山西省礦山地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生原因及防治對(duì)策

張曉志

（山西省第三地質(zhì)工程勘察院，山西 晉中 030620）

隨著能源開采逐步向深部延伸，礦山地質(zhì)災(zāi)害的防治水工作中扮演的角色愈發(fā)重要，準(zhǔn)確判斷井下底板是否穩(wěn)定是礦企安全開采所面臨的一個(gè)重要課題。井田構(gòu)造復(fù)雜程度為簡單，可采礦層為4、7、9號(hào)礦層，現(xiàn)開采太原組頂部的4號(hào)礦層，開采區(qū)經(jīng)常發(fā)生水文災(zāi)害，嚴(yán)重影響礦山的正常開采。為此，準(zhǔn)確快速的判斷地質(zhì)災(zāi)害的來源，事關(guān)下一步地質(zhì)災(zāi)害治理工作的推進(jìn)及礦山的安全生產(chǎn)。

1 礦山地質(zhì)概況

龍泉井田位于黃河流域汾河水系北部。嵐河是汾河的一級(jí)支流，在井田東部穿過。龍泉川河是嵐河的支流，為季節(jié)性河流，由西南向北東流過。龍泉井田行政區(qū)歸屬于婁煩縣龍泉鄉(xiāng)管轄，地理位置為：東經(jīng)111°45′04″—111°50′58″，北緯38°08′50″—38°11′53″，如圖1所示，此次研究礦山南北距離約6km，東西距離約8km,總面積約35平方千米。龍泉井田地層整體走向?yàn)楸蔽鳌⒈睎|方向略有傾斜，研究區(qū)內(nèi)共有61個(gè)鉆孔，周圍發(fā)現(xiàn)14個(gè)鉆孔，出露的向斜斷層及背斜分別為1條、6條，可以斷定該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造較為簡單。區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定可開采礦層分為三層，在太原組發(fā)育較明顯，年均能源產(chǎn)量約為500萬噸。

2 礦山地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生后探查工作情況

4301采區(qū)發(fā)生突水后，礦企針對(duì)該區(qū)域進(jìn)行了專項(xiàng)水文地質(zhì)探查工作，完成井下水文鉆孔12個(gè)，其中6個(gè)太灰孔（SW2、SW4、SW5、SW6、SW7、SW8）、4個(gè) 太 灰 奧 灰 混 合 孔（SW1、SW3、3號(hào)、7號(hào)）、2個(gè)奧灰孔（OW1、OW2）。

3 開采區(qū)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的原因分析

4301采區(qū)上部為龍泉川河的支溝，平時(shí)干涸，突水點(diǎn)礦層埋深在700m左右，松散層厚度約70m，采動(dòng)裂隙發(fā)育高度難以到達(dá)松散層，且工作面周邊無老小窯開采歷史，故4301采區(qū)地質(zhì)不穩(wěn)定礦層為頂板砂巖層、底板太原組、底板奧灰層，現(xiàn)分析如。

頂板山西組砂巖層抗侵蝕性弱～中等，井田內(nèi)已回采完畢的4201采區(qū)頂板抗侵蝕能力已經(jīng)達(dá)到極限，回采后逐漸衰減至很小。此外，4301采區(qū)附近無貫通地表的大型構(gòu)造，排除了出水點(diǎn)來自頂板水。

底板太灰水整體富水性弱，4301采區(qū)鉆孔初始出水一般在K3、L3灰?guī)r附近，正常塊段施工的太灰孔終孔富水性弱。另外已回采的4201工作面回采過程中底板破壞發(fā)育深度與K3砂巖深度幾乎相互貫通，但未發(fā)生底板異常。上述情況表明太原組K3砂巖富水性弱，且太原組灰?guī)r層厚較薄、巖溶裂隙發(fā)育規(guī)模小，難以抵抗突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害侵蝕。

本區(qū)接近下靜游泉的排泄區(qū)，屬于徑流發(fā)育、地質(zhì)活動(dòng)頻繁地段，區(qū)域上奧灰富水性較強(qiáng)。井田奧灰含水層富水性弱～強(qiáng)，水文狀態(tài)極不穩(wěn)定。4301采區(qū)正常地段涌水量約1～2m3/h，突水地段附近的3、7號(hào)鉆孔鉆探至奧灰頂部出水量較大，涌水量可達(dá)100m3/h，具備提供穩(wěn)定、持續(xù)大量涌水的條件。

綜上，通過對(duì)4301工作面底板含水層富水性、出水前后太灰、奧灰含水層流場變化、出水點(diǎn)水化學(xué)特征以及太灰、奧灰含水層水力聯(lián)系的分析，認(rèn)為4301工作面突水水源是以奧灰水為主、太灰水參與的混合水。

