礦山地質災害危險性預測評估研究
——以大灣煤礦中井采區為例

彭 路

（六盤水市應急救援指揮中心,貴州 六盤水 553000）

1 概況

大灣煤礦位于六盤水市鐘山區北西方向，隸屬鐘山區大灣鎮和威寧縣東風鎮所管轄，東南距六盤水市46km，西北至威寧縣城50km。該礦由東井、中井、西井三個采區組成，設計生產能力300×104t/a，礦區面積36.266km2，其中東井及西井采區均為生產礦井，中井采區為技改建設礦井，采用斜井開拓方式，設計生產能力90×104t/a。中井采區走向長約4.8km，傾斜寬平均約1.2km，面積約8.25km2，采區內可采和局部可采煤層從上往下為2、4、5、7、8、9、11、12號煤層，其中2、7、9、11號煤層基本全區可采，其他為局部可采。目前，采區已形成主運輸系統、主排水系統、主通風系統、瓦斯抽采系統、架空乘人裝置等礦井主要系統，正在進行首采工作面的布置工作。

2 地質災害危險性預測評估

大灣煤礦中井采區目前尚在建設中，其對應地表尚未出現受煤層開采而引起的地質災害，為對其在未來開采過程中易引發的地質災害進行危險性預測評估，從以下幾個方面加以分析研究。

2.1 采區開采煤層安全深度計算與評價

大灣煤礦中井采區開拓方式為斜井開拓，分東翼和西翼進行開采，回采工作面采用機械化落煤，走向長壁式采煤法，后退式開采，全部冒落法管理頂板。主采煤層為2號、7號和11號煤層，為了確定將來地下開采煤層對地表造成的影響程度，根據《地方煤礦實用手冊》中安全煤柱的留設規定及綜合作用厚度的計算（見表1），本采區開采煤層上覆巖層為二疊系龍潭組及三疊系飛仙關組砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖等，屬中硬巖層，礦山類別屬Ⅱ類，其開采安全深度按下列公式計算：

表1 綜合作用厚度計算表

式中：H——采煤安全深度，m；

m——綜合作用厚度，m；

K——安全系數。

本采區按Ⅱ類礦山、Ⅱ類煤田的主要巷道級別，地面建筑物保護級別按Ⅲ級建筑物保護，則K取值為125。

經計算,采區的安全開采深度按公式H=m×K計算，其安全開采深度為：

采區開采煤層上覆巖體厚度為200～500m，小于煤層開采安全深度903.75m。因此，采區在開采后形成的采空區及影響范圍內上覆巖體屬不穩定區塊，極易引發地質災害。

2.2 煤層開采引發和加劇地質災害的預測評估

2.2.1 采區地表沉陷預測

根據貴州水城礦業股份有限公司大灣煤礦（整合）（建設規模：300×104t/a）環境影響報告書可知，考慮到沉陷預測對礦井地質災害的實際指導意義，評價按照“遠粗近細”的原則，將沉陷預測劃分為二個階段（見表2）。

表2 地表沉陷預測范圍特征表

注：煤層采高以煤層最大厚度計，若最大厚度小于2.2m，則以正規煤巷開拓高度2.2m作為煤層采高參加計算。系數C值《地方煤炭實用手冊》表6-34系數C值表中查得為0.85～1.0。

地表沉陷預測采用由中國礦大開發的“開采沉陷預測軟件MSPS”,對整個采區開采各個階段出現的地表變形進行預測。

2.2.2 地表移動變形最大值預測（穩定態）

受地形因素的影響，根據煤層開采厚度、采深及有關預計參數，計算出主要單煤層開采后（考慮復采影響）產生地表移動變形最大值（見表3）。

表3 地表最大移動變形值預測表

2.2.3 首采面地表移動持續時間

地表上受開采影響的點，從下沉開始至結束（重新穩定）有一個時間過程，這一過程與工作面開采速度、回采深度及開采厚度等一系列因素有關。采區首采工作面開采后地表點（充分采動區內）移動變形持續時間見表4。

表4 首采工作面開采后地表移動變形持續時間預計結果

2.2.4 地表裂縫產生預測

采區煤層開采后，預計在基巖直接出露區域及原地表有裂縫處，地表可能會出現裂縫，以及原有裂縫的進一步發育。在有表土覆蓋的山頂、梁茆等凸形地貌部位和凸形邊坡點部位，其覆蓋土體也可能會產生采動裂縫。如果沒有溝谷等凹形地貌隔斷，采區周圍永久性裂縫的長度可與工作面的走向長度大致相當，動態裂縫長度則大致與工作面長相似。由于塑性大的粘土當地表拉伸變形值超過6～10mm/m時才發生裂縫，塑性小的砂質粘土或巖石，當地表拉伸變形達2～3mm/m時即發生裂縫。因此，本采區地下煤層開采后，地表會產生動態裂縫。

