山西省礦山地質(zhì)災害發(fā)生原因及防治對策

張曉志

（山西省第三地質(zhì)工程勘察院，山西 晉中 030620）

隨著能源開采逐步向深部延伸，礦山地質(zhì)災害的防治水工作中扮演的角色愈發(fā)重要，準確判斷井下底板是否穩(wěn)定是礦企安全開采所面臨的一個重要課題。井田構(gòu)造復雜程度為簡單，可采礦層為4、7、9號礦層，現(xiàn)開采太原組頂部的4號礦層，開采區(qū)經(jīng)常發(fā)生水文災害，嚴重影響礦山的正常開采。為此，準確快速的判斷地質(zhì)災害的來源，事關(guān)下一步地質(zhì)災害治理工作的推進及礦山的安全生產(chǎn)。

1 礦山地質(zhì)概況

龍泉井田位于黃河流域汾河水系北部。嵐河是汾河的一級支流，在井田東部穿過。龍泉川河是嵐河的支流，為季節(jié)性河流，由西南向北東流過。龍泉井田行政區(qū)歸屬于婁煩縣龍泉鄉(xiāng)管轄，地理位置為：東經(jīng)111°45′04″—111°50′58″，北緯38°08′50″—38°11′53″，如圖1所示，此次研究礦山南北距離約6km，東西距離約8km,總面積約35平方千米。龍泉井田地層整體走向為北西、北東方向略有傾斜，研究區(qū)內(nèi)共有61個鉆孔，周圍發(fā)現(xiàn)14個鉆孔，出露的向斜斷層及背斜分別為1條、6條，可以斷定該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造較為簡單。區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定可開采礦層分為三層，在太原組發(fā)育較明顯，年均能源產(chǎn)量約為500萬噸。

2 礦山地質(zhì)災害發(fā)生后探查工作情況

4301采區(qū)發(fā)生突水后，礦企針對該區(qū)域進行了專項水文地質(zhì)探查工作，完成井下水文鉆孔12個，其中6個太灰孔（SW2、SW4、SW5、SW6、SW7、SW8）、4個 太 灰 奧 灰 混 合 孔（SW1、SW3、3號、7號）、2個奧灰孔（OW1、OW2）。

3 開采區(qū)發(fā)生地質(zhì)災害的原因分析

4301采區(qū)上部為龍泉川河的支溝，平時干涸，突水點礦層埋深在700m左右，松散層厚度約70m，采動裂隙發(fā)育高度難以到達松散層，且工作面周邊無老小窯開采歷史，故4301采區(qū)地質(zhì)不穩(wěn)定礦層為頂板砂巖層、底板太原組、底板奧灰層，現(xiàn)分析如。

頂板山西組砂巖層抗侵蝕性弱～中等，井田內(nèi)已回采完畢的4201采區(qū)頂板抗侵蝕能力已經(jīng)達到極限，回采后逐漸衰減至很小。此外，4301采區(qū)附近無貫通地表的大型構(gòu)造，排除了出水點來自頂板水。

底板太灰水整體富水性弱，4301采區(qū)鉆孔初始出水一般在K3、L3灰?guī)r附近，正常塊段施工的太灰孔終孔富水性弱。另外已回采的4201工作面回采過程中底板破壞發(fā)育深度與K3砂巖深度幾乎相互貫通，但未發(fā)生底板異常。上述情況表明太原組K3砂巖富水性弱，且太原組灰?guī)r層厚較薄、巖溶裂隙發(fā)育規(guī)模小，難以抵抗突發(fā)地質(zhì)災害侵蝕。

本區(qū)接近下靜游泉的排泄區(qū)，屬于徑流發(fā)育、地質(zhì)活動頻繁地段，區(qū)域上奧灰富水性較強。井田奧灰含水層富水性弱～強，水文狀態(tài)極不穩(wěn)定。4301采區(qū)正常地段涌水量約1～2m3/h，突水地段附近的3、7號鉆孔鉆探至奧灰頂部出水量較大，涌水量可達100m3/h，具備提供穩(wěn)定、持續(xù)大量涌水的條件。

綜上，通過對4301工作面底板含水層富水性、出水前后太灰、奧灰含水層流場變化、出水點水化學特征以及太灰、奧灰含水層水力聯(lián)系的分析，認為4301工作面突水水源是以奧灰水為主、太灰水參與的混合水。