4 探查方法

4.1 物探探查

工作面回采前進(jìn)行了槽波礦震勘探和音頻電透視，結(jié)果顯示目前的停采位置存在數(shù)條小型斷層，斷層落差0～4m。

4.2 鉆探探查

4301工作出水點(diǎn)附近施工的3號(hào)孔鉆進(jìn)至170m附近時(shí)（太原組與本溪組界面處），卡鉆現(xiàn)象比較嚴(yán)重，礦體破碎，水量逐漸增大到100m3/h，同時(shí)從鉆孔噴出碎塊、碎片礦物來看，其礦物特性有泥巖、砂質(zhì)泥巖、鋁土泥巖、細(xì)砂巖等，說明170m孔深處礦層破碎，說明3號(hào)孔鉆至4301開采位置集中通道上。

綜上所述，物探解釋的構(gòu)造異常體準(zhǔn)確性高，為開采區(qū)易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性大，認(rèn)為4301采區(qū)為底板集中裂隙發(fā)育帶或隱伏構(gòu)造。

4.3 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

圖1 龍泉井田地質(zhì)概況圖

本次采用《煤礦防治水細(xì)則》中推薦的突水系數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，公式為：T=P/M。通過理論計(jì)算，分析評(píng)價(jià)采區(qū)承受太灰、奧灰?guī)Оl(fā)生水文異常的可能性大小，為確定災(zāi)害發(fā)生根源提供佐證。

評(píng)價(jià)選取礦山地質(zhì)勘測資料，即太灰區(qū)域水文標(biāo)高取+1180.25m，奧灰區(qū)水文標(biāo)高取+1130m。礦層底板標(biāo)高為+520～+625m，礦層開采承受太灰水和奧灰水雙重帶壓開采。

4301開采區(qū)最低點(diǎn)與太灰、奧灰含水層的隔水層厚度分別為15.07m、113.07m，經(jīng)計(jì)算，工作面太灰含水層帶壓開采的最大突水系數(shù)為0.439MPa/m，大于隔水層完整無斷裂構(gòu)造破壞地段臨界值0.1 MPa/m，發(fā)生突水的可能性很大；工作面奧灰含水層帶壓開采的最大突水系數(shù)為0.063MPa/m，略大于底板受構(gòu)造破壞地段臨界值0.06MPa/m，在正常塊段發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性小，但在構(gòu)造破壞地段災(zāi)害可能性大，這與4301采區(qū)正常地段涌水量無異常、構(gòu)造裂隙帶發(fā)生突水的實(shí)際較為一致。

5 礦山地質(zhì)災(zāi)害防治對(duì)策

龍泉礦經(jīng)常發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，斷裂構(gòu)造是誘發(fā)災(zāi)害發(fā)生的一個(gè)因素，因此礦山地質(zhì)災(zāi)害防治應(yīng)以底板奧灰地質(zhì)層水文災(zāi)害防治為中心，以底板隔滲流疏導(dǎo)探查為重點(diǎn)。

對(duì)奧灰層災(zāi)害防治采用留設(shè)防侵蝕礦柱與底板注漿加固改造方案相結(jié)合的方式，對(duì)頂板在發(fā)生水文災(zāi)害同時(shí)采用局部預(yù)疏放，結(jié)合自然疏放的防治思路。為了能夠妥善完成地質(zhì)災(zāi)害防治工作，在礦山開采工作正式開始之前，應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)出來科學(xué)合理的安全開采數(shù)據(jù)。

除此之外在礦山開采工作進(jìn)行的過程當(dāng)中，也應(yīng)當(dāng)使用掃描和監(jiān)控等措施來控制采礦深度，使礦山邊坡的穩(wěn)定性可以得到保證，為了規(guī)避礦山開采環(huán)節(jié)當(dāng)中巖石變形以及裂縫等問題引發(fā)的滑坡問題，在開采工作正式開始之前，一定需要完成的是專業(yè)地質(zhì)工程測量工作，在采礦之前應(yīng)當(dāng)妥善完成預(yù)期性準(zhǔn)備工作，確定下來科學(xué)合理的斜坡以及渣土傾倒數(shù)量，并開展一定防護(hù)措施，為后續(xù)渣墻保護(hù)墻構(gòu)建工作的順利開展做出保證，假如在采礦工作進(jìn)行的過程當(dāng)中，發(fā)生的各種災(zāi)害都可以得到有效地控制，由地質(zhì)災(zāi)害引發(fā)的重大損失就可以規(guī)避，與此同時(shí)在采礦工作進(jìn)行的過程當(dāng)中，各個(gè)工作人員的操作應(yīng)當(dāng)向著標(biāo)準(zhǔn)化的方向轉(zhuǎn)變，以免引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害問題。

6 結(jié)論

通過對(duì)4301開采點(diǎn)水文地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)等相關(guān)分析，判斷4301開采點(diǎn)底板不穩(wěn)定地帶是以奧灰層、太灰層表現(xiàn)較為明顯，底板的構(gòu)造裂隙帶是易發(fā)生災(zāi)害區(qū)域。

礦山地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生往往是多種因素共同作用產(chǎn)生的，這就需要對(duì)研究礦區(qū)要有詳實(shí)的勘測得到準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。在日常防災(zāi)工作中礦企需做好各項(xiàng)觀測記錄，及時(shí)總結(jié)井下水文情況，進(jìn)而更好的指導(dǎo)礦山生產(chǎn)。