蘭利煤礦地質災害分析與治理分區

徐欣芳

(陜西省一三一煤田地質有限公司，陜西韓城715400)

通過對煤礦礦區地質環境現狀的調查，收集礦區的地形地貌、水文、植被、地質構造、礦山及周邊其他人類重大工程活動資料，提取數據，依據相關公式計算，獲得礦山開發活動范圍內的各類地質災害種類及危害程度，對礦山地質環境進行針對性治理，使礦山地質環境保護成為可能。

1 礦區信息概述

1.1 地形地貌

礦區構造為剝蝕低山區，溝谷及兩側附近，基巖出露。地形高程以黃河河床為最低（+378m），礦區西部為最高（+626m），地形高程為+400～+600m。最大相對高差為248m，一般均超過100m。地形總體趨勢為西北高，向東南方向逐漸降低。地貌為低山丘陵、河流階地地貌，主要以低山丘陵地貌為主，溝谷切割強烈，地表則均被第四系黃土覆蓋，約占煤礦總面積90%。

1.2 地質構造

礦區的基本構造形態為——走向NNE，傾向NWW，走向與傾向有波狀起伏的單斜構造，傾角一般在8°左右。區內大中型斷裂不發育，斷距大于10m 的斷層均未發現。

據歷史記載，1556年華縣大地震對本區的影響烈度達8度。韓城地區1959年8月曾發生5.4級地震，震感強烈。近30年來弱震活動較頻繁，時有小地震發生。根據《中國地震動參數區劃圖》（GB18306-2015），評估區地震動峰值加速度為0.15g，地震動反應譜特征周期為0.40s，相應的地震烈度為Ⅶ度。

1.3 水文

煤礦內常年性地表水流未見存在，黃河由北向南流經礦區的東部，形成秦晉兩省的天然分界。并于桑樹坪鎮康家嶺東側老洼坳入境，流經桑樹坪鎮、龍門鎮、西莊鎮、新城鄉，于芝川鎮姚家莊村南落崖下出境，流長65km。以河心主流中心線為界，與山西鄉寧、河津、萬榮三縣隔岸相望。地下水含水層其巖性及儲水空間有松散巖類孔隙含水層、碎屑巖裂隙含水層和灰巖巖溶裂隙含水層三種類型。

1.4 植被

由于韓城屬于華北暖溫帶落葉闊葉林帶的西段，區內植被類型多為中部淺山丘陵栽培經濟林。隨著山川溝原等地形的變化，喬灌木及草本植物形成小部分的群體，森林植被覆蓋率低，殘存少量側柏次生林。灌木以少量荊條、酸棗等為主。大面積的荒山是以草木和矮灌木為主，種類以耐旱禾本科、菊科。刺槐喜光、耐旱，是解放后造林的骨干樹種。

1.5 礦山及周邊其他人類重大工程活動

陜西陜煤韓城礦業有限公司桑樹坪煤礦：煤礦面積49.1458km2。采礦證批準開采標高+480～+140m，開采2、3、11 號煤層，設計生產能力2.10Mt/a。采用長壁綜合機械化采煤法，分層下行垮落綜采，全部垮落法管理頂板。而礦區中部還現存在一處煤場，由村民組織進行篩煤經營。

根據現場調查及相關資料，礦區東側的道路主要為沿黃二級公路，其余道路均為等級外道路。

伴隨開采和周邊道路，蘭利煤礦礦區及周邊人類工程活動較為強烈[1]。

2 礦山地質災害調查范圍確定

根據煤礦邊界附近主采煤層上覆基巖、松散層厚度，考慮地面工程評估范圍，計算采空區影響變形邊界，確定調查范圍。

根據煤礦采深180～720m，上覆基巖厚150～200m，土層厚5～10m，影響傳播角基巖中78°，土層中取45°，經理論計算該采空區地表拉伸裂縫影響寬度為67.5～193.7m，蘭利煤礦西、北邊與桑樹坪煤礦相鄰，南與黃河二礦相鄰，東依黃河。因此結合礦區地面建筑平面布置、相鄰煤礦分布情況和地表影響范圍，綜合分析確定評估范圍如下：評估區西、南、北以礦權邊界為界，東南側向外擴至地面建筑壓占外側，最終確定評估區面積為1.0436km2，調查面積在評估面積的基礎上外擴約200m，為2.0917km2。

3 礦山地質災害影響分析

3.1 礦山井下開采形成地質災害計算分析

蘭利煤礦位于山地丘陵區，溝谷切割深，基巖出露至山體半坡，山梁上或低凹地帶部分黃土覆蓋，最厚處達0～10m。礦區范圍內西南及東南側存在大面積的采空區，開采形成采空隱患。開采方式為走向長壁炮采。根據現場實地調查，在梯田、公路上還未發現地表變形跡象。現狀評估采空塌陷隱患影響程度為較輕。

井下開采引起地表發生位移變形，到最終形成穩定的沉陷盆地，這一過程是漸進而且相對緩慢的，地表移動延續時間（T）根據下式計算：

式中：T——形成穩定沉陷地面移動的延續時間，d；

H——工作面平均開采深度，m。

根據上述公式，計算求得蘭利煤礦各采區開采后形成穩定沉陷地面移動時間。

根據上述形成穩定沉陷地面移動的延續時間計算，采區3#煤層開采后形成穩定沉陷地面移動時間已達到計算理論時間，結合野外實際調查，礦區采空塌陷趨于穩定，對地表影響較輕[2]。

