平頂山天安煤業(yè)八礦地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估

李元元

摘 要：平頂山天安煤業(yè)八礦采礦已歷時(shí)50年，采礦對(duì)礦區(qū)及其周?chē)刭|(zhì)環(huán)境造成了極大的破壞，也威脅著礦區(qū)及其附近的居民的生命生產(chǎn)安全。文章旨在對(duì)天安煤業(yè)八礦地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行危險(xiǎn)性現(xiàn)狀評(píng)估，并為接下來(lái)的治理方案提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：平頂山；煤礦；地質(zhì)環(huán)境；危險(xiǎn)性評(píng)估

中圖分類(lèi)號(hào)：TD327 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）23-0048-02

Abstract： The mining of No. 8 Coal Mine of Tian'an Coal Mine in Pingdingshan has lasted for 50 years. The mining has caused great damage to the geological environment of the mining area and its surroundings， and also threatened the safety of life and production of the residents in the mining area and its vicinity. The purpose of this paper is to evaluate the present situation of geological hazard in No. 8 Coal Mine of Tian'an Coal Industry， and to provide basis for the following treatment scheme.

Keywords： Pingdingshan； coal mine； geological environment； risk assessment

引言

地質(zhì)環(huán)境危險(xiǎn)性評(píng)估是指對(duì)已經(jīng)發(fā)生的或者潛在的地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害進(jìn)行一個(gè)清楚地認(rèn)知，并對(duì)其發(fā)育情況進(jìn)行合理的預(yù)測(cè)[1]。此次的評(píng)估對(duì)象為平頂山天安煤業(yè)八礦（簡(jiǎn)稱(chēng)平煤八礦）。平煤八礦位于平頂山市衛(wèi)東區(qū)東部，礦區(qū)范圍內(nèi)包括3個(gè)行政村，另有24個(gè)村莊的土地位于礦區(qū)內(nèi)。經(jīng)過(guò)數(shù)十年開(kāi)采，已經(jīng)對(duì)礦區(qū)內(nèi)的人民群眾的生產(chǎn)生活產(chǎn)生了較大影響，故對(duì)平煤八礦的危險(xiǎn)性評(píng)估勢(shì)在必行。

1 礦區(qū)概況

地形地貌。八礦東部和南部為開(kāi)闊的沖積～洪積平原及崗地，沖積層的厚度約為300～400m，地面標(biāo)高為+75～+80m；北西部為丘陵及山地，有五節(jié)山、馬棚山、焦贊山等由紫紅色石千峰砂巖和灰白色平頂山砂巖組成的山地，總體呈NW-SE向延伸，其標(biāo)高為+200～+399.5m，相對(duì)高差為130～305m，山脊平緩，山坡北緩南陡，坡角最大達(dá)35～40°。礦區(qū)溝谷發(fā)育，地形復(fù)雜，自山麓向平原過(guò)渡，呈現(xiàn)西北高，東南低的地勢(shì)。井田內(nèi)雖地勢(shì)平坦，但排水條件較差，低洼處雨季容易積水，形成暫時(shí)性?xún)?nèi)滯洼地。

2 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估

評(píng)估范圍及評(píng)估級(jí)別：

（1）評(píng)估范圍

評(píng)估范圍的確定是評(píng)估工作的基礎(chǔ)，直接影響評(píng)估工作的質(zhì)量。此次評(píng)估工作根據(jù)八礦礦山相關(guān)資料和礦山地質(zhì)環(huán)境的調(diào)查結(jié)果，仔細(xì)考究礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題的影響，緊密結(jié)合采礦工程平面布置及礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題影響（地面塌陷、含水層破壞的疊加影響）的范圍，最終確定出適合的評(píng)估范圍。

（2）評(píng)估級(jí)別的確定

礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估是根據(jù)評(píng)估區(qū)的重要程度、礦山生產(chǎn)的建設(shè)規(guī)模和地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜程度來(lái)決定的[2]。平煤八礦及其周邊共有6個(gè)人口數(shù)量超過(guò)500的居民區(qū)，鋪設(shè)有礦區(qū)運(yùn)輸鐵路、孟寶鐵路、許平南高速等重要交通工程，因由采礦活動(dòng)破壞了耕地14.76km2、林地1.5畝。故將此次評(píng)估區(qū)的重要程度確定為重要。平煤八礦設(shè)計(jì)的礦山生產(chǎn)能力為300×104t/a，實(shí)際生產(chǎn)能力360×104t/a。現(xiàn)狀條件下，地質(zhì)災(zāi)害主要表現(xiàn)為地面塌陷、地裂縫；平煤八礦地貌以丘陵、崗地及平原為主，地勢(shì)由西北至東南逐漸降低，前者部丘陵溝谷縱橫，地形較復(fù)雜，后者為沖積平原，地勢(shì)平坦。故平煤八礦地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性級(jí)別評(píng)估為一級(jí)[3-4]。

