保德煤礦梅花溝地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估

翁海龍

(神東煤炭集團(tuán)保德煤礦，山西 忻州 036600)

0 引言

神華神東煤炭集團(tuán)保德煤礦位于山西省保德縣境內(nèi)，井田面積55.9 km2。屬于山西省河?xùn)|煤田，山西地臺(tái)的北部，呂梁隆起北段之西翼，鄂爾多斯盆地東部邊緣，晉西撓褶帶的中部。本區(qū)地處黃河?xùn)|岸，屬黃土高原的晉西北邊緣，呈黃土溝峁、丘陵地貌，總體地勢(shì)中部低、南北高，最高處標(biāo)高1 148.1 m，最低處位于朱家川溝底，標(biāo)高812.2 m，最大高差335.9 m。井田內(nèi)地形切割嚴(yán)重，溝深坡陡，植被稀少，溝谷呈“V”字形，多呈南北向展布，溝深82～146.6 m不等。

由于受大地構(gòu)造及區(qū)域構(gòu)造的控制[1-2]，井下揭露的8#煤層中上部裂隙發(fā)育，均呈張性外生裂隙，裂隙面有明顯的滑動(dòng)擦痕，裂隙帶內(nèi)煤巖較破碎。裂隙帶均呈條帶狀分布，間距在150 m左右。裂隙走向多與煤層走向一致(即近南北向)，傾向與煤層傾向基本一致(即向西傾斜)，裂隙傾角較大，一般大于50°。

81503工作面距保德縣城較近，采面靠縣城側(cè)，附近還有村莊和信號(hào)塔。地表為較厚的黃土堆積山體，并存在有古滑坡，同時(shí)繁莊塔、梅花溝2個(gè)黃河支流的小流域從采面上穿過，經(jīng)過保德縣城匯入黃河。冒然開采該段煤層，產(chǎn)生的采空區(qū)塌陷對(duì)地表破壞大，易造成山體滑坡和泥石流，威脅流域內(nèi)、山體下村莊和保德縣城。

1 梅花溝概況及地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 梅花溝概況

梅花溝主溝即發(fā)源于縣城東關(guān)鎮(zhèn)新莊子村，于縣城境東南向北穿越下游的城區(qū)注入黃河。梅花溝主溝長約6.5 km，流域面積12.44 km2，溝谷縱比降51‰，主溝上游地形狹窄，呈“V”字型，主溝溝道多彎曲，相對(duì)高差大，溝床比降較陡；兩岸岸坡較陡，坡度多在50°～70°之間，支溝、小沖溝極其發(fā)育；主溝下游斷面比較窄深，呈“V”字型，地勢(shì)陡峭，兩岸山體因?yàn)椴町愋燥L(fēng)化原因，形成大量線狀分布的崩塌，溝壁有明顯的泥石流痕跡，溝底基巖出露。梅花溝流域匯水面積約為12.44 km2。曾經(jīng)發(fā)生大規(guī)模泥石流并襲擊了保德縣城。目前該溝溝道彎曲，固體物源儲(chǔ)量豐富，并沒有因暴泥石流規(guī)模大、間歇時(shí)間較短就消除了危險(xiǎn)，遇連續(xù)降雨或暴雨仍可誘發(fā)大規(guī)模的泥石流。

1.2 地質(zhì)環(huán)境條件

氣象：屬北溫帶大陸性干燥氣候，年平均降雨量為410.2 mm，雨量集中在7—8月份，月最大降雨量171.4 mm，日最大降雨量86.3 mm。

水文：屬黃河流域水系，朱家川河為區(qū)內(nèi)唯一季節(jié)性河流，從井田中南部自東向西穿過并匯入黃河。7—8月份的洪水流量高達(dá)3.80～7.34 m3/s，占總流量的92%；洪水期內(nèi)流量的日變化也很大，洪水瞬時(shí)流量高達(dá)181～401 m3/s。

地形地貌：地處黃河?xùn)|岸、屬黃土高原晉西北邊緣，呈黃土溝峁、丘陵地貌，地勢(shì)中部低、南北高，最高處標(biāo)高1 148.1 m，最低處位于朱家川溝底，標(biāo)高812.2 m，最大高差335.9 m。井田內(nèi)地形切割嚴(yán)重，溝深坡陡，植被稀少，溝谷呈“V”字形，多呈南北展布，溝深82～146.6m不等。

