平頂山天安煤業八礦地質災害危險性評估

李元元

摘 要：平頂山天安煤業八礦采礦已歷時50年，采礦對礦區及其周圍地質環境造成了極大的破壞，也威脅著礦區及其附近的居民的生命生產安全。文章旨在對天安煤業八礦地質災害進行危險性現狀評估，并為接下來的治理方案提供依據。

關鍵詞：平頂山；煤礦；地質環境；危險性評估

中圖分類號：TD327 文獻標識碼：A 文章編號：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

地質環境危險性評估是指對已經發生的或者潛在的地質環境災害進行一個清楚地認知，并對其發育情況進行合理的預測[1]。此次的評估對象為平頂山天安煤業八礦（簡稱平煤八礦）。平煤八礦位于平頂山市衛東區東部，礦區范圍內包括3個行政村，另有24個村莊的土地位于礦區內。經過數十年開采，已經對礦區內的人民群眾的生產生活產生了較大影響，故對平煤八礦的危險性評估勢在必行。

1 礦區概況

地形地貌。八礦東部和南部為開闊的沖積～洪積平原及崗地，沖積層的厚度約為300～400m，地面標高為+75～+80m；北西部為丘陵及山地，有五節山、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，其標高為+200～+399.5m，相對高差為130～305m，山脊平緩，山坡北緩南陡，坡角最大達35～40°。礦區溝谷發育，地形復雜，自山麓向平原過渡，呈現西北高，東南低的地勢。井田內雖地勢平坦，但排水條件較差，低洼處雨季容易積水，形成暫時性內滯洼地。

2 地質災害危險性評估

評估范圍及評估級別：

（1）評估范圍

評估范圍的確定是評估工作的基礎，直接影響評估工作的質量。此次評估工作根據八礦礦山相關資料和礦山地質環境的調查結果，仔細考究礦山地質環境問題的影響，緊密結合采礦工程平面布置及礦山地質環境問題影響（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估范圍。

（2）評估級別的確定

礦山地質災害危險性評估是根據評估區的重要程度、礦山生產的建設規模和地質環境條件復雜程度來決定的[2]。平煤八礦及其周邊共有6個人口數量超過500的居民區，鋪設有礦區運輸鐵路、孟寶鐵路、許平南高速等重要交通工程，因由采礦活動破壞了耕地14.76km2、林地1.5畝。故將此次評估區的重要程度確定為重要。平煤八礦設計的礦山生產能力為300×104t/a，實際生產能力360×104t/a。現狀條件下，地質災害主要表現為地面塌陷、地裂縫；平煤八礦地貌以丘陵、崗地及平原為主，地勢由西北至東南逐漸降低，前者部丘陵溝谷縱橫，地形較復雜，后者為沖積平原，地勢平坦。故平煤八礦地質災害危險性級別評估為一級[3-4]。

3 地質災害危險性現狀評估

平煤八礦主要地質災害為地面塌陷及其伴生地裂縫。平煤八礦經過50多年的開采，造成了11.81km2的采空區，14.76km2的地面塌陷，達礦區面積的三分之一。采區內地面塌陷發育，多達10處，伴生地裂縫10條。八礦工業場地包括礦工業廣場、東風井場地、西一風井場地、西二風井場地、新西二風井場地，各場地均預留保護煤柱，現狀條件下，礦區地面塌陷及地裂縫未對工業場地造成破壞，在工業廣場區對礦山地質環境影響程度較輕。八礦的煤矸石堆放場地共2處，矸石場長100～240m，寬50～150m，矸石山偶見小煤矸石塊體滑落，未曾出現崩塌或滑坡地質災害。另外，矸石堆放場地在八礦井田保護煤柱約束范圍之內，地面塌陷及地裂縫不會影響到場地安全。因此，采礦活動形成地質災害，對矸石堆放場地礦山地質環境影響程度較輕[5-7]。

4 礦山地質災害危險性預測評估

在現狀評估的基礎上，根據八礦開發利用方案、開采規劃及采礦地質環境條件特征，預測評估采礦活動可能引發或加劇、遭受地質災害進行預測評估。而平煤八礦開采時間長，采空區面積比較大，有長系列的地質環境監測資料，且剩余未開采區域與已開采區地質環境條件和開采技術條件相近、延續原有采煤方法等。因此，首先采用定量方法進行預測評估，而后與已開采區進行工程類比以驗證定量方法的正確性與合理性。

