某煤礦專項地質(zhì)災(zāi)害危險性評估及防治措施建議

［關(guān)鍵詞］煤礦；地質(zhì)災(zāi)害；危險性評估；防治措施

貴州省煤炭資源豐富，是西南產(chǎn)煤大省、南方重要的能源基地，也是中國西電東送的主力軍[1]。但同時貴州煤礦分布區(qū)以山地地貌為主、地形起伏大，地質(zhì)環(huán)境脆弱[2]。煤礦開采引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的問題較突出，在坡度相對平緩地段易引發(fā)采空塌陷、地裂縫，在地勢較陡地段易引發(fā)山體開裂、陡崖崩塌，在部分第四系堆積體較厚的地段還可能引發(fā)滑坡[3-4]。目前煤礦按照“誰誘發(fā)、誰治理”的原則履行地質(zhì)災(zāi)害防治責(zé)任，常規(guī)的地質(zhì)災(zāi)害評估工作一般是對煤礦開采計劃進(jìn)行假設(shè)、將整個礦區(qū)范圍進(jìn)行預(yù)測評估，對地質(zhì)災(zāi)害的誘發(fā)因素、危害程度、危險性大小進(jìn)行定性論述，未進(jìn)行有效論證，同時和礦井生產(chǎn)規(guī)劃銜接性、針對性及時效性不夠，對礦井生產(chǎn)、建設(shè)中地質(zhì)災(zāi)害的認(rèn)識、防治指導(dǎo)性不強(qiáng)，礦方也不重視，導(dǎo)致目前多數(shù)的地質(zhì)災(zāi)害危險性評估報告僅作為程序性文件。

本文以某煤礦為例進(jìn)行專項地質(zhì)災(zāi)害危險性評估，對未來兩年開采區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險性預(yù)測，分區(qū)為煤礦地質(zhì)災(zāi)害防治工作提供建議，促進(jìn)煤礦的安全、可持續(xù)開采。

1. 地質(zhì)災(zāi)害評估概況

1.1 煤礦概況

該煤礦為一新建礦井，分為兩期進(jìn)行建設(shè)，本次研究區(qū)域為一期，設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模為90萬t/a，于2012年4月完成煤礦資源勘探報告，2015年完成初步設(shè)計，經(jīng)幾次變更調(diào)整，2020年10月完成初步設(shè)計的修編工作，劃分為兩個水平，分別為+850 m水平和+500 m水平，在+935 m標(biāo)高設(shè)一輔助水平。礦井采用走向長壁采煤方法，全部陷落法管理頂板，采用綜合機(jī)械化采煤技術(shù)。

研究區(qū)含煤地層為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P₃l），為一套海陸交互相含煤沉積，以碎屑巖為主，夾少量泥灰?guī)r、灰?guī)r。區(qū)內(nèi)含可采煤層18層，自上而下編號為：1、3、5^-2、5^-3、7、10、12、13-1、13-2、14、15^-2、16、17、21、23^-1、23^-2、33、34煤層，平均可采煤層總厚度22.23 m，可采含煤系數(shù)5.3%。根據(jù)含煤地層巖性組合特征，該含煤地層分為三段，含煤情況見表1。

1.2 地質(zhì)環(huán)境條件

研究區(qū)地貌以構(gòu)造侵蝕、剝蝕高中山為主，地形起伏較大，自然地形標(biāo)高+900-+2086m，相對高差約1186 m。區(qū)內(nèi)地表出露地層為二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖組（P₃β）、龍?zhí)督M（P₃l），三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組（T₁f）、永寧鎮(zhèn)組（T₁yn），巖性以砂泥巖為主，具有富水性弱、透水性差等特征。大氣降水是區(qū)內(nèi)地下水的主要補(bǔ)給來源，降水沿基巖裂隙下滲外，由兩側(cè)向中部匯流，排入附近河流。研究區(qū)位于上揚子陸塊威寧穹盆構(gòu)造變形區(qū)，區(qū)內(nèi)以北東部馬龍向斜、南西部妥倮向斜為其展現(xiàn)形式，構(gòu)造較復(fù)雜，煤層傾角平均約20°。區(qū)內(nèi)山體陡峭，局部覆蓋層厚，形成崩、坡積體。堆積體主要由飛仙關(guān)組粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖及第四系坡、殘積物組成，且為順層坡，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，煤礦開采易引發(fā)崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。評估區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件為復(fù)雜，見表2。