地層：礦區(qū)內(nèi)大面積被新生界地層覆蓋，僅在溝谷中出露基巖。據(jù)鉆探揭露及地表調(diào)查，區(qū)內(nèi)地層有奧陶系、石炭系、二疊系、新近系及第四系，地層結(jié)構(gòu)見表1。

表1 地層結(jié)構(gòu)

巖土體類型：根據(jù)組成巖體結(jié)構(gòu)體及巖體結(jié)構(gòu)面的特征，將本井田巖體劃分為4大巖體結(jié)構(gòu)類型，即散體結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)和塊狀結(jié)構(gòu)。

水文地質(zhì)：主要含水層為奧灰含水層，大面積出露于礦區(qū)東部，接受大氣降水的補(bǔ)給，水量豐富，并沿含水層由東向西逕流。

2 梅花溝地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估

2.1 評(píng)估程序和級(jí)別

評(píng)估工作主要采用收集現(xiàn)有資料、工程地質(zhì)測(cè)繪、地面調(diào)繪相結(jié)合、室內(nèi)進(jìn)行綜合分析評(píng)估的工作方法，評(píng)估主要流程如圖1所示。

圖1 評(píng)估主要流程

評(píng)估81503工作面地表，調(diào)查表明該區(qū)域構(gòu)造較復(fù)雜；據(jù)鉆探揭露及地表調(diào)查，區(qū)內(nèi)地層有奧陶系、石炭系、二疊系、新近系及第四系，巖性巖相不穩(wěn)定；地表以第四系黃土覆蓋為主，由于黃土自身特性其工程地質(zhì)條件較差；此外溝谷下游出露有砂泥巖互層，由于風(fēng)化作用造成大量崩塌、風(fēng)化體覆蓋于斜坡，其工程地質(zhì)性質(zhì)差。按照《地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估技術(shù)要求》中地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜程度分類標(biāo)準(zhǔn)綜合判斷，保德煤礦井田地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度屬復(fù)雜類型。

2.2 評(píng)估范圍及地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀

從梅花溝流域及81503工作面邊界向外擴(kuò)50 m作為評(píng)估邊界，評(píng)估面積共計(jì)12.44 km2；調(diào)查范圍對(duì)滑坡、崩塌而言，考慮到一級(jí)斜坡頂部，對(duì)泥石流而言考慮全流域，調(diào)查面積共計(jì)13.51 km2。保德煤礦梅花溝及81503工作面環(huán)境地質(zhì)圖如圖2所示。

圖2 保德煤礦梅花溝及81503工作面環(huán)境地質(zhì)圖

評(píng)估區(qū)主要地質(zhì)災(zāi)害類型分為：黃土(加基巖)滑坡災(zāi)害、崩塌災(zāi)害、泥石流災(zāi)害和地面塌陷4類[3-5]。根據(jù)評(píng)估區(qū)實(shí)地勘查主要結(jié)論如下：

滑坡災(zāi)害全區(qū)均有分布，但集中分布于溝谷上游，本次項(xiàng)目區(qū)共調(diào)查35處滑坡災(zāi)害；崩塌災(zāi)害廣泛分布于溝谷中下游，本次評(píng)估區(qū)共發(fā)育9處典型崩塌災(zāi)害，其中主要以線、面分布于溝谷中下游位置，在已發(fā)生崩塌落石的陡崖上仍然保留部分危巖體。

黃土基巖滑坡H01滑體長570 m，寬190 m，滑體厚度10～20 m，滑體700 000 m3，滑向300°，后壁明顯，高約15 m；滑體陡坎前部形成約62 500 m2的滑坡平臺(tái)，坡度約17°；滑坡陡坎后部可見拉張裂縫；滑體平面形態(tài)呈圈椅狀，滑坡發(fā)生的力學(xué)性質(zhì)為牽引式；滑坡主要誘因?yàn)闇瞎认挛g形成下部臨空面，在降雨和重力重合作用下導(dǎo)致滑坡，危害大，危險(xiǎn)性大。

通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與分析，評(píng)估區(qū)共發(fā)育崩塌9處。主要發(fā)育于黃土、紅粘土、砂巖、砂、泥巖中。崩塌體規(guī)模小～中，體積1 000～20 000 m3。崩塌體物質(zhì)主要為黃土、風(fēng)化砂巖，砂、泥巖。

