礦山地質災害危險性預測評估方法研究

屈曉榮

(山西省煤炭地質勘查研究院，山西太原 030006)

礦山地質環境保護與恢復治理是為減少礦山建設及生產活動造成的礦山地質環境問題，改善礦山地質環境質量，保障礦山地質環境治理保證金制度順利實施的一項制度。通過編制保護與恢復治理方案，促進礦山地質環境問題治理工作的規范化，實現地區經濟可持續發展。保護與恢復治理方案是實施保護、監測和恢復治理礦山地質環境的技術之一。

1 評估的基礎資料

1)礦山地理位置和社會經濟概況。主要了解當地的地理位置、經濟發展狀況、土地利用現狀等內容。重點收集當地的土地利用現狀圖，計算治理區域內戶數、人口、房屋、耕地面積、林地面積、吃水及工業用水等情況，以此作為計算工程經費的部分依據。2)礦山開采歷史及現狀。主要了解礦區以往開采方式、采空區范圍及礦山開采現狀。3)礦山開發利用概況。主要描述礦山建設規模及工程布局、礦山開采層位及資源儲量、設計生產能力及服務年限、礦山采區布置及開采接替順序、礦山開采方式及頂板管理方式、固體廢棄物及廢水處置等礦山開采的內容，該部分內容是分析礦山地質環境變化原因及結果的重要依據，對開發利用方案的理解和掌握是礦山地質環境保護與恢復治理方案成功與否的關鍵。4)礦山地質環境背景。地質環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，重點要寫清楚區域的地層巖性及地質構造。礦山開采造成的地質環境變化很大程度上與當地的地質構造有關，在構造較為簡單，地層巖石較好的地方，開采造成的地質環境破壞相對較小。開采區的水文地質條件也是地質環境保護的一項重要內容，水資源的保護是礦區開采后生態環境恢復的重要條件，了解礦區的水文地質條件，在礦產資源開發利用與水資源保護之間尋找合理的關系是礦區集約化、可持續發展的一個關鍵問題。同時按照工程地質條件劃分地層結構也是地質環境保護需要了解的重要內容。作為礦山開采的最終目的，礦體(層)的地質特征直接決定了開采時采用的開采方式及開采中可能造成的破壞，對礦體(層)的地質特征的了解是礦山地質環境背景中最重要的內容。

2 礦山地質環境影響評估

2.1 評估范圍與級別確定方法

礦山地質環境影響評估依照中華人民共和國地質礦產行業標準DZ/T 0223-2011礦山地質環境保護與恢復治理方案編制規范的有關規定，本文統稱《編制規范》，根據礦山地質環境現狀、礦山地質災害種類和地質災害影響范圍、影響程度、采礦活動影響范圍等來確定地質環境影響評估范圍和級別。評估范圍在采礦活動沒有影響到地下水的區域以礦界為界，在采礦活動影響到地下水的區域以對地下水影響的最遠范圍為界。評估級別的確定根據《編制規范》的要求，依據評估區重要程度、礦山生產建設規模、礦山地質環境條件復雜程度等綜合確定。

2.1.1 評估區重要程度

評估區重要程度的確定按照《編制規范》附錄B表B采取上一級別優先的原則，綜合分析評估區內的人口、建筑物、公路、鐵路、水源等要素確定。

2.1.2 礦山建設規模

礦山建設規模按照《礦山生產建設規模分類一覽表》劃分。

2.1.3 礦山地質環境條件復雜程度

礦山地質環境復雜程度對照《編制規范》，采取就上原則確定，主要從以下幾個方面考慮:1)水文地質條件;2)工程地質條件;3)地質構造;4)現狀地質環境問題;5)采空區;6)地形地貌。

2.1.4 評估級別

在確定上文提到的三個主要指標后，對照《編制規范》附錄A礦山地質環境影響評估精度分級表綜合確定評估級別。

2.2 現狀評估

礦山地質環境現狀評估是指對評估區地質環境影響作出評估。其主要內容包括:分析評估區內地質災害類型、規模、發生時間、表現特征、分布、誘發因素、危害對象、危害程度;評估由采礦活動導致地下含水層的影響或破壞情況。評估采礦活動對地形地貌景觀、地質遺跡、人文景觀等的影響和破壞情況。分析評估區內采礦活動對土地資源的影響和破壞情況。

2.2.1 地質災害危險性現狀評估

主要用來分析評估區內現有易引發地質災害的采空區、不穩定區域等危險源的現狀，資料來源主要是礦山開采的采空區分布位置圖，依據采空區范圍踏勘評估區域內各類現有地質災害，分析其類型及特征，同時統計地質災害危險性現狀引發的經濟損失。一般采煤引發的災害通常有地面塌陷、地裂縫(包括房屋裂縫)崩塌、工業廣場建設挖填方和修建礦區道路形成的不穩定斜坡地質災害隱患等，見圖1～圖4。

圖1 地面塌陷

圖2 地面裂縫

圖3 房屋裂縫

圖4 不穩定斜坡

在綜合分析各類現狀地質災害后，根據《編制規范》附錄E礦山地質環境影響程度分級表的規定，對危險性現狀作出評估。

2.2.2 采礦活動對含水層的影響與破壞現狀評估

通過分析評估區水文地質資料，確定采礦活動對地下水含水層的影響范圍及影響到的含水層。重點分析礦山開采對含礦地層含水層的影響及第四系松散巖類含水層的影響。地表水是人類活動的主要水資源來源，故對第四系松散巖類含水層的評估將直接決定開采區域內人類活動的生活用水，應重點分析。分析結果依照《編制規范》附錄E的規定確定影響值。

