贵州盘县煤矿地质灾害危险性评估

陈斐儿，马伟杰，木　勋

（贵州大学喀斯特环境与地质灾害防治教育部重点实验室，贵州贵阳550025）

贵州盘县煤矿地质灾害危险性评估

陈斐儿*，马伟杰，木勋

（贵州大学喀斯特环境与地质灾害防治教育部重点实验室，贵州贵阳550025）

以贵州省盘县某煤矿为例，开展评估区内的地质环境条件、地质灾害情况调查，对矿区进行地质灾害危险性评估，为建设单位提供防治地质灾害的科学依据，以达到防灾减灾的目的。

地质灾害；现状评价；危险性预测；防治措施

贵州盘县因其特殊地质环境条件而拥有较为丰富的煤炭资源，是贵州省矿产资源中的煤炭国家规划区之一［1］，大量的煤矿开采往往伴随着潜在的地质灾害，灾种由于地域不同而具有差异性，但都对煤矿企业的正常生产、生命财产安全以及社会经济等问题造成严重的影响。因此综合分析煤矿区的地质灾害特征，对煤矿区的地质灾害进行预测评估并提出防治措施是十分必要的，加强对煤矿区的地质灾害评估工作，为更好地促进高效煤矿开采具有重要意义。

1　煤矿地质灾害危险性评估的任务

地质灾害的发生是多种因素综合作用的结果，地质灾害危险性的综合评价包括现状评估和预测评估［2］。通过评估区地质灾害调查，查明评估区地质环境条件、现状地质灾害类型、规模、分布、稳定状态和危害性等，对现状地质灾害进行危险性评估；并对矿区地下开采引发、加剧各类型地质灾害的可能性以及村寨等建筑物可能遭受地质灾害的危害程度进行预测评估；根据现状评估和预测评估的结果，综合评估地质灾害的危险程度，确定地质灾害危险性级别；进行地质灾害危险性分区评估；结合实际情况提出有针对性的防治措施及建议。

2　实例分析

2.1矿井介绍

该煤矿位于六盘水市盘县境内，由2个小煤矿重组整合而成，矿井的生产能力为45×104t/a，整合后井田面积为1.2622km2。开拓方式为斜立混合开拓，主井为立井，副井和风井为斜井。根据地表出露和钻孔揭露，矿区总体为一单一斜构造。地层倾角在10°左右。构造形迹以断裂构造为主，共发现断层6条，均为正断层。井田内含煤地层主要为二叠系上统和三叠系下统地层，地貌以中山为主，矿区南东部三叠系地层形成山脊，北西部含煤地层形成缓坡地形。煤矿12、17、19号煤为主要可采煤层（表1）。

表1　评估区煤矿可采煤层特征表

2.2评估范围和级别的确定

矿井的设计生产能力为45×104t/a，为中型煤矿，属较重要建设项目，结合井田内地质环境条件，煤层开采后形成采空区的影响范围，根据相关规范［3］确定评估范围为井田边界外扩300m，评估区面积为5.13km2。根据地质灾害危险性评估分级标准［3］评估区地质环境条件复杂，评估级别确定为二级。

2.3地质灾害危险性现状评估

目前，评估区内现状地质灾害主要为3处滑坡和一处崩塌，现状地质灾害较发育，HP1、BT1、HP2现状地质灾害危害程度大，危险性大，HP3危害程度小，危险性大。

表2　主要现状地质灾害危险性评估表

2.4地质灾害危险性预测评估

2.4.1采煤活动地表移动参数的确定

（1）综合作用厚度及安全开采深度的确定。考虑采空叠加效应，根据其上部的覆盖层厚度、煤层间距、岩层岩性、倾角、裂隙节理发育情况等，按《地方煤矿实用手册》计算煤层安全开采深度，计算公式如下：

