某煤礦專項(xiàng)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估及防治措施建議

［關(guān)鍵詞］煤礦；地質(zhì)災(zāi)害；危險(xiǎn)性評(píng)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(shí)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(duì)平緩地段易引發(fā)采空塌陷、地裂縫，在地勢(shì)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(píng)估工作一般是對(duì)煤礦開采計(jì)劃進(jìn)行假設(shè)、將整個(gè)礦區(qū)范圍進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)估，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的誘發(fā)因素、危害程度、危險(xiǎn)性大小進(jìn)行定性論述，未進(jìn)行有效論證，同時(shí)和礦井生產(chǎn)規(guī)劃銜接性、針對(duì)性及時(shí)效性不夠，對(duì)礦井生產(chǎn)、建設(shè)中地質(zhì)災(zāi)害的認(rèn)識(shí)、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(xiǎn)性評(píng)估報(bào)告僅作為程序性文件。

本文以某煤礦為例進(jìn)行專項(xiàng)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估，對(duì)未來兩年開采區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)，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(píng)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?yàn)橐黄冢O(shè)計(jì)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(bào)告，2015年完成初步設(shè)計(jì)，經(jīng)幾次變更調(diào)整，2020年10月完成初步設(shè)計(jì)的修編工作，劃分為兩個(gè)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(zhǎng)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(hào)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(duì)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(yáng)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(píng)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(píng)估級(jí)別及類型

該項(xiàng)目為較重要建設(shè)項(xiàng)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(xiǎn)性評(píng)估規(guī)范（GB/T 40112-2021）[5]中的“表1地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估分級(jí)表”，評(píng)估級(jí)別確定為一級(jí)。

通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、走訪，本次評(píng)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(shí)履行邊生產(chǎn)、邊治理、邊保護(hù)、邊恢復(fù)的主體責(zé)任，實(shí)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(shí)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(duì)性及時(shí)效性，本次評(píng)估按照煤礦未來兩年的開采計(jì)劃的區(qū)域進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)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(píng)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(xiǎn)性評(píng)估

2.1 現(xiàn)狀評(píng)估

根據(jù)資料收集及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，評(píng)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(duì)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(xiǎn)性小。

2.2 預(yù)測(cè)評(píng)估

2.2.1 采動(dòng)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(dòng)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(dòng)角（δ）、下山移動(dòng)角（β）、走向邊界角（δ₀）、下山邊界角（β₀）作移動(dòng)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(diǎn)，根據(jù)地形條件，將地表移動(dòng)變形后可能會(huì)引發(fā)、加劇的地質(zhì)災(zāi)害的影響范圍以及地表移動(dòng)變形邊界作為礦山采煤對(duì)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(duì)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(dòng)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(xiǎn)性預(yù)測(cè)評(píng)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(jì)劃圖，主要的開采煤層為15-2，將形成5個(gè)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(jì)算及RocFall軟件模擬兩種方法計(jì)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(jì)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(duì)工作面開采結(jié)束后采動(dòng)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，計(jì)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(jì)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(huì)發(fā)生大面積滑動(dòng)，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(dòng)面，覆蓋層較厚區(qū)域地下開采引發(fā)淺表層滑動(dòng)的可能性大。

（3）采空塌陷

未來兩年采掘工程計(jì)劃圖，主要的開采煤層為15-2，按《地方煤礦實(shí)用手冊(cè)》[7] 計(jì)算煤層安全開采深度為455 m。評(píng)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(xiǎn)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(xiǎn)性中等—大。

2.3 綜合評(píng)估

根據(jù)本項(xiàng)目工程特征和評(píng)估區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件、地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性現(xiàn)狀評(píng)估和預(yù)測(cè)評(píng)估結(jié)果，按照地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分級(jí)“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(píng)估將煤礦開采及其影響范圍整體劃分為1個(gè)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性大區(qū)，1個(gè)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性中區(qū)和1個(gè)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)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(cè)”的方式。對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性大的區(qū)域應(yīng)采取禁采或者搬遷的形式，對(duì)于危險(xiǎn)性中等及小區(qū)可以采取監(jiān)測(cè)或者“監(jiān)測(cè)+治理”的措施。由于專項(xiàng)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估主要是針對(duì)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(duì)已采和治理難度小的區(qū)域。治理措施可以分步實(shí)施，在工作面回采前應(yīng)完成。

4. 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（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(xiǎn)性評(píng)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(xiàng)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估以未來兩年開采區(qū)域?yàn)橹攸c(diǎn)，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(duì)性及時(shí)效性，從而促進(jìn)煤礦的安全、可持續(xù)開采。