甘肅魏家地煤礦礦山地質災害特征及預測評估

孫睿

摘要：目前魏家地煤礦發育地質災害有崩塌4處、地面塌陷1處、泥石流溝1條。預測新建工業場地引發崩塌災害對礦山地質環境的影響程度屬較輕，面積21.2hm2；預測引發地面塌陷對礦山地質環境影響程度屬嚴重，面積約878hm2；預測加劇N1泥石流對礦山地質環境的影響程度屬較輕，面積約18hm2；預測地表變形加劇T1地面塌陷的影響程度嚴重、加劇B1-B4崩塌、N1泥石流災害的影響程度較輕；對公路、礦區專用鐵路的影響程度較嚴重。預測遭受4處崩塌災害對礦山地質環境的影響程度屬較輕，面積計約0.065hm2。本文針對礦山地質災害提出了相應的預防措施，研究結果為礦山地質環境保護與治理提供依據。

關鍵詞：魏家地煤礦；礦山地質災害；特征；預測評估

1.地質概況

甘肅魏家地煤礦位于白銀市平川區東南部，祁連山余脈向黃土高原的過渡地帶，區內總的地勢是東南高、西北低，由東南向西北傾斜。井田覆蓋層厚度大，煤層埋藏較深，采用立井開拓方式綜采放頂煤采煤方法，共有五條井筒（一對中央主副立井、一個回風立井和一對南回風斜井），主要開采西一采區1、2、3層煤，西二采區1、2層煤和東一采區1層煤。截至目前，西一采區1、2、3層煤所剩儲量不多，東一采區1層煤、西二采區1、2層煤正在回采，北一采區大巷正在掘進。目前魏家地煤礦共有采空區3處。

魏家地井田位于寶積山復式向斜的東部，向斜內部除黨家水一帶有較多的中侏羅統新河組出露于地表外，其余大部分被第四系所掩蓋。中侏羅統窯街組為區內主要含煤地層，上三迭統南營兒群則構成侏羅紀煤系地層的基底。區內發育的褶皺及斷裂。根據區內含水層埋藏及含水介質條件和相應隔水層的分布情況，本區地下水可分為松散巖類孔隙裂隙潛水、碎屑巖類孔隙裂隙水和斷裂帶脈狀水等三類。對礦井開采有影響的含水層主要為碎屑巖類孔隙裂隙水，而松散巖類孔隙裂隙潛水和斷裂帶脈狀水分布有限，對礦井開采影響小。礦區巖體類型簡單，依據沉積建造、巖體結構類型、工程特性及工程地質指標劃分，區內巖體工程地質類型主要有：堅硬薄層—中厚層狀結構巖組，較堅硬薄層—中厚層狀巖組。按土體的巖性、結構、工程特性及工程地質指標劃分為以下兩類：礫質土，黃土。

2.礦山地質災害特征

根據調查，調查區目前發育地質災害有崩塌4處、地面塌陷及伴生地裂縫1處、泥石流溝1條。

2.1崩塌分布及特征

評估區共發育有4處崩塌災害。

2.1.1 B1崩塌

B1崩塌位于G3黃土灌漿取土場，此處為侵蝕—堆積黃土丘陵地貌，坡高約8m，坡長10m，坡寬25m，坡體近于直立。出露地層為第四系上更新統馬蘭黃土（Q32eol），土體結構疏松，垂直節理發育，表部見有小規模落水洞。已崩體積約0.25×10⁴m3，屬小型崩塌。形成原因是人工取土造成邊坡失穩。由于仍在取土，故該崩塌的坡長和坡寬仍在不斷變化中。

2.1.2 B2崩塌

B2崩塌位于G1黃土灌漿取土場，此處為侵蝕—堆積黃土丘陵地貌，坡高約6m，坡長8m，坡寬15m，坡度70°。出露地層為第四系上更新統馬蘭黃土（Q32eol），土體結構疏松，垂直節理發育，已崩體積約0.05×10⁴m3，屬小型崩塌。形成原因是人工取土造成邊坡失穩。G1黃土灌漿取土場目前已廢棄，故該崩塌規模再未發生變化。

2.1.3 B3崩塌

B3崩塌位于主井至Z5排矸渣場道路旁，此處為侵蝕—堆積黃土丘陵地貌，發育崩塌的邊坡高約8m，坡長10m，坡寬21m，坡體近于直立。出露地層為第四系上更新統馬蘭黃土（Q32eol），土體結構疏松，垂直節理發育，已崩體積約0.15×10⁴m3，屬小型崩塌。形成原因是修路時人工開挖造成邊坡失穩。

