煤矿矿山地质灾害特征及预测评估

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摘要：目前魏家地煤矿发育地质灾害有崩塌4处、地面塌陷1处、泥石流沟1条。预测新建工业场地引发崩塌灾害对矿山地质环境的影响程度属较轻，面积21.2hm2；预测引发地面塌陷对矿山地质环境影响程度属严重，面积约878hm2；预测加剧N1泥石流对矿山地质环境的影响程度属较轻,面积约18hm2；预测地表变形加剧T1地面塌陷的影响程度严重、加剧B1-B4崩塌、N1泥石流灾害的影响程度较轻；对公路、矿区专用铁路的影响程度较严重。预测遭受4处崩塌灾害对矿山地质环境的影响程度属较轻，面积计约0.065hm2。本文针对矿山地质灾害提出了相应的预防措施，研究结果为矿山地质环境保护与治理提供依据。

关键词：魏家地煤矿；矿山地质灾害；特征；预测评估

1.地质概况

甘肃魏家地煤矿位于白银市平川区东南部，祁连山余脉向黄土高原的过渡地带，区内总的地势是东南高、西北低，由东南向西北倾斜。井田覆盖层厚度大，煤层埋藏较深，采用立井开拓方式综采放顶煤采煤方法，共有五条井筒（一对中央主副立井、一个回风立井和一对南回风斜井），主要开采西一采区1、2、3层煤，西二采区1、2层煤和东一采区1层煤。截至目前，西一采区1、2、3层煤所剩储量不多，东一采区1层煤、西二采区1、2层煤正在回采，北一采区大巷正在掘进。目前魏家地煤矿共有采空区3处。魏家地井田位于宝积山复式向斜的东部，向斜内部除党家水一带有较多的中侏罗统新河组出露于地表外，其余大部分被第四系所掩盖。中侏罗统窑街组为区内主要含煤地层，上三迭统南营儿群则构成侏罗纪煤系地层的基底。区内发育的褶皱及断裂。根据区内含水层埋藏及含水介质条件和相应隔水层的分布情况，本区地下水可分为松散岩类孔隙裂隙潜水、碎屑岩类孔隙裂隙水和断裂带脉状水等三类。对矿井开采有影响的含水层主要为碎屑岩类孔隙裂隙水，而松散岩类孔隙裂隙潜水和断裂带脉状水分布有限，对矿井开采影响小。矿区岩体类型简单，依据沉积建造、岩体结构类型、工程特性及工程地质指标划分，区内岩体工程地质类型主要有：坚硬薄层—中厚层状结构岩组，较坚硬薄层—中厚层状岩组。按土体的岩性、结构、工程特性及工程地质指标划分为以下两类：砾质土，黄土。

2.矿山地质灾害特征

根据调查，调查区目前发育地质灾害有崩塌4处、地面塌陷及伴生地裂缝1处、泥石流沟1条。

2.1崩塌分布及特征

评估区共发育有4处崩塌灾害。2.1.1B1崩塌B1崩塌位于G3黄土灌浆取土场，此处为侵蚀—堆积黄土丘陵地貌，坡高约8m，坡长10m，坡宽25m，坡体近于直立。出露地层为第四系上更新统马兰黄土（Q32eol），土体结构疏松，垂直节理发育，表部见有小规模落水洞。已崩体积约0.25×104m3，属小型崩塌。形成原因是人工取土造成边坡失稳。由于仍在取土，故该崩塌的坡长和坡宽仍在不断变化中。2.1.2B2崩塌B2崩塌位于G1黄土灌浆取土场，此处为侵蚀—堆积黄土丘陵地貌，坡高约6m，坡长8m，坡宽15m，坡度70°。出露地层为第四系上更新统马兰黄土（Q32eol），土体结构疏松，垂直节理发育，已崩体积约0.05×104m3，属小型崩塌。形成原因是人工取土造成边坡失稳。G1黄土灌浆取土场目前已废弃，故该崩塌规模再未发生变化。2.1.3B3崩塌B3崩塌位于主井至Z5排矸渣场道路旁，此处为侵蚀—堆积黄土丘陵地貌，发育崩塌的边坡高约8m，坡长10m，坡宽21m，坡体近于直立。出露地层为第四系上更新统马兰黄土（Q32eol），土体结构疏松，垂直节理发育，已崩体积约0.15×104m3，属小型崩塌。形成原因是修路时人工开挖造成边坡失稳。2.1.4B4崩塌B4崩塌位于G2黄土灌浆取土场内，此处为侵蚀—堆积黄土丘陵地貌，发育崩塌的边坡高约5m，坡长6m，坡宽11m，坡体近于直立，局部形成凹腔。出露地层为第四系上更新统马兰黄土（Q32eol），土体结构疏松，垂直节理发育，已崩体积约0.15×104m3，属小型崩塌。形成原因是人工开挖取土造成边坡失稳。目前虽然该取土场已废弃，但仍有村民在此取土，故该崩塌的坡长和坡宽仍在不断变化中。根据崩塌所处地质环境条件，现有变形破坏迹象，对比区域黄土斜坡发生失稳条件，结合规范所给定崩塌（危岩体）稳定性评判，进行崩塌稳定性评判。评估区内发育的4处崩塌灾害稳定性均为差，发生的可能性均为大。

