麻家梁井田礦山地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀調(diào)查與分析

王青林 劉永芳 池 鵬

麻家梁煤礦位于山西省朔州市南部約15 km處，為朔南礦區(qū)總體規(guī)劃中四個(gè)待開(kāi)發(fā)大型煤礦中首個(gè)千萬(wàn)噸礦井，井田面積104.28 km2，礦井生產(chǎn)規(guī)模10.0 Mt/a，井田采用立井兩水平開(kāi)拓，目前開(kāi)采一水平+665 m 4號(hào)煤層。為了減少煤炭開(kāi)采活動(dòng)造成的礦山地質(zhì)環(huán)境破壞，提高礦產(chǎn)資源利用率，優(yōu)化礦產(chǎn)資源的合理開(kāi)發(fā)，促進(jìn)礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、資源環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，本次評(píng)估礦山開(kāi)采對(duì)地下水、地形地貌景觀、土地等資源的影響和破壞程度，為企業(yè)采取合理的礦山地質(zhì)災(zāi)害保護(hù)與恢復(fù)治理提供參考依據(jù)，本次工作在資料收集及現(xiàn)場(chǎng)踏勘的基礎(chǔ)上，進(jìn)行礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查，對(duì)存在的礦山地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題的發(fā)育程度、表現(xiàn)特征和成因進(jìn)行分析，并提出礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理建議。

1 地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀評(píng)估

麻家梁礦設(shè)計(jì)采用井下開(kāi)采方式，本礦山主要引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害為地面塌陷及伴生地裂縫，其他地質(zhì)災(zāi)害不發(fā)育。

1.1 崩塌、滑坡

麻家梁井田范圍內(nèi)地表為厚層新生界黃土層所覆蓋，地勢(shì)西南高，東北低，由于其地處山西高原平朔臺(tái)地南部的緩坡地帶，地形平坦開(kāi)闊，無(wú)陡坡峭壁，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查，崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害不發(fā)育。

1.2 泥石流

礦區(qū)范圍內(nèi)可能引發(fā)泥石流災(zāi)害的主要為矸石山，矸石堆放過(guò)程中分層覆土、分層碾壓，矸石場(chǎng)地處沖溝，采用填溝造地方式進(jìn)行施工，為了防治山體匯水形成泥石流，礦山在矸石場(chǎng)上游修筑截水溝，通過(guò)截水溝將雨水引入場(chǎng)地周邊排水溝向下游排泄；在場(chǎng)地上游溝口和下游溝口分別修建攔矸壩，下游攔矸壩與西溝底部修筑的排洪涵洞相連，設(shè)置排洪洞口。礦山針對(duì)矸石場(chǎng)泥石流隱患修建了一系列配套工程，因此不存在泥石流地質(zhì)災(zāi)害隱患。

1.3 采空區(qū)范圍及大小

麻家梁礦目前僅開(kāi)采了一、二、五采區(qū)的4號(hào)煤，經(jīng)過(guò)近幾年生產(chǎn)，共形成7個(gè)采空區(qū)（工作面），總面積2 926 196 m2，主要位于礦區(qū)中南部。

表1采空區(qū)面積及時(shí)間統(tǒng)計(jì)表

1.4 地面塌陷

（1）發(fā)育特征

礦區(qū)范圍內(nèi)的地面塌陷是由采煤引起的地面（采空）塌陷，地表下沉、平移傾斜、曲率、拉伸和壓縮等變形。隨著地下工作面的開(kāi)拓，會(huì)導(dǎo)致上覆巖體大面積整體性的移動(dòng)、沉陷或裂縫等，使土地本身的可利用性及其附著物受到影響，災(zāi)害種類單一，規(guī)模大，危害性大，為緩慢變形過(guò)程無(wú)明顯突發(fā)性。通過(guò)野外實(shí)際調(diào)查和收集資料，礦山現(xiàn)狀出現(xiàn)一塊塌陷區(qū)及多條伴生地裂縫，主要位于二采區(qū)，地面塌陷的面積為2.26 km2，塌陷區(qū)形狀整體不規(guī)則，沉陷面積小于開(kāi)采面積，沉陷中心下陷值最大。