Hδ=M×K

式中：Hδ——煤层安全开采深度，m；

M——多层煤层开采综合作用厚度，m；

M=Mxn

Mxn=Mn+Cn×Mxn-1

Cn——为该煤层与相邻的上层煤的间距Hn—Hn-1与该煤层开采高度Mn之比的函数，查表得；

Hn—Hn-1——上下层煤之间的法线距离，m；取相关地质资料中的相邻煤层层间距；

Mxn——煤层的综合作用厚度，m；当n=1时，Mxn=Mn；

Mn——煤层开采高度，m；取煤层厚度的最大值，且不小于煤巷开拓最小高度2.20m；若煤层厚度的最大值小于2.20m，按2.20m取值；

K——安全系数，煤层倾角4°～15°，一般为10°，按Ⅱ类煤田和Ⅱ级保护级别，取值120。

矿井进行多煤层开采时，煤层安全开采深度取表3中多层煤层开采综合作用厚度计算结果的最大值，为3439m。

表3　煤层综合作用厚度及安全开采深度计算表

（2）移动角的确定。矿区为多煤层开采山区煤矿，可采及局部可采煤层上覆岩层总体为中硬岩。按覆岩性质区分地表移动一般参数的原则，初次单采情况取上山移动角γ=70°，走向移动角δ=70°，下山移动角β=δ－0.6α（α为煤层倾角）。

对于区内地形坡度大于15°的山区地貌区域，上坡方向移动角减小5°～10°，下坡方向移动角减小2°～3°。对于重复开采的移动角，移动角减小5°～10°。

综合以上因素，预测评估移动角综合减少10°，即取上山移动角γ=60°、走向移动角δ=60°、下山移动角β=δ－0.6α。平均α=10°，则下山方向移动角54°。

（3）疏排水降落漏斗影响半径。根据煤矿《储量核实报告》，预测未来地下水位下降最大值为316m。矿井长期抽排矿坑水，抽排水量较大，矿井开采后对龙潭组内含水层和茅口组含水层有一定的疏降影响，矿井疏排水必将造成地下水降落漏斗范围内地下水均衡破坏，地下水位下降，导致地表井泉枯竭、人畜饮水困难、农田因缺水而变为旱地，耕地因失水而减产；渗入矿井的地下水淋滤，煤层中的含硫坑水随矿井排放，造成地下水水位下降。闭矿前地下水位均衡破坏的范围预测如下：

矿井排水导致周围水位下降，自采区边界向外的影响范围可用库萨金经验公式估算：

式中：R——影响半径，m；

S——抽水降深，m；根据储量报告，取316m；

H——含水层厚度，m；含水层厚度龙潭组含水层平均厚度261m；

K——渗透系数，m/d。取0.003821m/d。

即影响半径约为631m为矿山疏排水影响范围。

2.4.2矿区地下开采活动引发地质灾害的预测评估

评估区内煤层的上覆岩层厚度均小于煤层安全开采深度，即当矿井在该区域内开采多煤层而形成采空区后，上覆岩层的稳定性将受到影响，特别是地形较陡地段，引发矿区及其影响范围内地面塌陷、地面沉降、地裂缝、崩塌、滑坡等新的地质灾害的可能性大。

2.4.3井巷开拓与地下开采活动加剧现状地质灾害的预测评估

井田区进行井巷开拓与地下开采活动时，HP2、HP3、BT1等现状地质灾害均可能受到影响，加剧这些现状地质灾害复活或发展的可能性大。

2.4.4评估区内的集中村寨遭受地质灾害危害的预测评估

评估区内杉树林、树林凹子、白坟、小补泥、湾子头居民遭受煤矿开采可能引发加剧的地面岩土体滑坡、崩塌、地裂缝、地面沉降、地面塌陷等地质灾害的可能性大，危害程度大。

2.4.5评估区内的公路遭受地质灾害危害的预测评估

英大公路受矿井地下开采引发的滑坡、地裂缝、地面塌陷等地质灾害的可能性大、危害程度大。评估区内的村寨、公路遭受地质灾害危害的预测评估情况见表4。

2.5地质灾害危险性综合分区评估

2.5.1综合分区原则及量化指标

根据评估区地质环境条件、地质灾害危险性现状评估和预测评估结果，结合工程特点，对矿井的矿区、工业场地及其引发的地质灾害可能影响的区域进行地质灾害危险性分区。

表4　评估区内的村寨、公路遭受地质灾害危害预测评估表

（1）采用移动角确定开采影响范围，即利用上山移动角γ=60°、走向移动角δ=60°、上覆中硬覆岩，下山移动角b=δ-0.6α确定开采影响范围，把位于移动角以内、煤层上覆岩层厚度小于安全开采深度的开采范围所影响的封闭的区域，确定为地质灾害危险性大区。