2.1.4 B4崩塌

B4崩塌位于G2黃土灌漿取土場內，此處為侵蝕—堆積黃土丘陵地貌，發育崩塌的邊坡高約5m，坡長6m，坡寬11m，坡體近于直立，局部形成凹腔。出露地層為第四系上更新統馬蘭黃土（Q32eol），土體結構疏松，垂直節理發育，已崩體積約0.15×10⁴m3，屬小型崩塌。形成原因是人工開挖取土造成邊坡失穩。目前雖然該取土場已廢棄，但仍有村民在此取土，故該崩塌的坡長和坡寬仍在不斷變化中。

根據崩塌所處地質環境條件，現有變形破壞跡象，對比區域黃土斜坡發生失穩條件，結合規范所給定崩塌（危巖體）穩定性評判，進行崩塌穩定性評判。評估區內發育的4處崩塌災害穩定性均為差，發生的可能性均為大。

2.2泥石流（N1）

據調查，礦區東部尖山溝為泥石流溝谷，其黃土丘陵區匯水面積較大，發生時除對兩岸大、小路面和臨河床廢棄礦渣堆造成直接沖刷破壞及對兩岸居民、礦山工作人員在生產、生活上造成一定程度的影響。

尖山溝泥石流以其現代河床、河漫灘為流通區和堆積區，在河床、河漫灘較窄處流過，在較寬處泥石流攜帶物會釋放動能停留下來，因河谷谷底寬度不一，每次泥石流規模不一，所以兩者界限不明顯。以黃土丘陵區大小沖溝區為泥石流形成區。

泥石流重度大小是其含沙量多少的反映，其性質主要取決于含沙量，當然還與泥沙粒度和級配有關。礦區內因無實測資料，其泥石流重度根據縣市地質災害區劃資料類比，按體積比法和固體物質儲備量法確定，其中砂水體積比3∶7，固體物質貯量14.8×10⁴m3/km2，最終泥石流重度選用14.65kN/m3，為稀性泥流，與實際接近。

2.3地面塌陷

2.3.1 T1地面塌陷特征

T1地面塌陷區位于魏家地煤礦西一采區井巷密集帶正上方，經企業簡易監測判斷，地面塌陷最大深度2.5m，陷坑形狀梯形，長軸方向近南北向，變形區面積約357hm2，規模等級屬中型，發生時間為2008年前后，尚在進一步發展中，所處地貌為黃土丘陵和低中山區。地面塌陷伴生裂縫的單縫多呈直線、弧線型，拉張、下挫狀，縫寬0.02m～0.50m不等，深度達3m以上，近于貫通，長度可達200m～800m，傾向與階步指向相同，傾角近直立。群縫排列組合形式呈平行、環圍狀，裂縫間距不一，一般1m～5m多見，最大下錯距離達3.5m。經野外調查，地裂縫主要發育于塌陷區西南側，面積41.6hm2。

2.3.2 T1地面塌陷穩定性

T1地面塌陷微地貌為尚未充填改造，塌陷周圍開裂痕跡明顯，坑底有下沉開裂跡象；堆積物性狀疏松；地形條件利于地表水匯集入滲；由于T1地面塌陷以下仍在開采，故按照當地礦山塌陷區在三四年以后趨于穩定的經驗，目前該塌陷區仍呈間歇緩慢活動。所以，T1地面塌陷可定性評價為穩定性差，發生的可能性大。

3.地質災害預測評估

魏家地煤礦在方案適用期主要是對現正開采的東一、西一、西二和北一采區擴大開采規模，另外在已有工業場地南側新建工業場地。故采礦活動新建工業場地會引發崩塌災害，并引發地面塌陷及其伴生的地裂縫、加劇泥石流災害和遭受崩塌災害。

3.1新建工業場地建設引發崩塌災害的預測

在方案適用期內，需在已有工業場地南側新建工業場地，新建工業場地時在場地四周開挖將形成高度3m～5m不等的邊坡，對施工人員和施工設備造成威脅，預測邊坡失穩形成崩塌災害后可能造成的直接損失50萬元，受威脅人數2人～3人，故預測新建工業場地建設引發崩塌災害對礦山地質環境的影響程度屬較輕，面積21.2hm2。由于新建工業場地引發的崩塌災害對礦山地質環境的影響程度較輕，且其治理難度小。故在對新建工業場地建設引發崩塌災害進行治理后，為基本適宜的建設用地。

3.2開采引發地面塌陷災害的預測

根據魏家地煤礦煤層分布、埋深、開采厚度，采用煤層上覆蓋巖土與開采厚度的比值（有效深厚比）分析地表變形情況。根據《煤礦環境地質災害與防治》可用深厚比來概括評價塌陷程度。當深厚比小于20時，有可能產生極嚴重的塌陷破壞，地表將出現規模大，范圍廣的裂縫或塌陷等地表變形；深厚比在20～200時，地表產生不同程度的變形；深厚比大于200時，地表變形一般很輕，有可能出現微小裂縫。根據煤礦目前采用的通用標準，在煤層采厚比<35時所造成的地表建筑損毀程度嚴重，采厚比35～ 60時中度，采厚比60～200時為輕度，采厚比>200時為極輕微度。

