蘭利煤礦地質(zhì)災(zāi)害分析與治理分區(qū)

徐欣芳

(陜西省一三一煤田地質(zhì)有限公司，陜西韓城715400)

通過對煤礦礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀的調(diào)查，收集礦區(qū)的地形地貌、水文、植被、地質(zhì)構(gòu)造、礦山及周邊其他人類重大工程活動資料，提取數(shù)據(jù)，依據(jù)相關(guān)公式計算，獲得礦山開發(fā)活動范圍內(nèi)的各類地質(zhì)災(zāi)害種類及危害程度，對礦山地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行針對性治理，使礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)成為可能。

1 礦區(qū)信息概述

1.1 地形地貌

礦區(qū)構(gòu)造為剝蝕低山區(qū)，溝谷及兩側(cè)附近，基巖出露。地形高程以黃河河床為最低（+378m），礦區(qū)西部為最高（+626m），地形高程為+400～+600m。最大相對高差為248m，一般均超過100m。地形總體趨勢為西北高，向東南方向逐漸降低。地貌為低山丘陵、河流階地地貌，主要以低山丘陵地貌為主，溝谷切割強(qiáng)烈，地表則均被第四系黃土覆蓋，約占煤礦總面積90%。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

礦區(qū)的基本構(gòu)造形態(tài)為——走向NNE，傾向NWW，走向與傾向有波狀起伏的單斜構(gòu)造，傾角一般在8°左右。區(qū)內(nèi)大中型斷裂不發(fā)育，斷距大于10m 的斷層均未發(fā)現(xiàn)。

據(jù)歷史記載，1556年華縣大地震對本區(qū)的影響烈度達(dá)8度。韓城地區(qū)1959年8月曾發(fā)生5.4級地震，震感強(qiáng)烈。近30年來弱震活動較頻繁，時有小地震發(fā)生。根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2015），評估區(qū)地震動峰值加速度為0.15g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.40s，相應(yīng)的地震烈度為Ⅶ度。

1.3 水文

煤礦內(nèi)常年性地表水流未見存在，黃河由北向南流經(jīng)礦區(qū)的東部，形成秦晉兩省的天然分界。并于桑樹坪鎮(zhèn)康家?guī)X東側(cè)老洼坳入境，流經(jīng)桑樹坪鎮(zhèn)、龍門鎮(zhèn)、西莊鎮(zhèn)、新城鄉(xiāng)，于芝川鎮(zhèn)姚家莊村南落崖下出境，流長65km。以河心主流中心線為界，與山西鄉(xiāng)寧、河津、萬榮三縣隔岸相望。地下水含水層其巖性及儲水空間有松散巖類孔隙含水層、碎屑巖裂隙含水層和灰?guī)r巖溶裂隙含水層三種類型。

1.4 植被

由于韓城屬于華北暖溫帶落葉闊葉林帶的西段，區(qū)內(nèi)植被類型多為中部淺山丘陵栽培經(jīng)濟(jì)林。隨著山川溝原等地形的變化，喬灌木及草本植物形成小部分的群體，森林植被覆蓋率低，殘存少量側(cè)柏次生林。灌木以少量荊條、酸棗等為主。大面積的荒山是以草木和矮灌木為主，種類以耐旱禾本科、菊科。刺槐喜光、耐旱，是解放后造林的骨干樹種。

1.5 礦山及周邊其他人類重大工程活動

陜西陜煤韓城礦業(yè)有限公司桑樹坪煤礦：煤礦面積49.1458km2。采礦證批準(zhǔn)開采標(biāo)高+480～+140m，開采2、3、11 號煤層，設(shè)計生產(chǎn)能力2.10Mt/a。采用長壁綜合機(jī)械化采煤法，分層下行垮落綜采，全部垮落法管理頂板。而礦區(qū)中部還現(xiàn)存在一處煤場，由村民組織進(jìn)行篩煤經(jīng)營。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及相關(guān)資料，礦區(qū)東側(cè)的道路主要為沿黃二級公路，其余道路均為等級外道路。