（2）将地质灾害危险性大区之外、疏排水影响范围之内的区域确定为地质灾害危险性中区。

2.5.2地质灾害危险性分区及其特征

根据上述分区原则和分区方法，将矿区及其地下开采影响范围划分为1块地质灾害危险性大区、1块地质灾害危险性中区。

（1）地质灾害危险性大区的特征：是矿区地下开采活动可能影响和危害的范围，地下开采影响范围内采深采厚比小、上覆岩土层厚度小于煤层开采安全深度，有杉树林、树林凹子、白坟、小补泥、湾子头等集中村寨和分散居民住户等灾害体和受灾体分布，矿山地下开采引发、加剧崩塌、滑坡、地裂缝、地面塌陷、泥石流危害等地质灾害的可能性大和受灾体遭受地质灾害的危害程度大。

（2）地质灾害危险性中区的特征：是矿区地下开采移动影响范围之外与矿坑疏排水影响范围之间的区域，矿山地下开采引发、加剧崩塌、滑坡、地裂缝、地面塌陷危害等地质灾害的可能性小—中等和遭受矿井地下开采引发、加剧的地质灾害的危害程度中等。

3　地质灾害防治措施

（1）开采过程中应按采矿的有关规范、规程做好井上、下的支护及防护。加强顶板管理，以防冒顶，并尽量减小与上部含水层沟通的可能。

（2）在巷道通过沟谷、河流和接触带小窑采空区附近时，须加强管理，做好水文地质及防水煤柱留设工作。高陡斜坡地带，应采用充填法或条带法开采，以确保山体斜坡的稳定性；并在地表设置防护网、墙等，以保护下方村寨等。

（3）必须确保限采区限采，未设限采区的地质灾害危险性大区内的零星居民住户必须搬迁至采矿活动影响范围之外的安全地带；若需对限采区进行开采，必须将限采区内村寨搬迁至采矿活动影响范围之外的安全地带。并开展地表截排水工作，保护现有植被（必要时恢复植被），提高评估区地表疏导、排水的能力，减少滑坡、崩塌、泥石流等引发因素。

4　结论及建议

评估区总体地貌属构造、剥蚀、侵蚀、溶蚀地貌，地貌类型较复杂；评估区内地质构造中等，现状地质灾害发育，水文地质条件中等，岩土体工程地质条件中等，破坏地质环境的人类工程活动较强烈，可能受到工程建设影响的村寨较多。

矿区的煤层上覆岩土层厚度均小于煤层安全开采深度，当地下开采形成采空区后，在矿井地下开采影响范围内，引发矿区及其影响范围内地面塌陷、地裂缝、崩塌、滑坡、泥石流等新的地质灾害的可能性大。井田区进行井巷开拓与地下开采活动时，HP2、HP3、BT1等现状地质灾害均可能受到影响，加剧这些现状地质灾害复活或发展的可能性大。

建议在陡崖地段设置地表位移观测点。且将限采区内受保护的零星居民集中，以减小限采范围，充分开发利用资源。建议应有专人负责地质灾害的观测、预警，留心观察、调查周边地区的地质灾害的预防、发生、治理情况，建立资料库，为预防、治理地质灾害积累经验。

［1］贵州省矿产资源总体规划（2008-2015）［E］.贵州省国土资源厅.

［2］孙庆先.煤矿建设工程地质灾害危险性评估［J］.中国煤炭地质，2012，24（4）：47-51.

［3］中华人民共和国国土资源部.地质灾害危险性评估技术要求（试行）（国土资源部关于加强地质灾害危险性评估工作的通知（国土资发［2004］69号）附件1）［S］.

TD167

A

1004-5716（2016）09-0126-04

2015-09-09

2015-09-11

陈斐儿（1991-），女（汉族），湖北十堰人，贵州大学地质工程专业在读硕士研究生，研究方向：地质灾害防治。