貴州盤縣煤礦地質災害危險性評估

陳斐兒，馬偉杰，木　勛

（貴州大學喀斯特環境與地質災害防治教育部重點實驗室，貴州貴陽550025）

貴州盤縣煤礦地質災害危險性評估

陳斐兒*，馬偉杰，木勛

（貴州大學喀斯特環境與地質災害防治教育部重點實驗室，貴州貴陽550025）

以貴州省盤縣某煤礦為例，開展評估區內的地質環境條件、地質災害情況調查，對礦區進行地質災害危險性評估，為建設單位提供防治地質災害的科學依據，以達到防災減災的目的。

地質災害；現狀評價；危險性預測；防治措施

貴州盤縣因其特殊地質環境條件而擁有較為豐富的煤炭資源，是貴州省礦產資源中的煤炭國家規劃區之一［1］，大量的煤礦開采往往伴隨著潛在的地質災害，災種由于地域不同而具有差異性，但都對煤礦企業的正常生產、生命財產安全以及社會經濟等問題造成嚴重的影響。因此綜合分析煤礦區的地質災害特征，對煤礦區的地質災害進行預測評估并提出防治措施是十分必要的，加強對煤礦區的地質災害評估工作，為更好地促進高效煤礦開采具有重要意義。

1　煤礦地質災害危險性評估的任務

地質災害的發生是多種因素綜合作用的結果，地質災害危險性的綜合評價包括現狀評估和預測評估［2］。通過評估區地質災害調查，查明評估區地質環境條件、現狀地質災害類型、規模、分布、穩定狀態和危害性等，對現狀地質災害進行危險性評估；并對礦區地下開采引發、加劇各類型地質災害的可能性以及村寨等建筑物可能遭受地質災害的危害程度進行預測評估；根據現狀評估和預測評估的結果，綜合評估地質災害的危險程度，確定地質災害危險性級別；進行地質災害危險性分區評估；結合實際情況提出有針對性的防治措施及建議。

2　實例分析

2.1礦井介紹

該煤礦位于六盤水市盤縣境內，由2個小煤礦重組整合而成，礦井的生產能力為45×104t/a，整合后井田面積為1.2622km2。開拓方式為斜立混合開拓，主井為立井，副井和風井為斜井。根據地表出露和鉆孔揭露，礦區總體為一單一斜構造。地層傾角在10°左右。構造形跡以斷裂構造為主，共發現斷層6條，均為正斷層。井田內含煤地層主要為二疊系上統和三疊系下統地層，地貌以中山為主，礦區南東部三疊系地層形成山脊，北西部含煤地層形成緩坡地形。煤礦12、17、19號煤為主要可采煤層（表1）。

表1　評估區煤礦可采煤層特征表

2.2評估范圍和級別的確定

礦井的設計生產能力為45×104t/a，為中型煤礦，屬較重要建設項目，結合井田內地質環境條件，煤層開采后形成采空區的影響范圍，根據相關規范［3］確定評估范圍為井田邊界外擴300m，評估區面積為5.13km2。根據地質災害危險性評估分級標準［3］評估區地質環境條件復雜，評估級別確定為二級。

2.3地質災害危險性現狀評估

目前，評估區內現狀地質災害主要為3處滑坡和一處崩塌，現狀地質災害較發育，HP1、BT1、HP2現狀地質災害危害程度大，危險性大，HP3危害程度小，危險性大。

表2　主要現狀地質災害危險性評估表

2.4地質災害危險性預測評估

2.4.1采煤活動地表移動參數的確定

（1）綜合作用厚度及安全開采深度的確定。考慮采空疊加效應，根據其上部的覆蓋層厚度、煤層間距、巖層巖性、傾角、裂隙節理發育情況等，按《地方煤礦實用手冊》計算煤層安全開采深度，計算公式如下：