在方案適用期內所開采的煤層深厚比介于23.04～28.54之間，說明隨著采掘工作面的推進，地面塌陷將持續發生，對地表建筑損毀程度為嚴重。

3.3地表變形加劇地質災害危險性預測

評估區現狀發育有崩塌4處，泥石流溝1條，地面塌陷1處，地表變形將加劇原有各地質災害點，其影響程度主要由災害點所處變形區級別和危害程度確定，預測結果如表1。

3.4地表變形對公路、礦區鐵路破壞預測評估

3.4.1對公路的影響程度預測評估

根據地面塌陷預測結果，在方案適用期內地表變形將影響到長度4.9km的省道308線，其中位于永久裂縫區的長度0.9km，位于動態拉伸裂縫區的長度4.0km。由于動態拉伸裂縫區的分布具有很大隨機性，本次主要對永久裂縫區造成損失進行評估。預測省道308線穿越地表變形永久裂縫區長度0.9km，可能造成直接經濟損失在100萬元～150萬元之間。故在方案適用期內，預測地表變形對公路的影響程度屬較嚴重。

3.4.2對礦區鐵路影響程度預測評估

根據地面塌陷預測結果，在方案適用期內地表變形將影響到長度5.2km礦區鐵路專用線，其中位于永久裂縫區的長度1.1km，位于動態拉伸裂縫區的長度4.1km。由于動態拉伸裂縫區的分布具有很大隨機性，本次主要對永久裂縫區造成損失進行評估。預測礦區鐵路專用線穿越地表變形永久裂縫區長度1.1km，由于礦區鐵路可在地面產生變形后隨時進行修整，故可能造成的直接經濟損失主要為修整費用，預測修整費用在100萬元～150萬元之間。故在方案適用期內，預測地表變形對礦區鐵路專用線的影響程度屬較嚴重。

3.5加劇泥石流災害的預測評估

評估區內尖山溝N1泥石流易發性為低易發，采礦活動可能加劇N1泥石流災害，預測中僅作定性分析說明。魏家地煤礦在方案適用期內開采區位于尖山溝南側，故魏家地煤礦開采對尖山溝N1泥石流不會產生直接的影響。在尖山溝中、下游兩岸的人類活動向尖山溝中排污水，亂倒垃圾；隨著黃土丘陵區開挖破壞及自然條件下的岸坡坍塌、滑溜發生，松散黃土類物源也將會增加。由于N1泥石流為低易發、規模小，故僅對兩岸大、小路面和臨河床廢棄礦渣堆造成沖刷破壞程度輕微；對兩岸居民、礦山工作人員在生產、生活上造成一定程度的影響，對建筑物不會造成直接的破壞作用，造成直接經濟損失小于100萬元，由于礦區內人員分散，故受威脅人數隨機性大，一般為5人～10人，預測N1泥石流對礦山地質環境的影響程度屬較輕，面積計約18hm2。

3.6采礦活動可能遭受崩塌災害的預測評估

礦山繼續開采后，在采礦活動中可能遭受4處崩塌災害的危害，預測4處崩塌災害的穩定性均差。預測4處崩塌災害對礦山地質環境的影響程度屬較輕，面積計約0.065hm2。

4.礦山地質災害預防措施

4.1地面塌陷預防措施

對于礦區內已開采或正在開采的東一、西一、西二和北一采區，應采取黃土灌漿法進行回填，以減輕地面塌陷和地裂縫的發生。

對于在后期擬開采的東二、東三、西三和東四采區，應預留礦柱、礦墻，并在開采時取黃土灌漿法進行回填。

4.2崩塌災害的預防措施

4.2.1對黃土灌漿場取土時，按照規范要求設計合理坡比。

4.2.2對矸石進行堆放時應合理、有序，并設計穩定的邊坡角。

4.3泥石流災害的預防措施

對區內發育的尖山溝泥石流溝，應及時疏通溝道和對松散物質進行就地固定，并按時疏浚礦區排水系統。

參考文獻：

[1]陳國華.廢棄礦山生態恢復工程地質災害危險性評估方法探討[J].中國地質災害與防治學報， 2010， 21（03）： 113-117.

[2]孟昕卓.試述礦山地質災害防治與地質環境保護[J].西部資源， 2019（02）： 124-125.

[3]尹國勛，鄧寅生，李棟臣，等；煤礦地質災害與防治[M].煤炭工業出版社. 1997.