2.2.5 地表沉陷對地形地貌的影響分析

本采區中井第一階段（0～14.4a）開采后，預測主要煤層開采后最大下沉值將達到約6m，地表移動變形范圍為4.22km2。由于本采區地處山區，地形起伏大，地表最大高差約300m，不會像平原地區那樣形成大面積明顯的下沉盆地，地表也不會形成大面積的積水區。地表沉陷對區域地表形態的影響主要表現在采空區邊界上山的局部區域范圍內。

2.2.6 地表沉陷對地面居民點建筑物的影響預測

我國“三下”采煤規程中制定了磚混（石）結構建筑物破壞（保護）等級標準。“三下”采煤規程判斷磚混結構建筑物損壞等級的地表變形參數分別為水平變形ε、曲率K和傾斜i，房屋損壞等級以水平變形值為主要依據。考慮到采區地表一般農村建筑物質量達不到“三下”采煤規程中要求，故評估在表5的基礎上提高一級磚混（石）結構建筑物損壞等級。

表5 建筑物損壞等級表

根據采區設計可采煤層和地表分布的居民點，以及煤柱的留設情況，采取預測軟件和計算公式相結合的方法進行預測，受第一階段開采影響的居民點有6個，中井開采范圍內的居民主要分布于三岔河及其支流兩側，由于受三岔河及其支流保護煤柱保護，受沉陷影響的村寨點較少，僅少數位于采區中部的村寨點受沉陷的影響，預計將有6個居民點建筑物將受到采區開采的Ⅲ級破壞影響，在開采過程中需對受影響的村民點建筑物進行維修加固，并加強觀測，必要時將受影響的村寨點搬遷至三岔河及其支流兩側進行安置。

2.2.7 地表沉陷對鐵路、公路的影響預測

采區內有水大鐵路支線從東西方向穿過礦區南部，鐵路主要沿三岔河流向。根據規范，設計留設了河流及鐵路保護煤柱，鐵路、三岔河及各支流留設寬50～210m寬保護煤柱。因此，水大鐵路支線不受沉陷影響。

采區內的公路主要是S212省道、X025縣級公路、X777縣級公路等，從地形圖上可知，S212省道沿三岔河及木沖溝流向分布，受河流及鐵路保護煤柱保護，不受沉陷影響；X025、X777縣級公路均沿河流走向分布，受三岔河及其支流保護煤柱保護，不受沉陷影響；但采區內的部分鄉村公路位于開采范圍內，可能會受到地表沉陷的一定影響。

2.2.8 地表沉陷對地表河流的影響預測

二塘河、木沖溝河均位于開采范圍外，不受沉陷影響；拖魯河受邊界煤柱保護，基本不受沉陷影響；三岔河、拱橋河、格書河等受三岔河及其支流保護煤柱保護，不受沉陷影響；采區開采范圍內的其他地表溪溝多為季節性沖溝，受地表沉陷影響較小，但在開采過程中必須做好防范措施，做好堵漏、改道、地裂縫及塌陷地堵塞等措施。

2.2.9 地表沉陷對鐘山區關門山水庫的影響預測

鐘山區關門山水庫位于采區外東北側，分為一級、二級保護區，其中一級保護區面積64.42hm2，二級保護區面積319.98hm2，采區距保護區邊界直距約520m。開采范圍主要位于井田中東部及西部，沉陷影響范圍主要位于三岔河南側，鐘山區關門山水庫距離沉陷影響區較遠，水庫一級、二級保護區和集雨范圍均在沉陷影響范圍外，且其間距離大于3.5km以上，因此，鐘山區關門山水庫及其一、二級保護區不受地表沉陷影響。

3 結論與建議

3.1 結論

中井采區地表屬剝蝕、侵蝕作用為主的中山及溝谷地貌形態,地形切割較大，沖溝發育，山嶺與緩坡地帶呈帶狀展布，巖石風化較強烈。地質構造復雜程度中等，水文地質條件復雜程度中等，巖土體工程地質性質較差，社會環境條件復雜，人類工程活動強烈，地質環境條件復雜程度屬復雜類型。采區煤層開采后主要的地質災害為地表開裂產生的地裂縫及局部地表沉陷，將對地表所在開采塌陷影響范圍內建筑物產生開裂。

采區煤層覆巖層厚度小于計算安全開采深度，采煤生產將導致地表移動變形，誘發地質災害，加劇既有地面塌陷，使其擴大規模范圍的可能性和引發新的地裂縫、崩塌、地面塌陷等地質災害的可能性較大。

3.2 建議

鑒于采區煤層開采造成的破壞具有不確定因素，建議今后開采時，對村寨分布密集的地段需預留足夠的保安煤柱，并對將來可能產生的地裂縫、地表沉陷等地質災害點設置觀測點長期跟蹤觀測，以便指導地質災害防治工作。同時，應編制完善應急預案，做好預測、預報、預警、宣傳等工作，若發現異常應及時采取措施，以便及時疏散附近村民和預防地質災害可能對人畜及建筑物帶來的危害，確保人民群眾生命財產安全。