矿山地质灾害危险性预测评估方法研究

2012-07-16屈晓荣

山西建筑 2012年30期

屈晓荣

(山西省煤炭地质勘查研究院，山西太原 030006)

矿山地质环境保护与恢复治理是为减少矿山建设及生产活动造成的矿山地质环境问题，改善矿山地质环境质量，保障矿山地质环境治理保证金制度顺利实施的一项制度。通过编制保护与恢复治理方案，促进矿山地质环境问题治理工作的规范化，实现地区经济可持续发展。保护与恢复治理方案是实施保护、监测和恢复治理矿山地质环境的技术之一。

1 评估的基础资料

1)矿山地理位置和社会经济概况。主要了解当地的地理位置、经济发展状况、土地利用现状等内容。重点收集当地的土地利用现状图，计算治理区域内户数、人口、房屋、耕地面积、林地面积、吃水及工业用水等情况，以此作为计算工程经费的部分依据。2)矿山开采历史及现状。主要了解矿区以往开采方式、采空区范围及矿山开采现状。3)矿山开发利用概况。主要描述矿山建设规模及工程布局、矿山开采层位及资源储量、设计生产能力及服务年限、矿山采区布置及开采接替顺序、矿山开采方式及顶板管理方式、固体废弃物及废水处置等矿山开采的内容，该部分内容是分析矿山地质环境变化原因及结果的重要依据，对开发利用方案的理解和掌握是矿山地质环境保护与恢复治理方案成功与否的关键。4)矿山地质环境背景。地质环境背景除了描述自然地理特征、地形地貌特征等表面特征外，重点要写清楚区域的地层岩性及地质构造。矿山开采造成的地质环境变化很大程度上与当地的地质构造有关，在构造较为简单，地层岩石较好的地方，开采造成的地质环境破坏相对较小。开采区的水文地质条件也是地质环境保护的一项重要内容，水资源的保护是矿区开采后生态环境恢复的重要条件，了解矿区的水文地质条件，在矿产资源开发利用与水资源保护之间寻找合理的关系是矿区集约化、可持续发展的一个关键问题。同时按照工程地质条件划分地层结构也是地质环境保护需要了解的重要内容。作为矿山开采的最终目的，矿体(层)的地质特征直接决定了开采时采用的开采方式及开采中可能造成的破坏，对矿体(层)的地质特征的了解是矿山地质环境背景中最重要的内容。

2 矿山地质环境影响评估

2.1 评估范围与级别确定方法

矿山地质环境影响评估依照中华人民共和国地质矿产行业标准DZ/T 0223-2011矿山地质环境保护与恢复治理方案编制规范的有关规定，本文统称《编制规范》，根据矿山地质环境现状、矿山地质灾害种类和地质灾害影响范围、影响程度、采矿活动影响范围等来确定地质环境影响评估范围和级别。评估范围在采矿活动没有影响到地下水的区域以矿界为界，在采矿活动影响到地下水的区域以对地下水影响的最远范围为界。评估级别的确定根据《编制规范》的要求，依据评估区重要程度、矿山生产建设规模、矿山地质环境条件复杂程度等综合确定。

2.1.1 评估区重要程度

评估区重要程度的确定按照《编制规范》附录B表B采取上一级别优先的原则，综合分析评估区内的人口、建筑物、公路、铁路、水源等要素确定。

2.1.2 矿山建设规模

矿山建设规模按照《矿山生产建设规模分类一览表》划分。

2.1.3 矿山地质环境条件复杂程度

矿山地质环境复杂程度对照《编制规范》，采取就上原则确定，主要从以下几个方面考虑:1)水文地质条件;2)工程地质条件;3)地质构造;4)现状地质环境问题;5)采空区;6)地形地貌。

2.1.4 评估级别

在确定上文提到的三个主要指标后，对照《编制规范》附录A矿山地质环境影响评估精度分级表综合确定评估级别。

2.2 现状评估

矿山地质环境现状评估是指对评估区地质环境影响作出评估。其主要内容包括:分析评估区内地质灾害类型、规模、发生时间、表现特征、分布、诱发因素、危害对象、危害程度;评估由采矿活动导致地下含水层的影响或破坏情况。评估采矿活动对地形地貌景观、地质遗迹、人文景观等的影响和破坏情况。分析评估区内采矿活动对土地资源的影响和破坏情况。

2.2.1 地质灾害危险性现状评估

主要用来分析评估区内现有易引发地质灾害的采空区、不稳定区域等危险源的现状，资料来源主要是矿山开采的采空区分布位置图，依据采空区范围踏勘评估区域内各类现有地质灾害，分析其类型及特征，同时统计地质灾害危险性现状引发的经济损失。一般采煤引发的灾害通常有地面塌陷、地裂缝(包括房屋裂缝)崩塌、工业广场建设挖填方和修建矿区道路形成的不稳定斜坡地质灾害隐患等，见图1～图4。