3.2 礦區含水層破壞計算分析

本次采用《煤礦床水文地質、工程地質及環境地質勘查評價標準》（MT/T1091-2008）中的中硬類巖石的冒落帶及導水裂隙帶最大高度的經驗公式計算冒落帶及導水裂隙帶高度：

式中：Hc——冒落帶最大高度，m；

Hf——導水裂隙帶最大高度，m；

ΣM——累計采厚，m，本區取煤層厚度；

n——煤層分層開采層數（本區煤層按單層開采計算，即n=1）。

3#煤層開采后，最大導水裂隙帶高度為91.9m，區內3#煤層上覆基巖平均厚度約為150m，最小厚度約103m，導水裂隙帶發育高度小于其上覆基巖厚度，但3#煤層開采對山西組底部砂巖含水層影響較大，局部影響石炭二疊系下石盒子組底部砂巖含水層。礦井正常涌水量35m3/h，最大涌水量為53m3/h，煤礦開采對地下水有一定的疏干作用，使地下水位下降，但下降幅度較小。

綜上，蘭利煤礦開采對含水層的影響程度較輕[3]。

3.3 礦區地形地貌景觀（地質遺跡、人文景觀）破壞分析

采礦活動對地貌景觀的影響和破壞主要包括地面塌陷和礦區基礎工程建設兩方面。礦區位于山地丘陵區，地形切割強烈，溝谷較發育，且均為“V”型谷，地形破碎，起伏較大。煤礦開采的3#煤層最小埋深160m，煤層最大厚度6.16m。地面無明顯沉降變形，礦區內無重要的人文景觀、旅游景觀以及重要的交通干線等，因此采礦對地形地貌景觀影響較輕。

但是根據現場調查，工業場地建設占地面積475m2，風井場地占地面積21m2，抽水井占地面積22m2，地面構筑物改變了原生地形地貌景觀，自然景觀，造成土地毀壞、巖石裸露、陡坎及景觀生態系統在空間分布上的不連續性，且位于沿黃公路可視范圍之內，因此，對地形地貌景觀影響較嚴重[4]。

礦區中部的煤場對地形地貌的影響主要表現在對土地資源的壓占及地貌景觀的不連續性，影響較嚴重。

3.4 礦區水土環境污染分析

煤礦內無常年性地表水流，礦山東鄰黃河。井下排水經“混凝、沉淀、過濾、消毒”處理，地面生產生活廢水經地面污水處理站二級處理達到GB68978-96《綜合污水排放標準》一級標準后與富余礦井水排入黃河，對黃河水質影響較小。

礦山關閉，礦坑水不再排放，對地表水的污染將逐步減小，水質將會逐漸自凈[5]。

4 災害治理分區

4.1 分區原則

礦山地質環境治理分區是在綜合考慮礦山地質環境背景條件、礦山地質環境問題及其現狀、預測影響程度以及礦山地質環境保護與恢復治理措施實施的難易程度等因素的基礎上進行的[6]，具體遵循以下原則：

（1）以采礦對礦山地質環境造成的影響為主要因素，兼顧礦區地質環境背景，突出礦山地質環境問題、現狀評估與預測評估的原則[7]。

（2）結合開采區內可能引發的礦山地質環境問題的分布特征、受威脅對象的損失程度，依據“區內相似，區際相異”的原則進行分區[8]。

（3）礦山地質環境問題的影響因素很多，每一處礦山地質環境問題均是多種因素綜合作用的結果。因此，綜合分析各個致災因素，才能較客觀地反映礦山地質環境保護與恢復治理分區[9]。

4.2 分區方法

在對地質災害、含水層、地形地貌景觀、水土環境污染現狀與預測的基礎上，根據防治難易程度，對礦山地質環境保護與恢復治理進行分區。選取地質災害、含水層、地形地貌景觀、水土環境污染現狀與預測評估結果作為分區指標。最終根據礦山地質環境問題類型、分布特征及其危害性，礦山地質環境影響現狀及預測評估結果，進行礦山地質環境保護與恢復治理分區。根據《DZ/T0223-2011》標準附錄F，并遵循“就上原則”將評估區劃分為次重點防治區（Ⅱ）和一般防治區（Ⅲ），共2級5個區塊，其中4個次重點防治區，面積共0.0815km2；1個一般防治區，面積共0.9621km2。

4.3 分區意義

分區方案結合工程開發建設的特點，并根據當地的自然、社會環境及地質環境現狀，因地制宜地布設各項防治措施，建立技術先進、經濟合理，適用可靠、效果顯著的礦山地質環境治理體系[10]。

5 結束語

通過對現狀災害計算和分析后采用分區方法，優化施工組織設計，因地制宜，因害設防，力求定性準確，定量合理，預防優先，注重生態保護，可以最大程度避免和減緩地質災害造成的損失，有效遏制對地形地貌景觀、水土環境及土地資源的影響和破壞[11]。使地質環境保護具有較強的針對性和可操作性，有效的進行礦山地質環境保護與恢復治理，改善礦區的生態環境，從而減少和預防地質災害對人民生命財產的威脅[12]。