1.3 地質(zhì)災(zāi)害評估級別及類型

該項目為較重要建設(shè)項目，地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜程度為復(fù)雜，按地質(zhì)災(zāi)害危險性評估規(guī)范（GB/T 40112-2021）[5]中的“表1地質(zhì)災(zāi)害危險性評估分級表”，評估級別確定為一級。

通過現(xiàn)場調(diào)查、走訪，本次評估區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)采空塌陷1處、滑坡1處，未發(fā)現(xiàn)崩塌、泥石流、巖溶塌陷、地面沉降、不穩(wěn)定斜坡等地質(zhì)災(zāi)害。為做到礦產(chǎn)開發(fā)與治理同步進(jìn)行，切實履行邊生產(chǎn)、邊治理、邊保護(hù)、邊恢復(fù)的主體責(zé)任，實現(xiàn)礦產(chǎn)開發(fā)與地質(zhì)災(zāi)害防治、生態(tài)環(huán)境保護(hù)相結(jié)合的良，同時加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害防治和礦井生產(chǎn)規(guī)劃銜接性、針對性及時效性，本次評估按照煤礦未來兩年的開采計劃的區(qū)域進(jìn)行預(yù)測評估，未來兩年開采后引發(fā)、加劇地質(zhì)災(zāi)害主要有滑坡、崩塌、采空塌陷，故本次評估的地質(zhì)災(zāi)害類型主要有滑坡、崩塌、采空塌陷等。

2. 地質(zhì)災(zāi)害危險性評估

2.1 現(xiàn)狀評估

根據(jù)資料收集及現(xiàn)場調(diào)查，評估區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)1處滑坡、1處采空塌陷，在鄉(xiāng)村公路沿線挖（填）方地段出現(xiàn)過局部滑塌現(xiàn)象，且規(guī)模極小，僅對公路通行構(gòu)成輕微影響，清除塌方后即消除了影響；除此以外，未發(fā)現(xiàn)滑坡、崩塌、泥石流、地裂縫、采空塌陷、地面沉降、不穩(wěn)定斜坡等地質(zhì)災(zāi)害。現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度弱，危害程度小，危險性小。

2.2 預(yù)測評估

2.2.1 采動影響范圍的確定

（1）根據(jù)該區(qū)煤礦開采技術(shù)條件和地形地質(zhì)條件，分別繪制采動影響剖面圖。

（2）在采空區(qū)地表影響范圍剖面圖上，由采空區(qū)邊界按走向移動角（δ）、下山移動角（β）、走向邊界角（δ₀）、下山邊界角（β₀）作移動邊界線，分別得采空區(qū)走向、下山方向和底板方向的地表變形邊界點，根據(jù)地形條件，將地表移動變形后可能會引發(fā)、加劇的地質(zhì)災(zāi)害的影響范圍以及地表移動變形邊界作為礦山采煤對地表影響的邊界線。若該范圍的邊界位于山體半山腰且下方有危害對象，則將邊界調(diào)整至山腳并包含全部受災(zāi)體。

（3）根據(jù)剖面圖所得的結(jié)果，將其投影到平面圖上，弧線連接，即為地下采煤活動形成的采空區(qū)變形影響范圍（圖1）。

2.2.2 煤礦開采后引發(fā)、加劇地質(zhì)災(zāi)害危險性預(yù)測評估

該煤礦目前還處于建礦階段，未進(jìn)行開采。參照煤礦提供的未來兩年采掘工程計劃圖，主要的開采煤層為15-2，將形成5個工作面。形成的地質(zhì)災(zāi)害類型主要為崩塌、滑坡、采空塌陷。

