麻家梁井田礦山地質災害現狀調查與分析

王青林 劉永芳 池 鵬

麻家梁煤礦位于山西省朔州市南部約15 km處，為朔南礦區總體規劃中四個待開發大型煤礦中首個千萬噸礦井，井田面積104.28 km2，礦井生產規模10.0 Mt/a，井田采用立井兩水平開拓，目前開采一水平+665 m 4號煤層。為了減少煤炭開采活動造成的礦山地質環境破壞，提高礦產資源利用率，優化礦產資源的合理開發，促進礦產開發與社會、經濟、資源環境的協調發展，本次評估礦山開采對地下水、地形地貌景觀、土地等資源的影響和破壞程度，為企業采取合理的礦山地質災害保護與恢復治理提供參考依據，本次工作在資料收集及現場踏勘的基礎上，進行礦山地質環境現狀調查，對存在的礦山地質災害問題的發育程度、表現特征和成因進行分析，并提出礦山地質環境恢復治理建議。

1 地質災害現狀評估

麻家梁礦設計采用井下開采方式，本礦山主要引發的地質災害為地面塌陷及伴生地裂縫，其他地質災害不發育。

1.1 崩塌、滑坡

麻家梁井田范圍內地表為厚層新生界黃土層所覆蓋，地勢西南高，東北低，由于其地處山西高原平朔臺地南部的緩坡地帶，地形平坦開闊，無陡坡峭壁，通過現場實地調查，崩塌、滑坡地質災害不發育。

1.2 泥石流

礦區范圍內可能引發泥石流災害的主要為矸石山，矸石堆放過程中分層覆土、分層碾壓，矸石場地處沖溝，采用填溝造地方式進行施工，為了防治山體匯水形成泥石流，礦山在矸石場上游修筑截水溝，通過截水溝將雨水引入場地周邊排水溝向下游排泄；在場地上游溝口和下游溝口分別修建攔矸壩，下游攔矸壩與西溝底部修筑的排洪涵洞相連，設置排洪洞口。礦山針對矸石場泥石流隱患修建了一系列配套工程，因此不存在泥石流地質災害隱患。

1.3 采空區范圍及大小

麻家梁礦目前僅開采了一、二、五采區的4號煤，經過近幾年生產，共形成7個采空區（工作面），總面積2 926 196 m2，主要位于礦區中南部。

表1采空區面積及時間統計表

1.4 地面塌陷

（1）發育特征

礦區范圍內的地面塌陷是由采煤引起的地面（采空）塌陷，地表下沉、平移傾斜、曲率、拉伸和壓縮等變形。隨著地下工作面的開拓，會導致上覆巖體大面積整體性的移動、沉陷或裂縫等，使土地本身的可利用性及其附著物受到影響，災害種類單一，規模大，危害性大，為緩慢變形過程無明顯突發性。通過野外實際調查和收集資料，礦山現狀出現一塊塌陷區及多條伴生地裂縫，主要位于二采區，地面塌陷的面積為2.26 km2，塌陷區形狀整體不規則，沉陷面積小于開采面積，沉陷中心下陷值最大。

根據麻家梁煤礦開采現狀結合本次野外實際調查資料，總結麻家梁井田地面（采空）塌陷特點主要為①地面（采空）塌陷變形緩慢，無突發性；②分布面積大，無小型高陡塌陷坑；③礦區內采掘工作面均為長方形，塌陷盆地長軸方向均與坑道走向一致；④塌陷對房屋影響為一緩慢變形過程，使大量房屋產生變形裂縫，裂縫寬度5 mm～40 mm不等，但不會引起突然坍塌（年久失修房屋例外），不會造成人員傷亡；⑤對耕地的影響主要為地面變形出現地裂縫，導致地形坡度增大，使農田耕種、澆水困難造成糧食減產，但仍可耕種；⑥對道路影響主要為地基沉陷、變形，產生裂縫，影響交通通行，不會直接造成人員傷亡及車輛損失。

