礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)評(píng)估方法研究

屈曉榮

(山西省煤炭地質(zhì)勘查研究院，山西太原 030006)

礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理是為減少礦山建設(shè)及生產(chǎn)活動(dòng)造成的礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題，改善礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量，保障礦山地質(zhì)環(huán)境治理保證金制度順利實(shí)施的一項(xiàng)制度。通過(guò)編制保護(hù)與恢復(fù)治理方案，促進(jìn)礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題治理工作的規(guī)范化，實(shí)現(xiàn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。保護(hù)與恢復(fù)治理方案是實(shí)施保護(hù)、監(jiān)測(cè)和恢復(fù)治理礦山地質(zhì)環(huán)境的技術(shù)之一。

1 評(píng)估的基礎(chǔ)資料

1)礦山地理位置和社會(huì)經(jīng)濟(jì)概況。主要了解當(dāng)?shù)氐牡乩砦恢谩⒔?jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、土地利用現(xiàn)狀等內(nèi)容。重點(diǎn)收集當(dāng)?shù)氐耐恋乩矛F(xiàn)狀圖，計(jì)算治理區(qū)域內(nèi)戶數(shù)、人口、房屋、耕地面積、林地面積、吃水及工業(yè)用水等情況，以此作為計(jì)算工程經(jīng)費(fèi)的部分依據(jù)。2)礦山開(kāi)采歷史及現(xiàn)狀。主要了解礦區(qū)以往開(kāi)采方式、采空區(qū)范圍及礦山開(kāi)采現(xiàn)狀。3)礦山開(kāi)發(fā)利用概況。主要描述礦山建設(shè)規(guī)模及工程布局、礦山開(kāi)采層位及資源儲(chǔ)量、設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力及服務(wù)年限、礦山采區(qū)布置及開(kāi)采接替順序、礦山開(kāi)采方式及頂板管理方式、固體廢棄物及廢水處置等礦山開(kāi)采的內(nèi)容，該部分內(nèi)容是分析礦山地質(zhì)環(huán)境變化原因及結(jié)果的重要依據(jù)，對(duì)開(kāi)發(fā)利用方案的理解和掌握是礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理方案成功與否的關(guān)鍵。4)礦山地質(zhì)環(huán)境背景。地質(zhì)環(huán)境背景除了描述自然地理特征、地形地貌特征等表面特征外，重點(diǎn)要寫(xiě)清楚區(qū)域的地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造。礦山開(kāi)采造成的地質(zhì)環(huán)境變化很大程度上與當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)構(gòu)造有關(guān)，在構(gòu)造較為簡(jiǎn)單，地層巖石較好的地方，開(kāi)采造成的地質(zhì)環(huán)境破壞相對(duì)較小。開(kāi)采區(qū)的水文地質(zhì)條件也是地質(zhì)環(huán)境保護(hù)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，水資源的保護(hù)是礦區(qū)開(kāi)采后生態(tài)環(huán)境恢復(fù)的重要條件，了解礦區(qū)的水文地質(zhì)條件，在礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)利用與水資源保護(hù)之間尋找合理的關(guān)系是礦區(qū)集約化、可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。同時(shí)按照工程地質(zhì)條件劃分地層結(jié)構(gòu)也是地質(zhì)環(huán)境保護(hù)需要了解的重要內(nèi)容。作為礦山開(kāi)采的最終目的，礦體(層)的地質(zhì)特征直接決定了開(kāi)采時(shí)采用的開(kāi)采方式及開(kāi)采中可能造成的破壞，對(duì)礦體(層)的地質(zhì)特征的了解是礦山地質(zhì)環(huán)境背景中最重要的內(nèi)容。

2 礦山地質(zhì)環(huán)境影響評(píng)估

2.1 評(píng)估范圍與級(jí)別確定方法

礦山地質(zhì)環(huán)境影響評(píng)估依照中華人民共和國(guó)地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DZ/T 0223-2011礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理方案編制規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，本文統(tǒng)稱《編制規(guī)范》，根據(jù)礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀、礦山地質(zhì)災(zāi)害種類(lèi)和地質(zhì)災(zāi)害影響范圍、影響程度、采礦活動(dòng)影響范圍等來(lái)確定地質(zhì)環(huán)境影響評(píng)估范圍和級(jí)別。評(píng)估范圍在采礦活動(dòng)沒(méi)有影響到地下水的區(qū)域以礦界為界，在采礦活動(dòng)影響到地下水的區(qū)域以對(duì)地下水影響的最遠(yuǎn)范圍為界。評(píng)估級(jí)別的確定根據(jù)《編制規(guī)范》的要求，依據(jù)評(píng)估區(qū)重要程度、礦山生產(chǎn)建設(shè)規(guī)模、礦山地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜程度等綜合確定。