2.2泥石流（N1）

据调查，矿区东部尖山沟为泥石流沟谷，其黄土丘陵区汇水面积较大，发生时除对两岸大、小路面和临河床废弃矿渣堆造成直接冲刷破坏及对两岸居民、矿山工作人员在生产、生活上造成一定程度的影响。尖山沟泥石流以其现代河床、河漫滩为流通区和堆积区，在河床、河漫滩较窄处流过，在较宽处泥石流携带物会释放动能停留下来，因河谷谷底宽度不一，每次泥石流规模不一，所以两者界限不明显。以黄土丘陵区大小冲沟区为泥石流形成区。泥石流重度大小是其含沙量多少的反映，其性质主要取决于含沙量，当然还与泥沙粒度和级配有关。矿区内因无实测资料，其泥石流重度根据县市地质灾害区划资料类比，按体积比法和固体物质储备量法确定，其中砂水体积比3∶7，固体物质贮量14.8×104m3/km2，最终泥石流重度选用14.65kN/m3，为稀性泥流，与实际接近。

2.3地面塌陷

2.3.1T1地面塌陷特征T1地面塌陷区位于魏家地煤矿西一采区井巷密集带正上方，经企业简易监测判断，地面塌陷最大深度2.5m，陷坑形状梯形，长轴方向近南北向，变形区面积约357hm2，规模等级属中型，发生时间为2008年前后，尚在进一步发展中，所处地貌为黄土丘陵和低中山区。地面塌陷伴生裂缝的单缝多呈直线、弧线型，拉张、下挫状，缝宽0.02m~0.50m不等，深度达3m以上，近于贯通，长度可达200m~800m，倾向与阶步指向相同，倾角近直立。群缝排列组合形式呈平行、环围状，裂缝间距不一，一般1m~5m多见，最大下错距离达3.5m。经野外调查，地裂缝主要发育于塌陷区西南侧，面积41.6hm2。2.3.2T1地面塌陷稳定性T1地面塌陷微地貌为尚未充填改造，塌陷周围开裂痕迹明显，坑底有下沉开裂迹象；堆积物性状疏松；地形条件利于地表水汇集入渗；由于T1地面塌陷以下仍在开采，故按照当地矿山塌陷区在三四年以后趋于稳定的经验，目前该塌陷区仍呈间歇缓慢活动。所以，T1地面塌陷可定性评价为稳定性差，发生的可能性大。

3.地质灾害预测评估

魏家地煤矿在方案适用期主要是对现正开采的东一、西一、西二和北一采区扩大开采规模，另外在已有工业场地南侧新建工业场地。故采矿活动新建工业场地会引发崩塌灾害，并引发地面塌陷及其伴生的地裂缝、加剧泥石流灾害和遭受崩塌灾害。

3.1新建工业场地建设引发崩塌灾害的预测

在方案适用期内，需在已有工业场地南侧新建工业场地，新建工业场地时在场地四周开挖将形成高度3m~5m不等的边坡，对施工人员和施工设备造成威胁，预测边坡失稳形成崩塌灾害后可能造成的直接损失50万元，受威胁人数2人~3人，故预测新建工业场地建设引发崩塌灾害对矿山地质环境的影响程度属较轻，面积21.2hm2。由于新建工业场地引发的崩塌灾害对矿山地质环境的影响程度较轻，且其治理难度小。故在对新建工业场地建设引发崩塌灾害进行治理后，为基本适宜的建设用地。

3.2开采引发地面塌陷灾害的预测

根据魏家地煤矿煤层分布、埋深、开采厚度，采用煤层上覆盖岩土与开采厚度的比值（有效深厚比）分析地表变形情况。根据《煤矿环境地质灾害与防治》可用深厚比来概括评价塌陷程度。当深厚比小于20时，有可能产生极严重的塌陷破坏，地表将出现规模大，范围广的裂缝或塌陷等地表变形；深厚比在20~200时，地表产生不同程度的变形；深厚比大于200时，地表变形一般很轻，有可能出现微小裂缝。根据煤矿目前采用的通用标准，在煤层采厚比＜35时所造成的地表建筑损毁程度严重，采厚比35~60时中度，采厚比60~200时为轻度，采厚比＞200时为极轻微度。在方案适用期内所开采的煤层深厚比介于23.04~28.54之间，说明随着采掘工作面的推进，地面塌陷将持续发生，对地表建筑损毁程度为严重。

