安徽某礦區塌陷區地質災害評估及對策研究

李宗洋

（安徽省地勘局第一水文工程地質勘查院，安徽 蚌埠 233000）

塌陷區一般下沉深度大，面積范圍廣，下沉深度超過3.0m時，一般不宜復墾成耕地，而開發利用成為建設用地。因此需要對位于塌陷區范圍內的建設工程進行地質災害危險性評估，以達到防災減災的目的。

1 評估范圍與級別

為方便運輸，礦區周邊交通較為便利。擬建工程位于采礦塌陷區影響范圍內，評估的范圍可以采礦塌陷最終范圍為邊界。塌陷區內人類活動對地質環境的影響嚴重，不良地質現象發育強烈，按照就高不就低的原則，地質環境條件為復雜。評估級別根據表1進行確定[1]。

表1 地質災害危險性評估分級表

2 地質環境條件

（1）氣象水文與地形地貌。區內氣象水文與地形地貌主要通過收集資料，加以分析利用。塌陷區位于淮河以北地區，屬于淮河流域。氣候特征為季風氣候，四季分明。地貌上屬于淮北平原，區域地勢較平坦，地勢為西北高，東南低，區內人工地貌形態主要為采空塌陷形成的礦區積水區和沉陷區等。

（2）地質礦層特性。礦區地層屬于華北地層大區晉冀魯豫地層區，區內基巖地層均被松散堆積層所覆蓋。隱伏基巖由古生界二疊系（P）的砂巖、粉砂巖、泥巖、煤層組成。含煤層組中82、72、51為主可采煤層，73、52為可采煤層，11礦層和10礦層局部可采；其他煤層厚度雖局部可達，但煤質差，不適宜開采。松散層由新近系（N）和第四系（Q）的粘土、粉質粘土、細砂等組成，地表出露巖性為第四系（Q）的粉質粘土。

（3）地質構造。區域地質構造單元屬中朝準地臺淮河臺坳，次級單元為淮北陷褶礦山斷帶中部的宿縣凹斷褶束。評估區位于童亭背斜東南翼，該褶皺形成于印支期軸向SSE方向，核部地層為奧陶系（O）。背斜軸部地層平緩，西翼地層傾角為15°～50°和東翼地層傾角為6°～40°。區域斷裂主要以北東～北西向為主。F3斷層為正斷層，橫穿評估區北側，走向NEE～NNE，傾向NNW～NWW，傾角50°～58°。

（4）地殼穩定性分析。自新近紀以來，新構造運動總體以下降為主，接受湖泊、河流沉積。新近紀后期地殼相對穩定，區域湖泊發育，形成一套湖相砂泥質沉積。早更新世以來，區域相對沉降，湖泊發育；中更新世以來，地殼活動趨于緩和，湖泊逐漸縮小或消失。場區周邊斷裂歷史上雖有發震活動，但震級較小。場地50年基準期超越概率10%的地震動峰值加速度為0.05g，相應的地震基本烈度為Ⅵ度。區域地殼間歇性升降，地質活動強度較弱，頻度較低，活動性斷裂不發育，屬相對較穩定的地區。

3 采礦方法和地質災害危險性現狀評估

礦區內采用走向長壁機械化采礦法進行開采，采用全部冒落法管理頂板。采礦后礦層上部巖層力學平衡條件被打破，發生塌落、彎曲，地表隨之發生沉降變形破壞，下沉線以采礦巷道為中心線向兩側擴展，形成采空塌陷。水文地質條件發生改變，塌陷區開始積水，形成大面積的塌陷水域。該工程利用塌陷區水域以減少對耕地的占用，因此全部建設工程位于現狀塌陷范圍內。根據地質災害現狀危險性分級表，現狀采空塌陷地質災害發育程度強，危害程度大，危險性大。

4 礦山地質災害危險性預測評估

區內現狀塌陷區面積約1265.04hm2，其中，積水區面積約460hm2，占沉陷面積的36.36%，最大塌陷深度約8.2m。在未來礦產開采生產后，可能會進一步加大采空塌陷地質災害，影響評估區內建設工程的使用。

地下礦層開采引起的地表破壞范圍和破壞程度可用地表沉陷產生的移動和變形值的大小來圈定和評價，計算公式如下：

地表最大下沉值：

最大傾斜值：

最大曲率值：

最大水平變形值：

式中：q-下沉系數，與礦層傾角、開采方法和頂板管理方法有關；M-礦層真厚度（m）；α-礦層傾角；b-水平移動系數；H0—平均采深（m）；tgβ—主要影響角β之正切值。

礦區地表移動盆地內任意點的變形預測，以任意剖面上任意點的移動和變形為主，計算公式如下：

（1）地表水平移動：

（2）地表水平變形：

通過計算，預測評估區建設工程位于采空塌陷地質災害影響范圍內，其遭受采空塌陷地質災害可能性大，其發育程度強，危害程度大，危險性大。

5 礦山地質災害危險性綜合分區評估及防治措施

根據礦山地質災害現狀評估和預測評估的結果，評估區地質災害分布類型為面狀。遵照“區內相似、區際相異”的原則，采用以礦山地質環境條件背景定性分析，以地質災害災種數（個）、地質災害分布面積比例（%）、災害點平均密度（個/km2）、承災對象的經濟屬性（萬元）等4個量化指標的定量評價并結合預測評估確定的危害程度或危險性大小，定性、半定量相結合進行地質災害危險性綜合分區評估，確定綜合評估區為采空塌陷地質災害危險性大區。

防治措施：①及時收集最新的礦區開采資料、地質環境監測資料和礦坑疏排水資料，以提前做好有關防護工作，減輕對建設工程的影響。②在場區及周邊設置簡易監測裝備，對水位和地形進行監測，及時發現變化情況，以采取相應的措施。

6 結論

在塌陷區內進行工程建設時，應做好采空塌陷地質災害的研究和危險性評估，以達到防災減災的目的。人類采礦工程活動對地質環境破壞大，影響嚴重，按照就高不就低的原則，地質環境條件復雜程度為復雜類型。采空塌陷地質災害的預測評估和綜合評估，均應以礦區內擬建工程為關注重點，綜合考慮采空塌陷地質災害成災特征和擬建工程特征，進行危險性評估。