根據(jù)麻家梁煤礦開(kāi)采現(xiàn)狀結(jié)合本次野外實(shí)際調(diào)查資料，總結(jié)麻家梁井田地面（采空）塌陷特點(diǎn)主要為①地面（采空）塌陷變形緩慢，無(wú)突發(fā)性；②分布面積大，無(wú)小型高陡塌陷坑；③礦區(qū)內(nèi)采掘工作面均為長(zhǎng)方形，塌陷盆地長(zhǎng)軸方向均與坑道走向一致；④塌陷對(duì)房屋影響為一緩慢變形過(guò)程，使大量房屋產(chǎn)生變形裂縫，裂縫寬度5 mm～40 mm不等，但不會(huì)引起突然坍塌（年久失修房屋例外），不會(huì)造成人員傷亡；⑤對(duì)耕地的影響主要為地面變形出現(xiàn)地裂縫，導(dǎo)致地形坡度增大，使農(nóng)田耕種、澆水困難造成糧食減產(chǎn)，但仍可耕種；⑥對(duì)道路影響主要為地基沉陷、變形，產(chǎn)生裂縫，影響交通通行，不會(huì)直接造成人員傷亡及車輛損失。

（2）地面（采空）塌陷危害情況

目前工作區(qū)的生產(chǎn)礦山頂板管理方法主要采用全部垮落法，這種方法使覆巖破壞最嚴(yán)重，冒落斷裂帶高度發(fā)展最充分。工作區(qū)煤層較為穩(wěn)定，工作面布置較為集中，單個(gè)工作面形成的采空區(qū)比較少，往往是多個(gè)工作面緊密相連。采空區(qū)的地表移動(dòng)盆地特征受采空區(qū)尺寸的影響，并決定了地表移動(dòng)盆地的形狀和分布特征，由于工作區(qū)煤層埋深一般較大，單個(gè)工作面往往不能達(dá)到充分采動(dòng)的條件，往往在地表形成碗型或槽型的地表移動(dòng)盆地，當(dāng)采空區(qū)的長(zhǎng)度和寬度均小于臨界開(kāi)采尺寸值時(shí)形成的地表移動(dòng)盆地呈碗型，當(dāng)采空區(qū)一個(gè)方向達(dá)到臨界而另一個(gè)方向未達(dá)到臨界開(kāi)采尺寸的時(shí)候往往形成槽型移動(dòng)盆地，當(dāng)采空區(qū)的長(zhǎng)度或?qū)挾戎辽僖粋€(gè)小于其埋深的1/4時(shí)其最大沉降值將遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論沉降值，往往不會(huì)形成明顯的地表移動(dòng)盆地，當(dāng)采空區(qū)的長(zhǎng)度或?qū)挾染笥谂R界開(kāi)采尺寸時(shí)為超充分采空區(qū)，此時(shí)將在地表移動(dòng)盆地的中間部分形成平底的部分，此時(shí)的地表移動(dòng)盆地往往呈盤型，由于工作區(qū)煤層均為傾斜煤層，所以地表移動(dòng)盆地的最大沉降值多向采空區(qū)傾斜方向的下方偏移。通過(guò)收集礦山地質(zhì)資料及實(shí)地觀測(cè)分析，預(yù)測(cè)最終礦山地面塌陷的面積為117.81 km2，地面最大沉降值為6 225.2 mm。

該地質(zhì)災(zāi)害為緩慢變形災(zāi)害，不會(huì)發(fā)生突然塌陷造成人員傷亡，對(duì)土地的破壞也是緩慢的過(guò)程，地表會(huì)有不同程度地形起伏，不會(huì)形成大面積塌陷坑，對(duì)耕地農(nóng)作物會(huì)造成減產(chǎn)但不影響耕種。本區(qū)的塌陷主要是大量開(kāi)采煤炭資源，地表形成地面（采空）塌陷區(qū)，目前塌陷區(qū)總面積近2.26 km2，塌陷區(qū)范圍之內(nèi)主要影響的對(duì)象為耕地以及公路。

