貴州省典型煤礦與地質災害關系
——以普安縣馬刀地煤礦為例

陳 川,熊開穎,周茂林,張 燁

(貴州省地礦局 117地質大隊,貴州 貴陽 550018)

貴州省典型煤礦與地質災害關系
——以普安縣馬刀地煤礦為例

陳 川,熊開穎,周茂林,張 燁

(貴州省地礦局 117地質大隊,貴州 貴陽 550018)

通過對普安縣馬刀地煤礦環境地質實地調查,對普安縣樓下鎮馬刀地煤礦是否造成區域內地質災害進行分析,查明礦井開采過程中形成的地質災害及采區臨近地段村民房屋開裂與煤礦采煤活動的關系,避免人民生命財產遭受損失,為政府調解處理地質災害糾紛提供科學依據,也對今后類似礦山環境地質影響的評估工作有一定的指導意義。

煤礦;地質災害;貴州省

截至2007年底,貴州省保有煤炭資源儲量527.98億t,其中已開發利用80億t,正在開發建設的為342億t,二者占總量的71.9%,待開發的僅為28.1%,全省共有煤礦礦山1 975個[1]。礦山的生產活動,不僅對當地地質環境有較大影響,而且還會產生地質災害,特別是采空區地面塌陷及地表變形屢見不鮮,危害極大[2]。

普安縣樓下鎮馬刀地煤礦位于貴州省西南部,普安縣城南面,屬樓下鎮管轄,地理坐標為:東經104°56′12″～104°57′07″,北緯25°23′22″～25°24′25″,礦區面形狀為不規則多邊形,面積為2.1478 km2,目前礦內各煤層采空區及老窯采空區面積為169 800 m2。在井下開采過程中,采空區面積過大時,上覆巖層失去支撐,可能產生彎曲、塌落,以致發展到使地面塌陷,可能誘發崩塌、滑坡、泥石流等地質災害[3]。

1 地質災害現狀

據現場實地環境地質調查,煤礦區處于烏蒙山南緣斜坡過渡地帶,以中等切割的低中山為主,井田范圍總體地勢為北高南低,區域龍潭組、飛仙關組地層砂巖覆蓋范圍廣,經多次風化剝蝕,在逆向坡地帶易形成陡崖、陡坡。礦區內最高海拔1 893.8 m,最低海拔1 380 m,相對高差513.6 m。

1.1 采空區塌陷

TX1、TX2地面塌陷:當地晨植養殖場北側耕地上于2013年6月出現塌陷坑(TX01、TX02),并沿60°走向呈串珠狀分布,塌陷呈橢圓形,長軸約10～18 m,寬約6～8 m,可視深度約3 m,為采空區冒頂型地面塌陷。

TX3地面塌陷:據現場調查,地表風化較強烈,坑口呈長條形,長約190 m,寬約10～15 m,整體塌陷6～8 m,其規模較大,于2008年5月出現。地表塌坑或沉陷區的展布受地下采空區控制,與采空地裂走向基本一致,具有明顯的方向性。

1.2 滑坡

HP1梁家灣頂峰山體滑坡:該滑坡位于梁家灣頂峰,風化層厚度3～4 m,在山體右側先形成裂縫LF01,長40 m,寬15～25 cm,走向近南北,斜坡體由紫紅色薄—中厚層粉砂巖、泥質粉砂巖組成,碎石含量10%,碎塊石塊度10～50 cm。巖土體風化強烈,巖石破碎,力學性質差,滑體主要為第四系殘坡積層,斜坡結構類型為斜向坡。坡向160°,坡度50°,滑體長150 m,寬50 m,平均厚8～10 m,體積達7.5×104m3。為一小型淺層巖土體斜向滑坡。

1.3 崩塌

BT1梁家灣頂峰山體1號崩塌:該崩塌危巖體位于斜坡頂部,地層為三疊系下統飛仙關組三段(T1f3),巖性為砂巖、粉砂巖,屬較硬質巖類,原處于臨空面的巖石脫離母體,形成危崖,坡腳形成大約200萬m3的崩塌堆積體,頂部受降雨風化作用常有滾石下落,崩塌體寬約140 m,高約80 m,厚約5～8 m,坡向160°,斜坡基巖裸露,受構造影響控制,坡體節理裂隙發育,后緣發育裂縫LF02,長200 m,寬20～30 cm,走向近東西,無充填。