伴隨開采和周邊道路，蘭利煤礦礦區(qū)及周邊人類工程活動較為強(qiáng)烈[1]。

2 礦山地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查范圍確定

根據(jù)煤礦邊界附近主采煤層上覆基巖、松散層厚度，考慮地面工程評估范圍，計算采空區(qū)影響變形邊界，確定調(diào)查范圍。

根據(jù)煤礦采深180～720m，上覆基巖厚150～200m，土層厚5～10m，影響傳播角基巖中78°，土層中取45°，經(jīng)理論計算該采空區(qū)地表拉伸裂縫影響寬度為67.5～193.7m，蘭利煤礦西、北邊與桑樹坪煤礦相鄰，南與黃河二礦相鄰，東依黃河。因此結(jié)合礦區(qū)地面建筑平面布置、相鄰煤礦分布情況和地表影響范圍，綜合分析確定評估范圍如下：評估區(qū)西、南、北以礦權(quán)邊界為界，東南側(cè)向外擴(kuò)至地面建筑壓占外側(cè)，最終確定評估區(qū)面積為1.0436km2，調(diào)查面積在評估面積的基礎(chǔ)上外擴(kuò)約200m，為2.0917km2。

3 礦山地質(zhì)災(zāi)害影響分析

3.1 礦山井下開采形成地質(zhì)災(zāi)害計算分析

蘭利煤礦位于山地丘陵區(qū)，溝谷切割深，基巖出露至山體半坡，山梁上或低凹地帶部分黃土覆蓋，最厚處達(dá)0～10m。礦區(qū)范圍內(nèi)西南及東南側(cè)存在大面積的采空區(qū)，開采形成采空隱患。開采方式為走向長壁炮采。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)地調(diào)查，在梯田、公路上還未發(fā)現(xiàn)地表變形跡象?，F(xiàn)狀評估采空塌陷隱患影響程度為較輕。

井下開采引起地表發(fā)生位移變形，到最終形成穩(wěn)定的沉陷盆地，這一過程是漸進(jìn)而且相對緩慢的，地表移動延續(xù)時間（T）根據(jù)下式計算：

式中：T——形成穩(wěn)定沉陷地面移動的延續(xù)時間，d；

H——工作面平均開采深度，m。

根據(jù)上述公式，計算求得蘭利煤礦各采區(qū)開采后形成穩(wěn)定沉陷地面移動時間。

根據(jù)上述形成穩(wěn)定沉陷地面移動的延續(xù)時間計算，采區(qū)3#煤層開采后形成穩(wěn)定沉陷地面移動時間已達(dá)到計算理論時間，結(jié)合野外實(shí)際調(diào)查，礦區(qū)采空塌陷趨于穩(wěn)定，對地表影響較輕[2]。

3.2 礦區(qū)含水層破壞計算分析

本次采用《煤礦床水文地質(zhì)、工程地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)勘查評價標(biāo)準(zhǔn)》（MT/T1091-2008）中的中硬類巖石的冒落帶及導(dǎo)水裂隙帶最大高度的經(jīng)驗(yàn)公式計算冒落帶及導(dǎo)水裂隙帶高度：

式中：Hc——冒落帶最大高度，m；

Hf——導(dǎo)水裂隙帶最大高度，m；

ΣM——累計采厚，m，本區(qū)取煤層厚度；

n——煤層分層開采層數(shù)（本區(qū)煤層按單層開采計算，即n=1）。

3#煤層開采后，最大導(dǎo)水裂隙帶高度為91.9m，區(qū)內(nèi)3#煤層上覆基巖平均厚度約為150m，最小厚度約103m，導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度小于其上覆基巖厚度，但3#煤層開采對山西組底部砂巖含水層影響較大，局部影響石炭二疊系下石盒子組底部砂巖含水層。礦井正常涌水量35m3/h，最大涌水量為53m3/h，煤礦開采對地下水有一定的疏干作用，使地下水位下降，但下降幅度較小。

綜上，蘭利煤礦開采對含水層的影響程度較輕[3]。

3.3 礦區(qū)地形地貌景觀（地質(zhì)遺跡、人文景觀）破壞分析

采礦活動對地貌景觀的影響和破壞主要包括地面塌陷和礦區(qū)基礎(chǔ)工程建設(shè)兩方面。礦區(qū)位于山地丘陵區(qū)，地形切割強(qiáng)烈，溝谷較發(fā)育，且均為“V”型谷，地形破碎，起伏較大。煤礦開采的3#煤層最小埋深160m，煤層最大厚度6.16m。地面無明顯沉降變形，礦區(qū)內(nèi)無重要的人文景觀、旅游景觀以及重要的交通干線等，因此采礦對地形地貌景觀影響較輕。

但是根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，工業(yè)場地建設(shè)占地面積475m2，風(fēng)井場地占地面積21m2，抽水井占地面積22m2，地面構(gòu)筑物改變了原生地形地貌景觀，自然景觀，造成土地毀壞、巖石裸露、陡坎及景觀生態(tài)系統(tǒng)在空間分布上的不連續(xù)性，且位于沿黃公路可視范圍之內(nèi)，因此，對地形地貌景觀影響較嚴(yán)重[4]。