1.5 地裂縫

塌陷區(qū)的地裂縫主要為動(dòng)態(tài)裂縫，它隨回采工作面的向推，在工作面前方引發(fā)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)拉伸區(qū)，裂縫的寬度和深度較大，延展形狀為弧形分布，大體與工作面平行且垂直于工作面前進(jìn)方向，隨著回采推進(jìn)通過(guò)本區(qū)域后，動(dòng)態(tài)拉伸區(qū)向動(dòng)態(tài)壓縮區(qū)轉(zhuǎn)變，動(dòng)態(tài)裂縫再次重新閉合。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，礦區(qū)內(nèi)的地裂縫主要由開(kāi)采4號(hào)煤層所致。地裂縫主要以NE或NNE向?yàn)橹?，平面表現(xiàn)形式為直線型、折線型或S型，裂縫深度及寬度一般為幾米至十幾米不等。由于礦區(qū)地處平原，且土地類型以耕地為主，地裂縫的產(chǎn)生將給當(dāng)?shù)氐木用駶驳貛?lái)不便，水會(huì)沿裂縫下灌地裂縫對(duì)地形地貌及土地資源影響嚴(yán)重。

1.6 地面塌陷及伴生地裂縫的影響程度

區(qū)內(nèi)形成的地面塌陷及伴生地裂縫導(dǎo)致耕地、公路等被毀壞或受到威脅，現(xiàn)狀地面塌陷和地裂縫已經(jīng)造成了約2.26 km2旱地和約0.008 km2的公路受到影響。采礦引起的地面塌陷和地裂縫在一定程度上改變了地表徑流的方向和匯水條件，使部分地表水地裂縫滲入地下，無(wú)法對(duì)農(nóng)田進(jìn)行澆灌，給當(dāng)?shù)鼐用窀N造成不便，進(jìn)而造成農(nóng)作物減產(chǎn)，礦山開(kāi)采造成的地面塌陷損壞了礦區(qū)內(nèi)公路，對(duì)車輛通行造成不便。

1.7 地表移動(dòng)的延續(xù)時(shí)間

根據(jù)《“三下”采煤規(guī)程》中的地表移動(dòng)的延續(xù)時(shí)間公式計(jì)算地表穩(wěn)沉?xí)r間：

式中：T—穩(wěn)沉?xí)r間 （a）

H—礦體埋深 （m）

計(jì)算知：4#煤埋深為520 m～820 m，地表移動(dòng)延續(xù)時(shí)間為3.56年～5.62年，由于地面塌陷的形成原因復(fù)雜，綜合確定地表移動(dòng)的延續(xù)時(shí)間為6年。

2 結(jié)語(yǔ)與建議

2.1 結(jié)論

（1）在礦井生產(chǎn)過(guò)程中，不存在崩塌、滑坡、泥石泥地質(zhì)災(zāi)害隱患但需要對(duì)因采礦引起的地面塌陷、地裂縫等次生地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行重點(diǎn)防治。

（2）根據(jù)地表移動(dòng)的延續(xù)時(shí)間計(jì)算可知，地面移動(dòng)的延續(xù)周期較長(zhǎng)，后期采取恢復(fù)治理措施周期應(yīng)與地面移動(dòng)的延續(xù)周期相同甚至更長(zhǎng)。

（3）預(yù)測(cè)評(píng)估認(rèn)為隨著礦山在地下開(kāi)采，采空區(qū)范圍的擴(kuò)大造成的地面塌陷對(duì)原生的地形地貌景觀影響和破壞程度較大，對(duì)地形地貌影響程度為嚴(yán)重。

2.2 建議

（1）在礦山開(kāi)采過(guò)程中要切實(shí)加強(qiáng)礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)，建立健全礦山地質(zhì)災(zāi)害環(huán)境監(jiān)測(cè)機(jī)制和礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警機(jī)制，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)地面塌陷及次生災(zāi)害。

（2）由于本礦山生產(chǎn)年限較長(zhǎng)且礦山環(huán)境影響是動(dòng)態(tài)的，在未來(lái)開(kāi)采過(guò)程中影響礦山生產(chǎn)及地質(zhì)環(huán)境的因素很多，建議依據(jù)礦山生產(chǎn)實(shí)際變化情況調(diào)整治理措施以達(dá)到最佳效果。