圖1 馬刀地煤礦地質災害現狀圖Fig.1 Status map of Madaodi coal mine geological hazards1.采空區;2.三疊系下統飛仙關組;3.二疊系上統龍潭組;4.馬刀地煤礦礦界范圍;5.煤層露頭及編號;6.塌陷及編號;7.滑坡及編號;8.崩塌及編號;9.地裂縫及編號;10.泥石流及編號。

BT2梁家灣頂峰山體2號崩塌:地層為三疊系下統飛仙關組三段(T1f3),巖性為砂巖、粉砂巖,屬較硬質巖類,原處于臨空面的巖石脫離母體,形成危崖,崩塌體寬約100 m,高約80 m,厚約6～8 m,坡向160°,產狀為30°∠18°,卸荷裂隙發育,整體完整性差,塊度0.3 m×0.5 m×1.5 m。頂部受降雨風化作用常有滾石下落。后緣發育裂縫LF03,長130 m,寬15～40 cm,走向近東西,并有下錯現象。

1.4 泥石流

NSL1關地組泥石流:泥石流分布于馬刀地煤礦東部,為暴雨型水石流,面積1.8萬m2,總體積3萬m3,目前處于發展期,屬小型泥石流。該泥石流補給面積1.5 km2,具有典型的“下軟上硬”斜坡結構,下部為巖性軟弱的二疊系的煤系地層,上部堅硬的二疊系和三疊系灰巖往往為陡峻斜坡乃至形成高陡的絕壁。上游沖溝呈樹枝狀,斷面呈“V”型,溝底基巖大部分裸露,巖石風化嚴重,節理裂隙發育,巖體破碎,完整性差,特別是梁家灣滑坡、崩塌地質災害帶來大量砂、碎塊石堆積于沖溝,松散碎塊石堆積體約100萬m3,溝坡坡度在20°～60°之間,為泥石流的形成創造了有利條件。該泥石流溝流域呈北東向展布,呈漏斗狀,總體落差400 m,河床平均坡降33.2‰,集水面積0.8 km2,在暴雨或地震等因素的誘發下,該溝將爆發泥石流。

2 煤礦開采與地質災害關系

從空間上分析[4],塌陷坑(TX1、TX2)直接位于馬刀地礦區范圍內2003年前的C17煤層采空區正上方,因煤礦開采形成大面積采空區后,由于上覆巖體厚度遠小于煤礦安全采深,煤層頂板脫落,必將導致上覆巖體發生變形位移,從而導致地面出現塌陷坑等地質災害[5]。

TX3位于礦井疏排地下水降落漏斗及采空覆巖移動影響范圍內,在地表水、地下水共同作用下,形成水體下滲通道,隨著采空區上覆巖土力學結構的改變及地表水集中下滲排泄,使頂板結構軟化,促使冒頂產生上覆巖、土體陷落,從而導致塌陷[6]。

地裂縫位于礦井采空覆巖移動及疏排地下水降落漏斗影響內。由于采空區使上覆地層的巖體產生位移之后,引起地面沉降變形,加之疏排地下水降落漏斗的影響,導致地裂縫LF1、LF2、LF3的形成。

HP1位于采空區移動影響范圍內,采空區使上覆地層的巖體產生位移,地表發生裂縫(LF1),采空區范圍內的地形高差大,井下煤礦層開采后,其斜坡地表造成一定的變形與移動,隨著大量地表水沿沖溝匯集并沿已成的裂縫灌入土體,致使松散土層下伏基巖接觸面液化貫通成滑動面,飽水的堆積層在自重作用下形成滑坡。

BT1位于采空區移動影響范圍內,煤礦在進行地下采煤活動,導致頂板失去支撐,圍巖產生變形,巖體在變形過程中,由于巖體本身發育節理裂隙及降雨和自重作用下使自身產生冒落、彎曲、張裂,從而導致地表產生裂縫(LF2)并伴有地面不均勻沉降,同時因山體開裂形成潛在崩塌。

BT2位于采空區移動影響范圍內[7],采空區使上覆地層飛仙關組三段(T1f3)的巖體產生位移,地表發生裂縫(LF3),巖層節理裂隙發育,斜坡卸荷裂隙發展快,巖體被卸荷裂隙拉裂,破壞了巖體的完整性。采煤產生的采空區使地表移動變形,使垂直發育的節理裂隙及卸荷裂隙貫通至崩塌底板邊界。卸荷裂隙使巨大的巖體與穩定巖體分開,并不斷傾斜,在強烈采礦活動作用下,引發和加劇了崩塌地質災害。