2.2.3 采礦活動對地形地貌景觀的影響與破壞現狀評估

通過分析采礦活動會因采空形成地表沉陷，造成地面標高的變化，地層產狀會沿地裂縫及地面塌陷發生局部的變化，造成地質體斷裂、變形，改變評估區微地貌形態。地表沉陷、地裂縫直接破壞農作物、林木及原生地表植被，并對地表淺部蓄水結構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。同時采礦活動必然要對周圍地形進行切坡和填方處理，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。另外在工業場地之上建有辦公樓、宿舍樓、住宅樓，以及主副井、庫房、浴室、機修房、調度樓、污水處理站等大量的建構物，增加景觀破碎度，改變了評估區的地形地貌景觀格局。

2.2.4 采礦活動對土地資源的影響或破壞現狀評估

我國是人口大國，實行最嚴厲的土地保護政策，采礦活動形成的采空沉陷、地裂縫對土地資源的破壞主要表現為地表土體塌陷、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受到較嚴重影響，地表自然植被覆蓋率降低，農業植物因土壤水分的降低及土地退化而減產，塌陷嚴重的土地要棄耕，土地的利用價值明顯降低。對土地的破壞程度依據《土地復墾規定》中的規定進行詳細劃分。

3 地質災害危險性預測評估

各類礦山地質災害危險性評估方法較為相似，本文以山西某煤礦為例說明預測評估的方法。

3.1 采礦活動引發和加劇的地質災害危險性預測評估

根據礦井地質報告，該煤礦煤層覆巖相當于中硬巖層。類比其他礦區已有的煤層開采沉陷的基本參數，同時結合該礦實際的地質構造條件，通過類比確定該礦開采地表移動變形基本參數。根據《編制規范》附錄E，以地表預測變形值為依據，對各類被破壞對象的破壞程度作出評估。該礦的開采引起的變形為2 m～6 m不等。

3.2 采礦活動對含水層的影響與破壞預測評估

礦山開采對含水層的影響與破壞主要從疏干的含水層位及高度、礦山開采對奧灰巖溶水的影響、煤炭開采對淺層地下水與礦區已有供水水源的影響三個方面來預測評估。

1)疏干的含水層位及高度。據生產礦井充水情況與礦區水文地質條件來看，本礦區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、斷層及開采后形成的導水裂隙帶和采空區地表塌陷、裂縫，其他因素居次。應根據《三下采煤規程》關于煤層開采導水裂隙帶高度計算公式，結合礦區批采各煤層頂板堅硬程度來確定。2)礦山開采對奧灰巖溶水的影響。對奧灰巖溶水的影響從水文地質報告中確定的水位標高結合煤層標高及隔水層的厚度確定煤層的開采對奧陶系巖溶含水層的影響。該礦開采對奧灰巖溶水的影響較小。3)煤炭開采對淺層地下水與礦區已有供水水源的影響。本文3.1所述，煤層開采會引起較大的地表變形從而使裂縫上下貫通，礦坑排水會疏干7號，9號，10號煤層以上所有含水層，會造成所有該層位水井的報廢。礦區內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，評估區煤炭開采對第四系、石炭系含水層影響嚴重，煤礦礦坑排水會對村民用水造成嚴重影響。4)地下水影響范圍。煤層開采后將改變采掘場周圍的地下水水位線分布，使煤礦開采區周邊范圍內的水位線將斷裂缺失，出現一定程度的水位下降，形成以開采區為中心的降水漏斗，地下水的流場也將重新整合分布。對地下水的影響范圍采用下面的經驗公式概算。其中，R為影響半徑，m;S為抽水降深，m，取176 m(取自10號煤層平均埋深);K為滲透系數，m/d，取太原組最大值0.005 2 m/d。

3.3 采礦活動對地形地貌景觀的影響與破壞預測評估

礦山在建設與生產過程中對土地資源的破壞主要表現為工業場地、矸石場建設等對土地資源破壞及采區影響范圍內地表變形對地形地貌景觀的影響與破壞。開采階段使地面變形引起地表建筑物破壞。根據前述地面變形計算結果，該礦開采后會形成2 m～6 m的地表下沉，對原生地形地貌景觀影響程度較嚴重。工業廣場大面積的土地平整會使原來地表結構及下墊面植被完全遭到破壞，造成周圍山體破損，巖石裸露。矸石場由于矸石堆放改變了原有溝谷地形，破壞了現有植被，局部改變了周圍地形地貌條件，對原生地形地貌條件改變大。

3.4 采礦活動對土地資源的影響與破壞預測評估

對土地破壞程度根據《土地復墾方案編制規程第3部分:井工煤礦》關于采煤沉陷土地損毀程度標準得出。

4 結語

本文分析了礦山地質環境危險性預測評估的基礎資料，根據礦山地質環境影響評估規范的要求，從礦山地質環境影響評估范圍與級別出發，研究了現狀評估的主要內容及評估重點，結合山西某煤礦的評估實踐，對評估中涉及的相關技術規定及計算標準做了相應說明。

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