Hδ=M×K

式中：Hδ——煤層安全開采深度，m；

M——多層煤層開采綜合作用厚度，m；

M=Mxn

Mxn=Mn+Cn×Mxn-1

Cn——為該煤層與相鄰的上層煤的間距Hn—Hn-1與該煤層開采高度Mn之比的函數，查表得；

Hn—Hn-1——上下層煤之間的法線距離，m；取相關地質資料中的相鄰煤層層間距；

Mxn——煤層的綜合作用厚度，m；當n=1時，Mxn=Mn；

Mn——煤層開采高度，m；取煤層厚度的最大值，且不小于煤巷開拓最小高度2.20m；若煤層厚度的最大值小于2.20m，按2.20m取值；

K——安全系數，煤層傾角4°～15°，一般為10°，按Ⅱ類煤田和Ⅱ級保護級別，取值120。

礦井進行多煤層開采時，煤層安全開采深度取表3中多層煤層開采綜合作用厚度計算結果的最大值，為3439m。

表3　煤層綜合作用厚度及安全開采深度計算表

（2）移動角的確定。礦區為多煤層開采山區煤礦，可采及局部可采煤層上覆巖層總體為中硬巖。按覆巖性質區分地表移動一般參數的原則，初次單采情況取上山移動角γ=70°，走向移動角δ=70°，下山移動角β=δ－0.6α（α為煤層傾角）。

對于區內地形坡度大于15°的山區地貌區域，上坡方向移動角減小5°～10°，下坡方向移動角減小2°～3°。對于重復開采的移動角，移動角減小5°～10°。

綜合以上因素，預測評估移動角綜合減少10°，即取上山移動角γ=60°、走向移動角δ=60°、下山移動角β=δ－0.6α。平均α=10°，則下山方向移動角54°。

（3）疏排水降落漏斗影響半徑。根據煤礦《儲量核實報告》，預測未來地下水位下降最大值為316m。礦井長期抽排礦坑水，抽排水量較大，礦井開采后對龍潭組內含水層和茅口組含水層有一定的疏降影響，礦井疏排水必將造成地下水降落漏斗范圍內地下水均衡破壞，地下水位下降，導致地表井泉枯竭、人畜飲水困難、農田因缺水而變為旱地，耕地因失水而減產；滲入礦井的地下水淋濾，煤層中的含硫坑水隨礦井排放，造成地下水水位下降。閉礦前地下水位均衡破壞的范圍預測如下：

礦井排水導致周圍水位下降，自采區邊界向外的影響范圍可用庫薩金經驗公式估算：

式中：R——影響半徑，m；

S——抽水降深，m；根據儲量報告，取316m；

H——含水層厚度，m；含水層厚度龍潭組含水層平均厚度261m；

K——滲透系數，m/d。取0.003821m/d。

即影響半徑約為631m為礦山疏排水影響范圍。

2.4.2礦區地下開采活動引發地質災害的預測評估

評估區內煤層的上覆巖層厚度均小于煤層安全開采深度，即當礦井在該區域內開采多煤層而形成采空區后，上覆巖層的穩定性將受到影響，特別是地形較陡地段，引發礦區及其影響范圍內地面塌陷、地面沉降、地裂縫、崩塌、滑坡等新的地質災害的可能性大。

2.4.3井巷開拓與地下開采活動加劇現狀地質災害的預測評估

井田區進行井巷開拓與地下開采活動時，HP2、HP3、BT1等現狀地質災害均可能受到影響，加劇這些現狀地質災害復活或發展的可能性大。

2.4.4評估區內的集中村寨遭受地質災害危害的預測評估

評估區內杉樹林、樹林凹子、白墳、小補泥、灣子頭居民遭受煤礦開采可能引發加劇的地面巖土體滑坡、崩塌、地裂縫、地面沉降、地面塌陷等地質災害的可能性大，危害程度大。

2.4.5評估區內的公路遭受地質災害危害的預測評估

英大公路受礦井地下開采引發的滑坡、地裂縫、地面塌陷等地質災害的可能性大、危害程度大。評估區內的村寨、公路遭受地質災害危害的預測評估情況見表4。

2.5地質災害危險性綜合分區評估

2.5.1綜合分區原則及量化指標

根據評估區地質環境條件、地質災害危險性現狀評估和預測評估結果，結合工程特點，對礦井的礦區、工業場地及其引發的地質災害可能影響的區域進行地質災害危險性分區。

表4　評估區內的村寨、公路遭受地質災害危害預測評估表

（1）采用移動角確定開采影響范圍，即利用上山移動角γ=60°、走向移動角δ=60°、上覆中硬覆巖，下山移動角b=δ-0.6α確定開采影響范圍，把位于移動角以內、煤層上覆巖層厚度小于安全開采深度的開采范圍所影響的封閉的區域，確定為地質災害危險性大區。