礦區(qū)中部的煤場對地形地貌的影響主要表現(xiàn)在對土地資源的壓占及地貌景觀的不連續(xù)性，影響較嚴(yán)重。

3.4 礦區(qū)水土環(huán)境污染分析

煤礦內(nèi)無常年性地表水流，礦山東鄰黃河。井下排水經(jīng)“混凝、沉淀、過濾、消毒”處理，地面生產(chǎn)生活廢水經(jīng)地面污水處理站二級處理達(dá)到GB68978-96《綜合污水排放標(biāo)準(zhǔn)》一級標(biāo)準(zhǔn)后與富余礦井水排入黃河，對黃河水質(zhì)影響較小。

礦山關(guān)閉，礦坑水不再排放，對地表水的污染將逐步減小，水質(zhì)將會逐漸自凈[5]。

4 災(zāi)害治理分區(qū)

4.1 分區(qū)原則

礦山地質(zhì)環(huán)境治理分區(qū)是在綜合考慮礦山地質(zhì)環(huán)境背景條件、礦山地質(zhì)環(huán)境問題及其現(xiàn)狀、預(yù)測影響程度以及礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理措施實(shí)施的難易程度等因素的基礎(chǔ)上進(jìn)行的[6]，具體遵循以下原則：

（1）以采礦對礦山地質(zhì)環(huán)境造成的影響為主要因素，兼顧礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境背景，突出礦山地質(zhì)環(huán)境問題、現(xiàn)狀評估與預(yù)測評估的原則[7]。

（2）結(jié)合開采區(qū)內(nèi)可能引發(fā)的礦山地質(zhì)環(huán)境問題的分布特征、受威脅對象的損失程度，依據(jù)“區(qū)內(nèi)相似，區(qū)際相異”的原則進(jìn)行分區(qū)[8]。

（3）礦山地質(zhì)環(huán)境問題的影響因素很多，每一處礦山地質(zhì)環(huán)境問題均是多種因素綜合作用的結(jié)果。因此，綜合分析各個致災(zāi)因素，才能較客觀地反映礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理分區(qū)[9]。

4.2 分區(qū)方法

在對地質(zhì)災(zāi)害、含水層、地形地貌景觀、水土環(huán)境污染現(xiàn)狀與預(yù)測的基礎(chǔ)上，根據(jù)防治難易程度，對礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理進(jìn)行分區(qū)。選取地質(zhì)災(zāi)害、含水層、地形地貌景觀、水土環(huán)境污染現(xiàn)狀與預(yù)測評估結(jié)果作為分區(qū)指標(biāo)。最終根據(jù)礦山地質(zhì)環(huán)境問題類型、分布特征及其危害性，礦山地質(zhì)環(huán)境影響現(xiàn)狀及預(yù)測評估結(jié)果，進(jìn)行礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理分區(qū)。根據(jù)《DZ/T0223-2011》標(biāo)準(zhǔn)附錄F，并遵循“就上原則”將評估區(qū)劃分為次重點(diǎn)防治區(qū)（Ⅱ）和一般防治區(qū)（Ⅲ），共2級5個區(qū)塊，其中4個次重點(diǎn)防治區(qū)，面積共0.0815km2；1個一般防治區(qū)，面積共0.9621km2。

4.3 分區(qū)意義

分區(qū)方案結(jié)合工程開發(fā)建設(shè)的特點(diǎn)，并根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀?、社會環(huán)境及地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀，因地制宜地布設(shè)各項(xiàng)防治措施，建立技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理，適用可靠、效果顯著的礦山地質(zhì)環(huán)境治理體系[10]。

5 結(jié)束語

通過對現(xiàn)狀災(zāi)害計算和分析后采用分區(qū)方法，優(yōu)化施工組織設(shè)計，因地制宜，因害設(shè)防，力求定性準(zhǔn)確，定量合理，預(yù)防優(yōu)先，注重生態(tài)保護(hù)，可以最大程度避免和減緩地質(zhì)災(zāi)害造成的損失，有效遏制對地形地貌景觀、水土環(huán)境及土地資源的影響和破壞[11]。使地質(zhì)環(huán)境保護(hù)具有較強(qiáng)的針對性和可操作性，有效的進(jìn)行礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理，改善礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境，從而減少和預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害對人民生命財產(chǎn)的威脅[12]。