4 探查方法

4.1 物探探查

工作面回采前進行了槽波礦震勘探和音頻電透視，結(jié)果顯示目前的停采位置存在數(shù)條小型斷層，斷層落差0～4m。

4.2 鉆探探查

4301工作出水點附近施工的3號孔鉆進至170m附近時（太原組與本溪組界面處），卡鉆現(xiàn)象比較嚴重，礦體破碎，水量逐漸增大到100m3/h，同時從鉆孔噴出碎塊、碎片礦物來看，其礦物特性有泥巖、砂質(zhì)泥巖、鋁土泥巖、細砂巖等，說明170m孔深處礦層破碎，說明3號孔鉆至4301開采位置集中通道上。

綜上所述，物探解釋的構(gòu)造異常體準確性高，為開采區(qū)易發(fā)生地質(zhì)災害的可能性大，認為4301采區(qū)為底板集中裂隙發(fā)育帶或隱伏構(gòu)造。

4.3 地質(zhì)災害危險性評價

圖1 龍泉井田地質(zhì)概況圖

本次采用《煤礦防治水細則》中推薦的突水系數(shù)法進行評價，公式為：T=P/M。通過理論計算，分析評價采區(qū)承受太灰、奧灰?guī)Оl(fā)生水文異常的可能性大小，為確定災害發(fā)生根源提供佐證。

評價選取礦山地質(zhì)勘測資料，即太灰區(qū)域水文標高取+1180.25m，奧灰區(qū)水文標高取+1130m。礦層底板標高為+520～+625m，礦層開采承受太灰水和奧灰水雙重帶壓開采。

4301開采區(qū)最低點與太灰、奧灰含水層的隔水層厚度分別為15.07m、113.07m，經(jīng)計算，工作面太灰含水層帶壓開采的最大突水系數(shù)為0.439MPa/m，大于隔水層完整無斷裂構(gòu)造破壞地段臨界值0.1 MPa/m，發(fā)生突水的可能性很大；工作面奧灰含水層帶壓開采的最大突水系數(shù)為0.063MPa/m，略大于底板受構(gòu)造破壞地段臨界值0.06MPa/m，在正常塊段發(fā)生地質(zhì)災害的可能性小，但在構(gòu)造破壞地段災害可能性大，這與4301采區(qū)正常地段涌水量無異常、構(gòu)造裂隙帶發(fā)生突水的實際較為一致。

5 礦山地質(zhì)災害防治對策

龍泉礦經(jīng)常發(fā)生地質(zhì)災害，斷裂構(gòu)造是誘發(fā)災害發(fā)生的一個因素，因此礦山地質(zhì)災害防治應以底板奧灰地質(zhì)層水文災害防治為中心，以底板隔滲流疏導探查為重點。

對奧灰層災害防治采用留設防侵蝕礦柱與底板注漿加固改造方案相結(jié)合的方式，對頂板在發(fā)生水文災害同時采用局部預疏放，結(jié)合自然疏放的防治思路。為了能夠妥善完成地質(zhì)災害防治工作，在礦山開采工作正式開始之前，應當設計出來科學合理的安全開采數(shù)據(jù)。

除此之外在礦山開采工作進行的過程當中，也應當使用掃描和監(jiān)控等措施來控制采礦深度，使礦山邊坡的穩(wěn)定性可以得到保證，為了規(guī)避礦山開采環(huán)節(jié)當中巖石變形以及裂縫等問題引發(fā)的滑坡問題，在開采工作正式開始之前，一定需要完成的是專業(yè)地質(zhì)工程測量工作，在采礦之前應當妥善完成預期性準備工作，確定下來科學合理的斜坡以及渣土傾倒數(shù)量，并開展一定防護措施，為后續(xù)渣墻保護墻構(gòu)建工作的順利開展做出保證，假如在采礦工作進行的過程當中，發(fā)生的各種災害都可以得到有效地控制，由地質(zhì)災害引發(fā)的重大損失就可以規(guī)避，與此同時在采礦工作進行的過程當中，各個工作人員的操作應當向著標準化的方向轉(zhuǎn)變，以免引發(fā)地質(zhì)災害問題。

6 結(jié)論

通過對4301開采點水文地質(zhì)災害的危險性評價等相關(guān)分析，判斷4301開采點底板不穩(wěn)定地帶是以奧灰層、太灰層表現(xiàn)較為明顯，底板的構(gòu)造裂隙帶是易發(fā)生災害區(qū)域。

礦山地質(zhì)災害發(fā)生往往是多種因素共同作用產(chǎn)生的，這就需要對研究礦區(qū)要有詳實的勘測得到準確數(shù)據(jù)。在日常防災工作中礦企需做好各項觀測記錄，及時總結(jié)井下水文情況，進而更好的指導礦山生產(chǎn)。