（2）將地質災害危險性大區之外、疏排水影響范圍之內的區域確定為地質災害危險性中區。

2.5.2地質災害危險性分區及其特征

根據上述分區原則和分區方法，將礦區及其地下開采影響范圍劃分為1塊地質災害危險性大區、1塊地質災害危險性中區。

（1）地質災害危險性大區的特征：是礦區地下開采活動可能影響和危害的范圍，地下開采影響范圍內采深采厚比小、上覆巖土層厚度小于煤層開采安全深度，有杉樹林、樹林凹子、白墳、小補泥、灣子頭等集中村寨和分散居民住戶等災害體和受災體分布，礦山地下開采引發、加劇崩塌、滑坡、地裂縫、地面塌陷、泥石流危害等地質災害的可能性大和受災體遭受地質災害的危害程度大。

（2）地質災害危險性中區的特征：是礦區地下開采移動影響范圍之外與礦坑疏排水影響范圍之間的區域，礦山地下開采引發、加劇崩塌、滑坡、地裂縫、地面塌陷危害等地質災害的可能性小—中等和遭受礦井地下開采引發、加劇的地質災害的危害程度中等。

3　地質災害防治措施

（1）開采過程中應按采礦的有關規范、規程做好井上、下的支護及防護。加強頂板管理，以防冒頂，并盡量減小與上部含水層溝通的可能。

（2）在巷道通過溝谷、河流和接觸帶小窯采空區附近時，須加強管理，做好水文地質及防水煤柱留設工作。高陡斜坡地帶，應采用充填法或條帶法開采，以確保山體斜坡的穩定性；并在地表設置防護網、墻等，以保護下方村寨等。

（3）必須確保限采區限采，未設限采區的地質災害危險性大區內的零星居民住戶必須搬遷至采礦活動影響范圍之外的安全地帶；若需對限采區進行開采，必須將限采區內村寨搬遷至采礦活動影響范圍之外的安全地帶。并開展地表截排水工作，保護現有植被（必要時恢復植被），提高評估區地表疏導、排水的能力，減少滑坡、崩塌、泥石流等引發因素。

4　結論及建議

評估區總體地貌屬構造、剝蝕、侵蝕、溶蝕地貌，地貌類型較復雜；評估區內地質構造中等，現狀地質災害發育，水文地質條件中等，巖土體工程地質條件中等，破壞地質環境的人類工程活動較強烈，可能受到工程建設影響的村寨較多。

礦區的煤層上覆巖土層厚度均小于煤層安全開采深度，當地下開采形成采空區后，在礦井地下開采影響范圍內，引發礦區及其影響范圍內地面塌陷、地裂縫、崩塌、滑坡、泥石流等新的地質災害的可能性大。井田區進行井巷開拓與地下開采活動時，HP2、HP3、BT1等現狀地質災害均可能受到影響，加劇這些現狀地質災害復活或發展的可能性大。

建議在陡崖地段設置地表位移觀測點。且將限采區內受保護的零星居民集中，以減小限采范圍，充分開發利用資源。建議應有專人負責地質災害的觀測、預警，留心觀察、調查周邊地區的地質災害的預防、發生、治理情況，建立資料庫，為預防、治理地質災害積累經驗。

［1］貴州省礦產資源總體規劃（2008-2015）［E］.貴州省國土資源廳.

［2］孫慶先.煤礦建設工程地質災害危險性評估［J］.中國煤炭地質，2012，24（4）：47-51.

［3］中華人民共和國國土資源部.地質災害危險性評估技術要求（試行）（國土資源部關于加強地質災害危險性評估工作的通知（國土資發［2004］69號）附件1）［S］.

TD167

A

1004-5716（2016）09-0126-04

2015-09-09

2015-09-11

陳斐兒（1991-），女（漢族），湖北十堰人，貴州大學地質工程專業在讀碩士研究生，研究方向：地質災害防治。