3.3地表变形加剧地质灾害危险性预测

评估区现状发育有崩塌4处，泥石流沟1条，地面塌陷1处，地表变形将加剧原有各地质灾害点，其影响程度主要由灾害点所处变形区级别和危害程度确定，预测结果如表1。

3.4地表变形对公路、矿区铁路破坏预测评估

3.4.1对公路的影响程度预测评估根据地面塌陷预测结果，在方案适用期内地表变形将影响到长度4.9km的省道308线，其中位于永久裂缝区的长度0.9km，位于动态拉伸裂缝区的长度4.0km。由于动态拉伸裂缝区的分布具有很大随机性，本次主要对永久裂缝区造成损失进行评估。预测省道308线穿越地表变形永久裂缝区长度0.9km，可能造成直接经济损失在100万元~150万元之间。故在方案适用期内，预测地表变形对公路的影响程度属较严重。3.4.2对矿区铁路影响程度预测评估根据地面塌陷预测结果，在方案适用期内地表变形将影响到长度5.2km矿区铁路专用线，其中位于永久裂缝区的长度1.1km，位于动态拉伸裂缝区的长度4.1km。由于动态拉伸裂缝区的分布具有很大随机性，本次主要对永久裂缝区造成损失进行评估。预测矿区铁路专用线穿越地表变形永久裂缝区长度1.1km，由于矿区铁路可在地面产生变形后随时进行修整，故可能造成的直接经济损失主要为修整费用，预测修整费用在100万元~150万元之间。故在方案适用期内，预测地表变形对矿区铁路专用线的影响程度属较严重。

3.5加剧泥石流灾害的预测评估

评估区内尖山沟N1泥石流易发性为低易发，采矿活动可能加剧N1泥石流灾害，预测中仅作定性分析说明。魏家地煤矿在方案适用期内开采区位于尖山沟南侧，故魏家地煤矿开采对尖山沟N1泥石流不会产生直接的影响。在尖山沟中、下游两岸的人类活动向尖山沟中排污水，乱倒垃圾；随着黄土丘陵区开挖破坏及自然条件下的岸坡坍塌、滑溜发生，松散黄土类物源也将会增加。由于N1泥石流为低易发、规模小，故仅对两岸大、小路面和临河床废弃矿渣堆造成冲刷破坏程度轻微；对两岸居民、矿山工作人员在生产、生活上造成一定程度的影响，对建筑物不会造成直接的破坏作用，造成直接经济损失小于100万元，由于矿区内人员分散，故受威胁人数随机性大，一般为5人~10人，预测N1泥石流对矿山地质环境的影响程度属较轻,面积计约18hm2。

3.6采矿活动可能遭受崩塌灾害的预测评估

矿山继续开采后，在采矿活动中可能遭受4处崩塌灾害的危害，预测4处崩塌灾害的稳定性均差。预测4处崩塌灾害对矿山地质环境的影响程度属较轻，面积计约0.065hm2。

4.矿山地质灾害预防措施

4.1地面塌陷预防措施

对于矿区内已开采或正在开采的东一、西一、西二和北一采区，应采取黄土灌浆法进行回填，以减轻地面塌陷和地裂缝的发生。对于在后期拟开采的东二、东三、西三和东四采区，应预留矿柱、矿墙，并在开采时取黄土灌浆法进行回填。

4.2崩塌灾害的预防措施

4.2.1对黄土灌浆场取土时，按照规范要求设计合理坡比。4.2.2对矸石进行堆放时应合理、有序，并设计稳定的边坡角。

4.3泥石流灾害的预防措施

对区内发育的尖山沟泥石流沟，应及时疏通沟道和对松散物质进行就地固定，并按时疏浚矿区排水系统。

参考文献：

［1］陈国华.废弃矿山生态恢复工程地质灾害危险性评估方法探讨[J].中国地质灾害与防治学报,2010,21(03):113-117.

［2］孟昕卓.试述矿山地质灾害防治与地质环境保护[J].西部资源,2019(02):124-125.

［3］尹国勋,邓寅生,李栋臣,等;煤矿地质灾害与防治[M].煤炭工业出版社.1997.

作者：孙睿 单位：甘肃省地矿局第二地质矿产勘查院