2.1.1 評(píng)估區(qū)重要程度

評(píng)估區(qū)重要程度的確定按照《編制規(guī)范》附錄B表B采取上一級(jí)別優(yōu)先的原則，綜合分析評(píng)估區(qū)內(nèi)的人口、建筑物、公路、鐵路、水源等要素確定。

2.1.2 礦山建設(shè)規(guī)模

礦山建設(shè)規(guī)模按照《礦山生產(chǎn)建設(shè)規(guī)模分類(lèi)一覽表》劃分。

2.1.3 礦山地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜程度

礦山地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度對(duì)照《編制規(guī)范》，采取就上原則確定，主要從以下幾個(gè)方面考慮:1)水文地質(zhì)條件;2)工程地質(zhì)條件;3)地質(zhì)構(gòu)造;4)現(xiàn)狀地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題;5)采空區(qū);6)地形地貌。

2.1.4 評(píng)估級(jí)別

在確定上文提到的三個(gè)主要指標(biāo)后，對(duì)照《編制規(guī)范》附錄A礦山地質(zhì)環(huán)境影響評(píng)估精度分級(jí)表綜合確定評(píng)估級(jí)別。

2.2 現(xiàn)狀評(píng)估

礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)估是指對(duì)評(píng)估區(qū)地質(zhì)環(huán)境影響作出評(píng)估。其主要內(nèi)容包括:分析評(píng)估區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型、規(guī)模、發(fā)生時(shí)間、表現(xiàn)特征、分布、誘發(fā)因素、危害對(duì)象、危害程度;評(píng)估由采礦活動(dòng)導(dǎo)致地下含水層的影響或破壞情況。評(píng)估采礦活動(dòng)對(duì)地形地貌景觀、地質(zhì)遺跡、人文景觀等的影響和破壞情況。分析評(píng)估區(qū)內(nèi)采礦活動(dòng)對(duì)土地資源的影響和破壞情況。

2.2.1 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性現(xiàn)狀評(píng)估

主要用來(lái)分析評(píng)估區(qū)內(nèi)現(xiàn)有易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的采空區(qū)、不穩(wěn)定區(qū)域等危險(xiǎn)源的現(xiàn)狀，資料來(lái)源主要是礦山開(kāi)采的采空區(qū)分布位置圖，依據(jù)采空區(qū)范圍踏勘評(píng)估區(qū)域內(nèi)各類(lèi)現(xiàn)有地質(zhì)災(zāi)害，分析其類(lèi)型及特征，同時(shí)統(tǒng)計(jì)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性現(xiàn)狀引發(fā)的經(jīng)濟(jì)損失。一般采煤引發(fā)的災(zāi)害通常有地面塌陷、地裂縫(包括房屋裂縫)崩塌、工業(yè)廣場(chǎng)建設(shè)挖填方和修建礦區(qū)道路形成的不穩(wěn)定斜坡地質(zhì)災(zāi)害隱患等，見(jiàn)圖1～圖4。

圖1 地面塌陷

圖2 地面裂縫

圖3 房屋裂縫

圖4 不穩(wěn)定斜坡

在綜合分析各類(lèi)現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害后，根據(jù)《編制規(guī)范》附錄E礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度分級(jí)表的規(guī)定，對(duì)危險(xiǎn)性現(xiàn)狀作出評(píng)估。

2.2.2 采礦活動(dòng)對(duì)含水層的影響與破壞現(xiàn)狀評(píng)估

通過(guò)分析評(píng)估區(qū)水文地質(zhì)資料，確定采礦活動(dòng)對(duì)地下水含水層的影響范圍及影響到的含水層。重點(diǎn)分析礦山開(kāi)采對(duì)含礦地層含水層的影響及第四系松散巖類(lèi)含水層的影響。地表水是人類(lèi)活動(dòng)的主要水資源來(lái)源，故對(duì)第四系松散巖類(lèi)含水層的評(píng)估將直接決定開(kāi)采區(qū)域內(nèi)人類(lèi)活動(dòng)的生活用水，應(yīng)重點(diǎn)分析。分析結(jié)果依照《編制規(guī)范》附錄E的規(guī)定確定影響值。