4.1 地表變形預測方法

為定量評估八礦已16.17、已15、戊9、丁6煤層充分采動后的地表變形特征，根據煤層賦存條件、采煤方法及工藝、參照國家煤炭工業局制定的《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》（2000）中的經驗公式，采用概率積分法中的最大值預測方法對煤層開采后的地表變形量預測[8]，據此預測采區及全區開采結束后地面塌陷。

4.2 地表變形預測結果

4.2.1 地表變形預測

八礦共開采14采區、12采區、21采區、13采區及13新采區等5個采區，主采已16.17、已15、戊9、丁6煤層，根據計算結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，最大水平移動值2108mm，最大水平變形值26.09mm/m，變形最大塌陷區集中在14采區，地表沉陷和變形量均較大。

4.2.2 全井田地表變形預測評估

全井田開采終了后，八礦地面塌陷面積最終將達到40.45km2，地面塌陷區中心最大下沉值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 地表變形引發或加劇地質災害危險性預測評估

4.3.1 地表變形引發或加劇地質災害危險性預測評估

根據前述計算，上述5個采區地面塌陷最大下沉值6590mm，地表下沉將產生新的地面塌陷，新增塌陷面積4.25km2；地表下沉將造成淺層地下水位相對上升，礦區淺層地下水埋深4m左右，據此推算，結束后，14采區將出現長年積水區面積0.31km2；另外，開采后地表水平變形最大值將達到26.09mm/m，地表將產生地裂縫災害。因此，預測礦山開采引發地面塌陷和地裂縫危險性為大。由地面塌陷等值線圖與現狀塌陷范圍疊合，可以確定14采區、12采區、21采區、13采區均存在重復開采。因此，采礦活動加劇上述采區地面塌陷危險性為大。采礦活動將造成大范圍地面塌陷并伴生地裂縫，并對地面塌陷區居民、房屋、耕地、河道及道路產生破壞性影響，地質災害危險性大。

4.3.2 開采終了地表變形引發或加劇地質災害危險性預測評估

根據前述計算，全礦區開采終了地面塌陷面積將達到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計算，地面塌陷區將出現長年積水區面積5.15km2；另外，開采后地表水平變形最大值將達到9.49mm/m，地表將產生地裂縫災害。預測礦山開采引發地面塌陷和地裂縫危險性為大。對村鎮的危害：開采終了，礦區新增受地面塌陷危害941戶、2267人、4045間房屋。至開采終了，八礦采礦活動將造成地面塌陷33.01km2并伴生地裂縫，并對地面塌陷區居民、房屋、耕地、河道及道路產生破壞性影響，地質災害危險性大。

5 結束語

八礦位于平頂山市衛東區，礦區面積41.4195km2，為生產礦山。井工開采煤礦資源，設計年產量300×104t，實際生產能力360×104t/a，礦山規模為大型礦山。評估區為重要區，八礦礦山地質環境條件復雜程度為復雜，該礦礦山地質災害危險性評估級別為一級。平煤八礦主要地質災害危險性現狀評估，主要地質災害為地面塌陷及其伴生地裂縫，14.76km2的地面塌陷，達礦區面積的三分之一。采區內地面塌陷發育，多達10處，伴生地裂縫10條。八礦的煤矸石堆放場地共2處，矸石場長100～240m，寬50～150m，矸石山偶見小煤矸石塊體滑落，未曾出現崩塌或滑坡地質災害。預測評估：預測和開采終了礦山采礦活動將產生地面塌陷和地裂縫。綜合評估認為全評估區為地質災害危險性大區。結合評估方案分期分批次進行礦山地質環境保護與綜合治理；將礦山地質環境治理目標納入年度考核指標，建立礦山地質環境治理年度考核制度。

參考文獻：

[1]宗輝.德興銅礦富家塢礦區地質災害評估[D].中南大學，2005.

[2]劉福華.地質災害危險性評估的思路與基本方法[J].西部資源，2017（05）：98-99.

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[4]鄭斌.關于礦山地質災害危險性評估中幾個主要技術問題的探討[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育特征及危險性評估[J].煤炭技術，2017，36（02）：107-109.

[6]馮有利，羅清威.基于Rough set的采空區地面塌陷危險性評價[J].河南理工大學學報（自然科學版），2016，35（6）：759-764.

[7]王有余.淺析銅礦山水工環地質災害危險性評估策略[J].中國金屬通報，2017（06）：125+124.

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