NSL1其溝口至梁家灣頂峰相對高差達350～450 m,在泥石流溝匯水范圍內,其后緣形成(BT1、BT2、HP1)大量滑坡崩塌堆積體,具有較大的勢位能,其巖性主要由粘土巖、頁巖、砂巖、粉砂巖、煤層等組成,這些巖石結構松散,抗風化能力弱,弱風化,透水性差,親水性強,遇水極易軟化,抗剪強度驟然降低,這為區內泥石流的形成提供了豐富的物質基礎和條件,且這些地質體結構松散,并多處于較陡的地形部位,在暴雨作用下極易形成泥石流[8]。

3 防治建議

目前煤礦開采已形成大面積采空區,嚴重破壞了區內地質環境條件,因煤礦開采是動態過程,且引發地質災害時間具有一定的滯后性,在今后的開采過程中,隨著開采程度的增強,采空區進一步擴大,向礦區南部方向開采時,將可能造成或加劇村民房屋變形開裂。為最大程度避免災害隱患的產生,提出了如下防治措施:

(1) 掘進生產過程中,對軟弱巖組及破碎地帶應采取有效的支護措施;

(2) 采煤過程中應充分保留安全煤柱;

(3) 應盡可能利用矸石對采空區及廢棄巷道進行回填,減小地面變形、塌陷的可能性;

(4) 對采區進行有效監測,隨時掌握地面可能出現的變形情況,以便采取防范措施。

4 結語

普安縣樓下鎮馬刀地煤礦區地質災害發育情況較為復雜,可能形成和誘發的地質災害類型較多。對該煤礦是否造成區域內地質災害進行合理分析,對今后類似礦山環境地質影響的評估工作提供一定的參考和借鑒作用。

[1] 韓寶平,鄭世書,謝克俊,等.煤礦開采誘發的水文地質效應研究[J].中國礦業大學學報,1994,23(3):70-77.

[2] 李明.良相井煤礦主要礦山地質災害危險性預測評估[J].西部探礦工程,2006(10):279-280.

[3] 王占岐,莊新國.六盤水市煤炭資源開發環境影響初探[J].地質科技情報,2000,19(2):75-77.

[4] 朱學愚,錢孝星.地下水水文學[M].北京:中國環境科學出版社,2005.

[5] Jeffrey D.Stoner.Hydrologic Effects of Subsurface Mining[J].Groundwater Monitoring & Remediation,1983,3(1):128-137.

[6] 張偉,李鐸,法蕾.礦山排水引發的環境問題及其調控[J].石家莊經濟學院學報,2002,25(2):160-164.

[7] Colin J.Booth.Strata-movement Concepts and the Hydrogeological Impact of Underground Coal Mining[J].Groundwater,1986,24(4):507-515.

[8] Jeffrey D.Stoner,et al.Water Resource and the Effects of Coal Mining,Green County,Pennsylvania[J].Water Resources Report,1987,63:60-72.

(責任編輯：陳姣霞 于繼紅)

Relationship between Typical Coal Mines and Geological Hazards——TakingMadaodi Coal Mine in Pu’an County,Guizhou Province as An Example

CHEN Chuan,XIONG Kaiying,ZHOU Maolin,ZHANG Ye

(BureauofGeologyMineralandDevelopmentGuizhouProvince117Group,Guiyang,Guizhou550018)

In this paper,through the environmental geological field investigation of Madaodi coal mine in Pu’an County,this paper analyzes the causes of the geological hazards in the region of Louxia Town,Pu'an County,and finds out the geological hazards formed during the mining process and the relationship between the villagers housing cracking and coal mining activities in the adjacent area,to avoid the loss of people's lives and property,to provide scientific basis for government mediation to deal with geological hazard disputes,but also has some guiding significance to the similar mine environmental geological impact assessment work on the future.

coal mine; geological hazard; Guizhou Province

P694

A

1671-1211(2017)05-0571-03

2017-02-08;改回日期2017-03-16

陳川(1984-),男,高級工程師,碩士,水工環地質專業,從事礦產地質、水文地質、地質災害等工作。E-mail:276106523@qq.com

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.P.20170824.1748.024.html數字出版日期2017-08-24 17:48

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.05.013