2.2.3 采礦活動(dòng)對(duì)地形地貌景觀的影響與破壞現(xiàn)狀評(píng)估

通過(guò)分析采礦活動(dòng)會(huì)因采空形成地表沉陷，造成地面標(biāo)高的變化，地層產(chǎn)狀會(huì)沿地裂縫及地面塌陷發(fā)生局部的變化，造成地質(zhì)體斷裂、變形，改變?cè)u(píng)估區(qū)微地貌形態(tài)。地表沉陷、地裂縫直接破壞農(nóng)作物、林木及原生地表植被，并對(duì)地表淺部蓄水結(jié)構(gòu)的破壞也使得地表土體變得疏松，土壤含水量降低，從而使地表植被覆蓋率降低，局部破壞了原生地形地貌景觀等。同時(shí)采礦活動(dòng)必然要對(duì)周?chē)匦芜M(jìn)行切坡和填方處理，由此在溝谷兩邊形成多處高陡邊坡，溝谷低洼之處均被填平等處理。另外在工業(yè)場(chǎng)地之上建有辦公樓、宿舍樓、住宅樓，以及主副井、庫(kù)房、浴室、機(jī)修房、調(diào)度樓、污水處理站等大量的建構(gòu)物，增加景觀破碎度，改變了評(píng)估區(qū)的地形地貌景觀格局。

2.2.4 采礦活動(dòng)對(duì)土地資源的影響或破壞現(xiàn)狀評(píng)估

我國(guó)是人口大國(guó)，實(shí)行最嚴(yán)厲的土地保護(hù)政策，采礦活動(dòng)形成的采空沉陷、地裂縫對(duì)土地資源的破壞主要表現(xiàn)為地表土體塌陷、疏松，土壤含水量降低，促使土地砂化，加劇水土流失，地表自然植被的存活與生長(zhǎng)受到較嚴(yán)重影響，地表自然植被覆蓋率降低，農(nóng)業(yè)植物因土壤水分的降低及土地退化而減產(chǎn)，塌陷嚴(yán)重的土地要棄耕，土地的利用價(jià)值明顯降低。對(duì)土地的破壞程度依據(jù)《土地復(fù)墾規(guī)定》中的規(guī)定進(jìn)行詳細(xì)劃分。

3 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)評(píng)估

各類(lèi)礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估方法較為相似，本文以山西某煤礦為例說(shuō)明預(yù)測(cè)評(píng)估的方法。

3.1 采礦活動(dòng)引發(fā)和加劇的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)評(píng)估

根據(jù)礦井地質(zhì)報(bào)告，該煤礦煤層覆巖相當(dāng)于中硬巖層。類(lèi)比其他礦區(qū)已有的煤層開(kāi)采沉陷的基本參數(shù)，同時(shí)結(jié)合該礦實(shí)際的地質(zhì)構(gòu)造條件，通過(guò)類(lèi)比確定該礦開(kāi)采地表移動(dòng)變形基本參數(shù)。根據(jù)《編制規(guī)范》附錄E，以地表預(yù)測(cè)變形值為依據(jù)，對(duì)各類(lèi)被破壞對(duì)象的破壞程度作出評(píng)估。該礦的開(kāi)采引起的變形為2 m～6 m不等。

3.2 采礦活動(dòng)對(duì)含水層的影響與破壞預(yù)測(cè)評(píng)估

礦山開(kāi)采對(duì)含水層的影響與破壞主要從疏干的含水層位及高度、礦山開(kāi)采對(duì)奧灰?guī)r溶水的影響、煤炭開(kāi)采對(duì)淺層地下水與礦區(qū)已有供水水源的影響三個(gè)方面來(lái)預(yù)測(cè)評(píng)估。