梅花溝泥石流災(zāi)害發(fā)育明顯，根據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0220-2006)中泥石流災(zāi)害暴發(fā)規(guī)模等級(jí)表。判定評(píng)估區(qū)泥石流規(guī)模為大型泥石流災(zāi)害。

梅花溝主溝及支溝可提供豐富的松散固體物質(zhì)。松散固體物質(zhì)包括主溝溝口及下游堆積有多次洪水、泥石流攜帶的大量沖洪積物，谷坡兩側(cè)基巖上覆一定厚度的坡、殘積物，溝道及支溝中滑坡、崩塌、錯(cuò)落、剝落等各種不良物理地質(zhì)作用所形成的坡積物、崩積物，黃土頂部一定厚度的松散風(fēng)積物，以及溝中人類生產(chǎn)生活產(chǎn)生的生活垃圾和棄土廢渣等物質(zhì)。

采空區(qū)塌陷評(píng)估區(qū)主要表現(xiàn)特征為地裂縫和地面塌陷，地裂縫發(fā)育特征為裂縫平行工作面推進(jìn)方向，裂縫長約3～4 km，寬0.3～0.4 m，面積約0.1 km2；其突出的特點(diǎn)為地裂縫平行展布，且和地下采空區(qū)展布方向有很好的一致性。

3 開采誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害防減災(zāi)措施及治理方案

3.1 防災(zāi)減災(zāi)措施

在井下開采過程中，同時(shí)應(yīng)進(jìn)行地表變形觀測(cè)，總結(jié)該礦地表變形的規(guī)律。對(duì)采區(qū)地表變形量及變形方式進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)估。對(duì)采空可能影響的村民住戶房屋的變形程度做到提前告知，最大限度地降低采空區(qū)地表變形引起的毀壞，減少人民財(cái)產(chǎn)的損失。

礦山工程建設(shè)和生產(chǎn)期間，礦山開發(fā)單位要對(duì)礦區(qū)引發(fā)或加劇的地質(zhì)災(zāi)害，特別是地面塌陷、地裂縫、滑塌、泥石流等加強(qiáng)監(jiān)測(cè)預(yù)防。對(duì)居民住戶附近的地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)，要設(shè)專人監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)隱患及時(shí)消除，做到防患于未然。

對(duì)煤礦開采引發(fā)和加劇的滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害，建議“勤調(diào)查、勤監(jiān)測(cè)、勤預(yù)防、勤治理”，做好預(yù)防，避免危及人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

地質(zhì)災(zāi)害的防治，應(yīng)貫徹“防治結(jié)合，以防為主，綜合治理”的原則，通過保護(hù)環(huán)境，恢復(fù)植被，加強(qiáng)減災(zāi)防災(zāi)宣傳，應(yīng)用法律、行政等措施規(guī)范人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)行為，削弱、抑制滑坡、崩塌、泥石流發(fā)生及形成條件，從而減少或減弱滑坡、崩塌、泥石流規(guī)模、頻率，達(dá)到控制崩塌、泥石流危害的目的；采取預(yù)警措施，在滑坡、崩塌、泥石流發(fā)生前進(jìn)入安全區(qū)躲避，避開滑坡、崩塌、泥石流危險(xiǎn)區(qū)，減少、防止災(zāi)害的發(fā)生，通過預(yù)防措施做到防患于未然。但對(duì)滑坡、崩塌、泥石流危害區(qū)已有的設(shè)施，還必須通過工程治理才能得到控制，以達(dá)到保護(hù)地質(zhì)環(huán)境，避免和減少災(zāi)害損失為目的。

根據(jù)崩塌、泥石流的發(fā)生條件、活動(dòng)特點(diǎn)及危害狀況、發(fā)展趨勢(shì)和治理緊迫性，從全局的角度考慮，針對(duì)崩塌、泥石流發(fā)生時(shí)不同地段地質(zhì)災(zāi)害的危害程度、發(fā)生規(guī)模區(qū)別輕重緩急，采取切實(shí)可行的、相互關(guān)聯(lián)的工程措施，對(duì)崩塌、泥石流災(zāi)害統(tǒng)一規(guī)劃治理。全面綜合地制定崩塌、泥石流防治規(guī)劃，應(yīng)充分體現(xiàn)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)、經(jīng)濟(jì)及生態(tài)環(huán)境的良好效益，避免由一種災(zāi)害轉(zhuǎn)換為另一種災(zāi)害；堅(jiān)持綜合治理和長期監(jiān)測(cè)相結(jié)合，在保證有效治理的同時(shí)，盡可能減少對(duì)當(dāng)?shù)厝罕娎娴膿p害。