（1）崩塌

引發(fā)的崩塌失穩(wěn)分析采用公式計算及RocFall軟件模擬兩種方法計算，最后綜合取值。根據(jù)危巖分布的坡體結(jié)構(gòu)特征，未來兩年計劃工作面的開采在坡度較陡部位引發(fā)的危巖崩塌體最大水平落距145 m。

（2）滑坡

本次采用極限平衡法對工作面開采結(jié)束后采動邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行計算，計算公式根據(jù)《采空區(qū)巖土工程勘察規(guī)范》（GB 51044-2014，2017版）附錄C[6]，計算結(jié)果得到坡體穩(wěn)定性系數(shù)為1.31，即采空區(qū)上部坡體整體穩(wěn)定，不會發(fā)生大面積滑動，但地下開采將導(dǎo)致表部較大沉降量，裂縫發(fā)育，暴雨工況下易沿基巖接觸面等柔弱面形成滑動面，覆蓋層較厚區(qū)域地下開采引發(fā)淺表層滑動的可能性大。

（3）采空塌陷

未來兩年采掘工程計劃圖，主要的開采煤層為15-2，按《地方煤礦實用手冊》[7] 計算煤層安全開采深度為455 m。評估區(qū)內(nèi)煤層的上覆巖層厚度均小于煤層安全開采深度，當(dāng)?shù)V井在該區(qū)域內(nèi)開采多煤層形成采空區(qū)后，上覆巖層的穩(wěn)定性將受到影響，引發(fā)礦區(qū)及其影響范圍內(nèi)地面塌陷、地裂縫的可能性大。

綜上，由于現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害不發(fā)育，在礦井地下開采影響范圍內(nèi)，加劇現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害的危害程度小，危險性小；引發(fā)新的滑坡、崩塌、地裂縫、采空塌陷等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育程度中等～強(qiáng)，危害程度小—大，危險性中等—大。

2.3 綜合評估

根據(jù)本項目工程特征和評估區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件、地質(zhì)災(zāi)害危險性現(xiàn)狀評估和預(yù)測評估結(jié)果，按照地質(zhì)災(zāi)害危險性分級“區(qū)內(nèi)相似、區(qū)際相異”、“就大不就小、從高不從低”的分區(qū)原則，本次評估將煤礦開采及其影響范圍整體劃分為1個地質(zhì)災(zāi)害危險性大區(qū)，1個地質(zhì)災(zāi)害危險性中區(qū)和1個地質(zhì)災(zāi)害危險性小區(qū)。

3. 地質(zhì)災(zāi)害防治措施建議

根據(jù)煤礦開采引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的可能性、災(zāi)種及類型、遭受地質(zhì)災(zāi)害危害的承災(zāi)體的重要性及分布密度，防治措施建議采用“搬遷+監(jiān)測”的方式。對于地質(zhì)災(zāi)害危險性大的區(qū)域應(yīng)采取禁采或者搬遷的形式，對于危險性中等及小區(qū)可以采取監(jiān)測或者“監(jiān)測+治理”的措施。由于專項地質(zhì)災(zāi)害危險性評估主要是針對未來兩年開采區(qū)域，為提高防治措施的有效性，治理措施一般針對已采和治理難度小的區(qū)域。治理措施可以分步實施，在工作面回采前應(yīng)完成。

4. 結(jié)論與認(rèn)識

（1）貴州煤礦山區(qū)地質(zhì)環(huán)境脆弱，煤礦開采引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的問題較突出，地質(zhì)災(zāi)害危險性評估工作在煤礦全壽命周期中能取得很好的地質(zhì)災(zāi)害防治效益。

（2）煤礦專項地質(zhì)災(zāi)害危險性評估以未來兩年開采區(qū)域為重點，提出的防治方案加強(qiáng)了和礦井生產(chǎn)規(guī)劃銜接性、針對性及時效性，從而促進(jìn)煤礦的安全、可持續(xù)開采。