈間歇緩慢活動。所以，T1地面塌陷可定性評價(jià)為穩(wěn)定性差，發(fā)生的可能性大。

3.地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測評估

魏家地煤礦在方案適用期主要是對現(xiàn)正開采的東一、西一、西二和北一采區(qū)擴(kuò)大開采規(guī)模，另外在已有工業(yè)場地南側(cè)新建工業(yè)場地。故采礦活動新建工業(yè)場地會引發(fā)崩塌災(zāi)害，并引發(fā)地面塌陷及其伴生的地裂縫、加劇泥石流災(zāi)害和遭受崩塌災(zāi)害。

3.1新建工業(yè)場地建設(shè)引發(fā)崩塌災(zāi)害的預(yù)測

在方案適用期內(nèi)，需在已有工業(yè)場地南側(cè)新建工業(yè)場地，新建工業(yè)場地時(shí)在場地四周開挖將形成高度3m～5m不等的邊坡，對施工人員和施工設(shè)備造成威脅，預(yù)測邊坡失穩(wěn)形成崩塌災(zāi)害后可能造成的直接損失50萬元，受威脅人數(shù)2人～3人，故預(yù)測新建工業(yè)場地建設(shè)引發(fā)崩塌災(zāi)害對礦山地質(zhì)環(huán)境的影響程度屬較輕，面積21.2hm2。由于新建工業(yè)場地引發(fā)的崩塌災(zāi)害對礦山地質(zhì)環(huán)境的影響程度較輕，且其治理難度小。故在對新建工業(yè)場地建設(shè)引發(fā)崩塌災(zāi)害進(jìn)行治理后，為基本適宜的建設(shè)用地。

3.2開采引發(fā)地面塌陷災(zāi)害的預(yù)測

根據(jù)魏家地煤礦煤層分布、埋深、開采厚度，采用煤層上覆蓋巖土與開采厚度的比值（有效深厚比）分析地表變形情況。根據(jù)《煤礦環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害與防治》可用深厚比來概括評價(jià)塌陷程度。當(dāng)深厚比小于20時(shí)，有可能產(chǎn)生極嚴(yán)重的塌陷破壞，地表將出現(xiàn)規(guī)模大，范圍廣的裂縫或塌陷等地表變形；深厚比在20～200時(shí)，地表產(chǎn)生不同程度的變形；深厚比大于200時(shí)，地表變形一般很輕，有可能出現(xiàn)微小裂縫。根據(jù)煤礦目前采用的通用標(biāo)準(zhǔn)，在煤層采厚比<35時(shí)所造成的地表建筑損毀程度嚴(yán)重，采厚比35～ 60時(shí)中度，采厚比60～200時(shí)為輕度，采厚比>200時(shí)為極輕微度。

在方案適用期內(nèi)所開采的煤層深厚比介于23.04～28.54之間，說明隨著采掘工作面的推進(jìn)，地面塌陷將持續(xù)發(fā)生，對地表建筑損毀程度為嚴(yán)重。

3.3地表變形加劇地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)測

評估區(qū)現(xiàn)狀發(fā)育有崩塌4處，泥石流溝1條，地面塌陷1處，地表變形將加劇原有各地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)，其影響程度主要由災(zāi)害點(diǎn)所處變形區(qū)級別和危害程度確定，預(yù)測結(jié)果如表1。

3.4地表變形對公路、礦區(qū)鐵路破壞預(yù)測評估

3.4.1對公路的影響程度預(yù)測評估

根據(jù)地面塌陷預(yù)測結(jié)果，在方案適用期內(nèi)地表變形將影響到長度4.9km的省道308線，其中位于永久裂縫區(qū)的長度0.9km，位于動態(tài)拉伸裂縫區(qū)的長度4.0km。由于動態(tài)拉伸裂縫區(qū)的分布具有很大隨機(jī)性，本次主要對永久裂縫區(qū)造成損失進(jìn)行評估。預(yù)測省道308線穿越地表變形永久裂縫區(qū)長度0.9km，可能造成直接經(jīng)濟(jì)損失在100萬元～150萬元之間。故在方案適用期內(nèi)，預(yù)測地表變形對公路的影響程度屬較嚴(yán)重。