图1 地面塌陷

图2 地面裂缝

图3 房屋裂缝

图4 不稳定斜坡

在综合分析各类现状地质灾害后，根据《编制规范》附录E矿山地质环境影响程度分级表的规定，对危险性现状作出评估。

2.2.2 采矿活动对含水层的影响与破坏现状评估

通过分析评估区水文地质资料，确定采矿活动对地下水含水层的影响范围及影响到的含水层。重点分析矿山开采对含矿地层含水层的影响及第四系松散岩类含水层的影响。地表水是人类活动的主要水资源来源，故对第四系松散岩类含水层的评估将直接决定开采区域内人类活动的生活用水，应重点分析。分析结果依照《编制规范》附录E的规定确定影响值。

2.2.3 采矿活动对地形地貌景观的影响与破坏现状评估

通过分析采矿活动会因采空形成地表沉陷，造成地面标高的变化，地层产状会沿地裂缝及地面塌陷发生局部的变化，造成地质体断裂、变形，改变评估区微地貌形态。地表沉陷、地裂缝直接破坏农作物、林木及原生地表植被，并对地表浅部蓄水结构的破坏也使得地表土体变得疏松，土壤含水量降低，从而使地表植被覆盖率降低，局部破坏了原生地形地貌景观等。同时采矿活动必然要对周围地形进行切坡和填方处理，由此在沟谷两边形成多处高陡边坡，沟谷低洼之处均被填平等处理。另外在工业场地之上建有办公楼、宿舍楼、住宅楼，以及主副井、库房、浴室、机修房、调度楼、污水处理站等大量的建构物，增加景观破碎度，改变了评估区的地形地貌景观格局。

2.2.4 采矿活动对土地资源的影响或破坏现状评估

我国是人口大国，实行最严厉的土地保护政策，采矿活动形成的采空沉陷、地裂缝对土地资源的破坏主要表现为地表土体塌陷、疏松，土壤含水量降低，促使土地砂化，加剧水土流失，地表自然植被的存活与生长受到较严重影响，地表自然植被覆盖率降低，农业植物因土壤水分的降低及土地退化而减产，塌陷严重的土地要弃耕，土地的利用价值明显降低。对土地的破坏程度依据《土地复垦规定》中的规定进行详细划分。

3 地质灾害危险性预测评估

各类矿山地质灾害危险性评估方法较为相似，本文以山西某煤矿为例说明预测评估的方法。

3.1 采矿活动引发和加剧的地质灾害危险性预测评估

根据矿井地质报告，该煤矿煤层覆岩相当于中硬岩层。类比其他矿区已有的煤层开采沉陷的基本参数，同时结合该矿实际的地质构造条件，通过类比确定该矿开采地表移动变形基本参数。根据《编制规范》附录E，以地表预测变形值为依据，对各类被破坏对象的破坏程度作出评估。该矿的开采引起的变形为2 m～6 m不等。

3.2 采矿活动对含水层的影响与破坏预测评估

矿山开采对含水层的影响与破坏主要从疏干的含水层位及高度、矿山开采对奥灰岩溶水的影响、煤炭开采对浅层地下水与矿区已有供水水源的影响三个方面来预测评估。

1)疏干的含水层位及高度。据生产矿井充水情况与矿区水文地质条件来看，本矿区各可采煤层充水通道主要为煤层顶板以上岩石的裂隙、陷落柱、断层及开采后形成的导水裂隙带和采空区地表塌陷、裂缝，其他因素居次。应根据《三下采煤规程》关于煤层开采导水裂隙带高度计算公式，结合矿区批采各煤层顶板坚硬程度来确定。2)矿山开采对奥灰岩溶水的影响。对奥灰岩溶水的影响从水文地质报告中确定的水位标高结合煤层标高及隔水层的厚度确定煤层的开采对奥陶系岩溶含水层的影响。该矿开采对奥灰岩溶水的影响较小。3)煤炭开采对浅层地下水与矿区已有供水水源的影响。本文3.1所述，煤层开采会引起较大的地表变形从而使裂缝上下贯通，矿坑排水会疏干7号，9号，10号煤层以上所有含水层，会造成所有该层位水井的报废。矿区内村庄村民目前生活用水取自沟谷第四系孔隙水和基岩裂隙泉水，评估区煤炭开采对第四系、石炭系含水层影响严重，煤矿矿坑排水会对村民用水造成严重影响。4)地下水影响范围。煤层开采后将改变采掘场周围的地下水水位线分布，使煤矿开采区周边范围内的水位线将断裂缺失，出现一定程度的水位下降，形成以开采区为中心的降水漏斗，地下水的流场也将重新整合分布。对地下水的影响范围采用下面的经验公式概算。其中，R为影响半径，m;S为抽水降深，m，取176 m(取自10号煤层平均埋深);K为渗透系数，m/d，取太原组最大值0.005 2 m/d。

3.3 采矿活动对地形地貌景观的影响与破坏预测评估

矿山在建设与生产过程中对土地资源的破坏主要表现为工业场地、矸石场建设等对土地资源破坏及采区影响范围内地表变形对地形地貌景观的影响与破坏。开采阶段使地面变形引起地表建筑物破坏。根据前述地面变形计算结果，该矿开采后会形成2 m～6 m的地表下沉，对原生地形地貌景观影响程度较严重。工业广场大面积的土地平整会使原来地表结构及下垫面植被完全遭到破坏，造成周围山体破损，岩石裸露。矸石场由于矸石堆放改变了原有沟谷地形，破坏了现有植被，局部改变了周围地形地貌条件，对原生地形地貌条件改变大。