根據(jù)不同崩塌、泥石流溝的特點(diǎn)，因地制宜地選擇不同的防治措施，結(jié)合實(shí)際，充分利用現(xiàn)有林帶防護(hù)工程，進(jìn)行崩塌災(zāi)害防治，做到技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理，以達(dá)到防治的最佳效果和最大的經(jīng)濟(jì)利益。

3.2 泥石流治理方案與預(yù)防措施

梅花溝泥石流的防治原則是3個(gè)結(jié)合，即防治結(jié)合，生物措施與工程措施結(jié)合，全面規(guī)劃與綜合治理結(jié)合。

治理方案一：以抑制泥石流發(fā)生為主的方案，采取修建溝渠、植樹造林等方式將泥石流的水源和松散固體物質(zhì)的聚積排出和固定；以行政管理、法令措施消除激發(fā)泥石流的人為因素，從而在源頭上抑制泥石流的發(fā)生；主要在梅花溝內(nèi)建設(shè)多級(jí)攔擋措施，對(duì)泥石流進(jìn)行分級(jí)攔擋，將泥石流中攜帶的固體物質(zhì)淤積于河谷中，避免對(duì)下游造成危害。

治理方案二：以疏導(dǎo)泥石流過境為主的方案，主要采取攔擋、排導(dǎo)、疏通等河道改造工程(主要在溝口位置進(jìn)行)，調(diào)節(jié)泥石流流量、消減龍頭能量，促使泥石流分流或解體，攔擋泥石中石塊，降低其沖擊力，從而控制通過梅花溝流域的泥石流流量、流速，使其順利過境而不危及兩岸保護(hù)區(qū)的安全。

預(yù)防措施：梅花溝泥石流的預(yù)防措施主要集中在城鎮(zhèn)，工程建設(shè)中應(yīng)做好前期總體建設(shè)規(guī)劃；對(duì)溝內(nèi)生產(chǎn)、生活中產(chǎn)生的固體廢棄物進(jìn)行集中堆置、處理；改善梅花溝流域生態(tài)環(huán)境；做好泥石流監(jiān)測(cè)預(yù)警等方面的工作。

4 結(jié)論

(1)地質(zhì)災(zāi)害的防治，要貫徹“防治結(jié)合，以防為主，綜合治理”的原則。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研需要對(duì)評(píng)估范圍內(nèi)的村落布局、重要設(shè)施、地面溝壩、滑坡分布情況以及地形地貌、地層巖性等實(shí)際情況，做出現(xiàn)有條件下可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域范圍及影響程度。通過保護(hù)環(huán)境，恢復(fù)植被，應(yīng)用法律、行政等措施規(guī)范人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)行為，削弱、抑制滑坡、崩塌、泥石流發(fā)生及形成條件，從而減少或減弱滑坡、崩塌、泥石流規(guī)模、頻率，達(dá)到控制崩塌、泥石流危害的目的。然后全面整體規(guī)劃，對(duì)重點(diǎn)區(qū)域加強(qiáng)防治，各種防治措施緊密結(jié)合，因地制宜開展防護(hù)工作。

(2)礦井開采設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中，從全局的角度考慮，針對(duì)崩塌、泥石流發(fā)生時(shí)不同地段地質(zhì)災(zāi)害的危害程度、發(fā)生規(guī)模區(qū)別輕重緩急，采取切實(shí)可行的、相互關(guān)聯(lián)的工程措施，對(duì)崩塌、泥石流災(zāi)害統(tǒng)一規(guī)劃治理。全面綜合地制定崩塌、泥石流防治規(guī)劃，應(yīng)充分體現(xiàn)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)、經(jīng)濟(jì)及生態(tài)環(huán)境的良好效益，避免由一種災(zāi)害轉(zhuǎn)換為另一種災(zāi)害；堅(jiān)持綜合治理和長期監(jiān)測(cè)相結(jié)合，在保證有效治理的同時(shí)，盡可能減少對(duì)當(dāng)?shù)厝罕娎娴膿p害。

(3)礦井開采時(shí)刻將安全放在第一位，不僅考慮井下，還要考慮地表，以確保礦井生產(chǎn)的安全、正常運(yùn)行，通過此次評(píng)估和措施的實(shí)施，回采該區(qū)域采煤工作面未惡化生產(chǎn)環(huán)境。