3.4.2對礦區(qū)鐵路影響程度預(yù)測評估

根據(jù)地面塌陷預(yù)測結(jié)果，在方案適用期內(nèi)地表變形將影響到長度5.2km礦區(qū)鐵路專用線，其中位于永久裂縫區(qū)的長度1.1km，位于動態(tài)拉伸裂縫區(qū)的長度4.1km。由于動態(tài)拉伸裂縫區(qū)的分布具有很大隨機(jī)性，本次主要對永久裂縫區(qū)造成損失進(jìn)行評估。預(yù)測礦區(qū)鐵路專用線穿越地表變形永久裂縫區(qū)長度1.1km，由于礦區(qū)鐵路可在地面產(chǎn)生變形后隨時(shí)進(jìn)行修整，故可能造成的直接經(jīng)濟(jì)損失主要為修整費(fèi)用，預(yù)測修整費(fèi)用在100萬元～150萬元之間。故在方案適用期內(nèi)，預(yù)測地表變形對礦區(qū)鐵路專用線的影響程度屬較嚴(yán)重。

3.5加劇泥石流災(zāi)害的預(yù)測評估

評估區(qū)內(nèi)尖山溝N1泥石流易發(fā)性為低易發(fā)，采礦活動可能加劇N1泥石流災(zāi)害，預(yù)測中僅作定性分析說明。魏家地煤礦在方案適用期內(nèi)開采區(qū)位于尖山溝南側(cè)，故魏家地煤礦開采對尖山溝N1泥石流不會產(chǎn)生直接的影響。在尖山溝中、下游兩岸的人類活動向尖山溝中排污水，亂倒垃圾；隨著黃土丘陵區(qū)開挖破壞及自然條件下的岸坡坍塌、滑溜發(fā)生，松散黃土類物源也將會增加。由于N1泥石流為低易發(fā)、規(guī)模小，故僅對兩岸大、小路面和臨河床廢棄礦渣堆造成沖刷破壞程度輕微；對兩岸居民、礦山工作人員在生產(chǎn)、生活上造成一定程度的影響，對建筑物不會造成直接的破壞作用，造成直接經(jīng)濟(jì)損失小于100萬元，由于礦區(qū)內(nèi)人員分散，故受威脅人數(shù)隨機(jī)性大，一般為5人～10人，預(yù)測N1泥石流對礦山地質(zhì)環(huán)境的影響程度屬較輕，面積計(jì)約18hm2。

3.6采礦活動可能遭受崩塌災(zāi)害的預(yù)測評估

礦山繼續(xù)開采后，在采礦活動中可能遭受4處崩塌災(zāi)害的危害，預(yù)測4處崩塌災(zāi)害的穩(wěn)定性均差。預(yù)測4處崩塌災(zāi)害對礦山地質(zhì)環(huán)境的影響程度屬較輕，面積計(jì)約0.065hm2。

4.礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防措施

4.1地面塌陷預(yù)防措施

對于礦區(qū)內(nèi)已開采或正在開采的東一、西一、西二和北一采區(qū)，應(yīng)采取黃土灌漿法進(jìn)行回填，以減輕地面塌陷和地裂縫的發(fā)生。

對于在后期擬開采的東二、東三、西三和東四采區(qū)，應(yīng)預(yù)留礦柱、礦墻，并在開采時(shí)取黃土灌漿法進(jìn)行回填。

4.2崩塌災(zāi)害的預(yù)防措施

4.2.1對黃土灌漿場取土?xí)r，按照規(guī)范要求設(shè)計(jì)合理坡比。

4.2.2對矸石進(jìn)行堆放時(shí)應(yīng)合理、有序，并設(shè)計(jì)穩(wěn)定的邊坡角。

4.3泥石流災(zāi)害的預(yù)防措施

對區(qū)內(nèi)發(fā)育的尖山溝泥石流溝，應(yīng)及時(shí)疏通溝道和對松散物質(zhì)進(jìn)行就地固定，并按時(shí)疏浚礦區(qū)排水系統(tǒng)。

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