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

平煤八礦主要地質(zhì)災(zāi)害為地面塌陷及其伴生地裂縫。平煤八礦經(jīng)過(guò)50多年的開(kāi)采，造成了11.81km2的采空區(qū)，14.76km2的地面塌陷，達(dá)礦區(qū)面積的三分之一。采區(qū)內(nèi)地面塌陷發(fā)育，多達(dá)10處，伴生地裂縫10條。八礦工業(yè)場(chǎng)地包括礦工業(yè)廣場(chǎng)、東風(fēng)井場(chǎng)地、西一風(fēng)井場(chǎng)地、西二風(fēng)井場(chǎng)地、新西二風(fēng)井場(chǎng)地，各場(chǎng)地均預(yù)留保護(hù)煤柱，現(xiàn)狀條件下，礦區(qū)地面塌陷及地裂縫未對(duì)工業(yè)場(chǎng)地造成破壞，在工業(yè)廣場(chǎng)區(qū)對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度較輕。八礦的煤矸石堆放場(chǎng)地共2處，矸石場(chǎng)長(zhǎng)100～240m，寬50～150m，矸石山偶見(jiàn)小煤矸石塊體滑落，未曾出現(xiàn)崩塌或滑坡地質(zhì)災(zāi)害。另外，矸石堆放場(chǎng)地在八礦井田保護(hù)煤柱約束范圍之內(nèi)，地面塌陷及地裂縫不會(huì)影響到場(chǎng)地安全。因此，采礦活動(dòng)形成地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)矸石堆放場(chǎng)地礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度較輕[5-7]。

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

在現(xiàn)狀評(píng)估的基礎(chǔ)上，根據(jù)八礦開(kāi)發(fā)利用方案、開(kāi)采規(guī)劃及采礦地質(zhì)環(huán)境條件特征，預(yù)測(cè)評(píng)估采礦活動(dòng)可能引發(fā)或加劇、遭受地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)估。而平煤八礦開(kāi)采時(shí)間長(zhǎng)，采空區(qū)面積比較大，有長(zhǎng)系列的地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)資料，且剩余未開(kāi)采區(qū)域與已開(kāi)采區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件和開(kāi)采技術(shù)條件相近、延續(xù)原有采煤方法等。因此，首先采用定量方法進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)估，而后與已開(kāi)采區(qū)進(jìn)行工程類(lèi)比以驗(yàn)證定量方法的正確性與合理性。

4.1 地表變形預(yù)測(cè)方法

為定量評(píng)估八礦已16.17、已15、戊9、丁6煤層充分采動(dòng)后的地表變形特征，根據(jù)煤層賦存條件、采煤方法及工藝、參照國(guó)家煤炭工業(yè)局制定的《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)程》（2000）中的經(jīng)驗(yàn)公式，采用概率積分法中的最大值預(yù)測(cè)方法對(duì)煤層開(kāi)采后的地表變形量預(yù)測(cè)[8]，據(jù)此預(yù)測(cè)采區(qū)及全區(qū)開(kāi)采結(jié)束后地面塌陷。

4.2 地表變形預(yù)測(cè)結(jié)果

4.2.1 地表變形預(yù)測(cè)

八礦共開(kāi)采14采區(qū)、12采區(qū)、21采區(qū)、13采區(qū)及13新采區(qū)等5個(gè)采區(qū)，主采已16.17、已15、戊9、丁6煤層，根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制的地面塌陷下沉等值線圖，新增地面塌陷面積4.25km2，塌陷中心最大下沉值6590mm，最大傾斜值53.65mm，最大曲率1.369×10-3mm，最大水平移動(dòng)值2108mm，最大水平變形值26.09mm/m，變形最大塌陷區(qū)集中在14采區(qū)，地表沉陷和變形量均較大。

4.2.2 全井田地表變形預(yù)測(cè)評(píng)估

全井田開(kāi)采終了后，八礦地面塌陷面積最終將達(dá)到40.45km2，地面塌陷區(qū)中心最大下沉值5998mm，最大傾斜值17.67mm，最大曲率0.096×10-3mm，最大水平移動(dòng)值2099mm，最大水平變形值9.40mm/m，地表沉陷和變形量均較大。

4.3 地表變形引發(fā)或加劇地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)評(píng)估

4.3.1 地表變形引發(fā)或加劇地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)評(píng)估