（2）地面（采空）塌陷危害情況

目前工作區的生產礦山頂板管理方法主要采用全部垮落法，這種方法使覆巖破壞最嚴重，冒落斷裂帶高度發展最充分。工作區煤層較為穩定，工作面布置較為集中，單個工作面形成的采空區比較少，往往是多個工作面緊密相連。采空區的地表移動盆地特征受采空區尺寸的影響，并決定了地表移動盆地的形狀和分布特征，由于工作區煤層埋深一般較大，單個工作面往往不能達到充分采動的條件，往往在地表形成碗型或槽型的地表移動盆地，當采空區的長度和寬度均小于臨界開采尺寸值時形成的地表移動盆地呈碗型，當采空區一個方向達到臨界而另一個方向未達到臨界開采尺寸的時候往往形成槽型移動盆地，當采空區的長度或寬度至少一個小于其埋深的1/4時其最大沉降值將遠遠小于理論沉降值，往往不會形成明顯的地表移動盆地，當采空區的長度或寬度均大于臨界開采尺寸時為超充分采空區，此時將在地表移動盆地的中間部分形成平底的部分，此時的地表移動盆地往往呈盤型，由于工作區煤層均為傾斜煤層，所以地表移動盆地的最大沉降值多向采空區傾斜方向的下方偏移。通過收集礦山地質資料及實地觀測分析，預測最終礦山地面塌陷的面積為117.81 km2，地面最大沉降值為6 225.2 mm。

該地質災害為緩慢變形災害，不會發生突然塌陷造成人員傷亡，對土地的破壞也是緩慢的過程，地表會有不同程度地形起伏，不會形成大面積塌陷坑，對耕地農作物會造成減產但不影響耕種。本區的塌陷主要是大量開采煤炭資源，地表形成地面（采空）塌陷區，目前塌陷區總面積近2.26 km2，塌陷區范圍之內主要影響的對象為耕地以及公路。

1.5 地裂縫

塌陷區的地裂縫主要為動態裂縫，它隨回采工作面的向推，在工作面前方引發出現動態拉伸區，裂縫的寬度和深度較大，延展形狀為弧形分布，大體與工作面平行且垂直于工作面前進方向，隨著回采推進通過本區域后，動態拉伸區向動態壓縮區轉變，動態裂縫再次重新閉合。

經現場調查，礦區內的地裂縫主要由開采4號煤層所致。地裂縫主要以NE或NNE向為主，平面表現形式為直線型、折線型或S型，裂縫深度及寬度一般為幾米至十幾米不等。由于礦區地處平原，且土地類型以耕地為主，地裂縫的產生將給當地的居民澆地帶來不便，水會沿裂縫下灌地裂縫對地形地貌及土地資源影響嚴重。

1.6 地面塌陷及伴生地裂縫的影響程度

區內形成的地面塌陷及伴生地裂縫導致耕地、公路等被毀壞或受到威脅，現狀地面塌陷和地裂縫已經造成了約2.26 km2旱地和約0.008 km2的公路受到影響。采礦引起的地面塌陷和地裂縫在一定程度上改變了地表徑流的方向和匯水條件，使部分地表水地裂縫滲入地下，無法對農田進行澆灌，給當地居民耕種造成不便，進而造成農作物減產，礦山開采造成的地面塌陷損壞了礦區內公路，對車輛通行造成不便。

1.7 地表移動的延續時間

根據《“三下”采煤規程》中的地表移動的延續時間公式計算地表穩沉時間：

式中：T—穩沉時間 （a）

H—礦體埋深 （m）

計算知：4#煤埋深為520 m～820 m，地表移動延續時間為3.56年～5.62年，由于地面塌陷的形成原因復雜，綜合確定地表移動的延續時間為6年。

2 結語與建議

2.1 結論

（1）在礦井生產過程中，不存在崩塌、滑坡、泥石泥地質災害隱患但需要對因采礦引起的地面塌陷、地裂縫等次生地質災害進行重點防治。

（2）根據地表移動的延續時間計算可知，地面移動的延續周期較長，后期采取恢復治理措施周期應與地面移動的延續周期相同甚至更長。

（3）預測評估認為隨著礦山在地下開采，采空區范圍的擴大造成的地面塌陷對原生的地形地貌景觀影響和破壞程度較大，對地形地貌影響程度為嚴重。

2.2 建議

（1）在礦山開采過程中要切實加強礦山地質環境保護，建立健全礦山地質災害環境監測機制和礦山地質災害預警機制，重點監測地面塌陷及次生災害。

（2）由于本礦山生產年限較長且礦山環境影響是動態的，在未來開采過程中影響礦山生產及地質環境的因素很多，建議依據礦山生產實際變化情況調整治理措施以達到最佳效果。