1)疏干的含水層位及高度。據(jù)生產(chǎn)礦井充水情況與礦區(qū)水文地質(zhì)條件來(lái)看，本礦區(qū)各可采煤層充水通道主要為煤層頂板以上巖石的裂隙、陷落柱、斷層及開(kāi)采后形成的導(dǎo)水裂隙帶和采空區(qū)地表塌陷、裂縫，其他因素居次。應(yīng)根據(jù)《三下采煤規(guī)程》關(guān)于煤層開(kāi)采導(dǎo)水裂隙帶高度計(jì)算公式，結(jié)合礦區(qū)批采各煤層頂板堅(jiān)硬程度來(lái)確定。2)礦山開(kāi)采對(duì)奧灰?guī)r溶水的影響。對(duì)奧灰?guī)r溶水的影響從水文地質(zhì)報(bào)告中確定的水位標(biāo)高結(jié)合煤層標(biāo)高及隔水層的厚度確定煤層的開(kāi)采對(duì)奧陶系巖溶含水層的影響。該礦開(kāi)采對(duì)奧灰?guī)r溶水的影響較小。3)煤炭開(kāi)采對(duì)淺層地下水與礦區(qū)已有供水水源的影響。本文3.1所述，煤層開(kāi)采會(huì)引起較大的地表變形從而使裂縫上下貫通，礦坑排水會(huì)疏干7號(hào)，9號(hào)，10號(hào)煤層以上所有含水層，會(huì)造成所有該層位水井的報(bào)廢。礦區(qū)內(nèi)村莊村民目前生活用水取自溝谷第四系孔隙水和基巖裂隙泉水，評(píng)估區(qū)煤炭開(kāi)采對(duì)第四系、石炭系含水層影響嚴(yán)重，煤礦礦坑排水會(huì)對(duì)村民用水造成嚴(yán)重影響。4)地下水影響范圍。煤層開(kāi)采后將改變采掘場(chǎng)周?chē)牡叵滤痪€分布，使煤礦開(kāi)采區(qū)周邊范圍內(nèi)的水位線將斷裂缺失，出現(xiàn)一定程度的水位下降，形成以開(kāi)采區(qū)為中心的降水漏斗，地下水的流場(chǎng)也將重新整合分布。對(duì)地下水的影響范圍采用下面的經(jīng)驗(yàn)公式概算。其中，R為影響半徑，m;S為抽水降深，m，取176 m(取自10號(hào)煤層平均埋深);K為滲透系數(shù)，m/d，取太原組最大值0.005 2 m/d。

3.3 采礦活動(dòng)對(duì)地形地貌景觀的影響與破壞預(yù)測(cè)評(píng)估

礦山在建設(shè)與生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)土地資源的破壞主要表現(xiàn)為工業(yè)場(chǎng)地、矸石場(chǎng)建設(shè)等對(duì)土地資源破壞及采區(qū)影響范圍內(nèi)地表變形對(duì)地形地貌景觀的影響與破壞。開(kāi)采階段使地面變形引起地表建筑物破壞。根據(jù)前述地面變形計(jì)算結(jié)果，該礦開(kāi)采后會(huì)形成2 m～6 m的地表下沉，對(duì)原生地形地貌景觀影響程度較嚴(yán)重。工業(yè)廣場(chǎng)大面積的土地平整會(huì)使原來(lái)地表結(jié)構(gòu)及下墊面植被完全遭到破壞，造成周?chē)襟w破損，巖石裸露。矸石場(chǎng)由于矸石堆放改變了原有溝谷地形，破壞了現(xiàn)有植被，局部改變了周?chē)匦蔚孛矖l件，對(duì)原生地形地貌條件改變大。

3.4 采礦活動(dòng)對(duì)土地資源的影響與破壞預(yù)測(cè)評(píng)估

對(duì)土地破壞程度根據(jù)《土地復(fù)墾方案編制規(guī)程第3部分:井工煤礦》關(guān)于采煤沉陷土地?fù)p毀程度標(biāo)準(zhǔn)得出。

4 結(jié)語(yǔ)

本文分析了礦山地質(zhì)環(huán)境危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)評(píng)估的基礎(chǔ)資料，根據(jù)礦山地質(zhì)環(huán)境影響評(píng)估規(guī)范的要求，從礦山地質(zhì)環(huán)境影響評(píng)估范圍與級(jí)別出發(fā)，研究了現(xiàn)狀評(píng)估的主要內(nèi)容及評(píng)估重點(diǎn)，結(jié)合山西某煤礦的評(píng)估實(shí)踐，對(duì)評(píng)估中涉及的相關(guān)技術(shù)規(guī)定及計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)做了相應(yīng)說(shuō)明。

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