根據(jù)前述計(jì)算，上述5個(gè)采區(qū)地面塌陷最大下沉值6590mm，地表下沉將產(chǎn)生新的地面塌陷，新增塌陷面積4.25km2；地表下沉將造成淺層地下水位相對(duì)上升，礦區(qū)淺層地下水埋深4m左右，據(jù)此推算，結(jié)束后，14采區(qū)將出現(xiàn)長(zhǎng)年積水區(qū)面積0.31km2；另外，開(kāi)采后地表水平變形最大值將達(dá)到26.09mm/m，地表將產(chǎn)生地裂縫災(zāi)害。因此，預(yù)測(cè)礦山開(kāi)采引發(fā)地面塌陷和地裂縫危險(xiǎn)性為大。由地面塌陷等值線圖與現(xiàn)狀塌陷范圍疊合，可以確定14采區(qū)、12采區(qū)、21采區(qū)、13采區(qū)均存在重復(fù)開(kāi)采。因此，采礦活動(dòng)加劇上述采區(qū)地面塌陷危險(xiǎn)性為大。采礦活動(dòng)將造成大范圍地面塌陷并伴生地裂縫，并對(duì)地面塌陷區(qū)居民、房屋、耕地、河道及道路產(chǎn)生破壞性影響，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性大。

4.3.2 開(kāi)采終了地表變形引發(fā)或加劇地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)評(píng)估

根據(jù)前述計(jì)算，全礦區(qū)開(kāi)采終了地面塌陷面積將達(dá)到40.45km2，地面塌陷中心地帶最大下沉值5998mm，以淺層地下水埋深4m計(jì)算，地面塌陷區(qū)將出現(xiàn)長(zhǎng)年積水區(qū)面積5.15km2；另外，開(kāi)采后地表水平變形最大值將達(dá)到9.49mm/m，地表將產(chǎn)生地裂縫災(zāi)害。預(yù)測(cè)礦山開(kāi)采引發(fā)地面塌陷和地裂縫危險(xiǎn)性為大。對(duì)村鎮(zhèn)的危害：開(kāi)采終了，礦區(qū)新增受地面塌陷危害941戶、2267人、4045間房屋。至開(kāi)采終了，八礦采礦活動(dòng)將造成地面塌陷33.01km2并伴生地裂縫，并對(duì)地面塌陷區(qū)居民、房屋、耕地、河道及道路產(chǎn)生破壞性影響，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性大。

5 結(jié)束語(yǔ)

八礦位于平頂山市衛(wèi)東區(qū)，礦區(qū)面積41.4195km2，為生產(chǎn)礦山。井工開(kāi)采煤礦資源，設(shè)計(jì)年產(chǎn)量300×104t，實(shí)際生產(chǎn)能力360×104t/a，礦山規(guī)模為大型礦山。評(píng)估區(qū)為重要區(qū)，八礦礦山地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜程度為復(fù)雜，該礦礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估級(jí)別為一級(jí)。平煤八礦主要地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性現(xiàn)狀評(píng)估，主要地質(zhì)災(zāi)害為地面塌陷及其伴生地裂縫，14.76km2的地面塌陷，達(dá)礦區(qū)面積的三分之一。采區(qū)內(nèi)地面塌陷發(fā)育，多達(dá)10處，伴生地裂縫10條。八礦的煤矸石堆放場(chǎng)地共2處，矸石場(chǎng)長(zhǎng)100～240m，寬50～150m，矸石山偶見(jiàn)小煤矸石塊體滑落，未曾出現(xiàn)崩塌或滑坡地質(zhì)災(zāi)害。預(yù)測(cè)評(píng)估：預(yù)測(cè)和開(kāi)采終了礦山采礦活動(dòng)將產(chǎn)生地面塌陷和地裂縫。綜合評(píng)估認(rèn)為全評(píng)估區(qū)為地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性大區(qū)。結(jié)合評(píng)估方案分期分批次進(jìn)行礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與綜合治理；將礦山地質(zhì)環(huán)境治理目標(biāo)納入年度考核指標(biāo)，建立礦山地質(zhì)環(huán)境治理年度考核制度。

參考文獻(xiàn)：

[1]宗輝.德興銅礦富家塢礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估[D].中南大學(xué)，2005.

[2]劉福華.地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估的思路與基本方法[J].西部資源，2017（05）：98-99.

[3]賀為民.地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估分級(jí)因素的探討[J].災(zāi)害學(xué)，2013，

28（03）：111-116.

[4]鄭斌.關(guān)于礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估中幾個(gè)主要技術(shù)問(wèn)題的探討[J].世界有色金屬，2017（15）：198+200.

[5]羅清威，馮有利.平煤八礦地面塌陷與地裂縫發(fā)育特征及危險(xiǎn)性評(píng)估[J].煤炭技術(shù)，2017，36（02）：107-109.

[6]馮有利，羅清威.基于Rough set的采空區(qū)地面塌陷危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)[J].河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，35（6）：759-764.

[7]王有余.淺析銅礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估策略[J].中國(guó)金屬通報(bào)，2017（06）：125+124.

[8]佚名.《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)范》解讀[J].安全與健康，2017（09）：36-37.