贵州省典型煤矿与地质灾害关系——以普安县马刀地煤矿为例

陈 川,熊开颖,周茂林,张 烨

(贵州省地矿局 117地质大队,贵州 贵阳 550018)

贵州省典型煤矿与地质灾害关系
——以普安县马刀地煤矿为例

陈 川,熊开颖,周茂林,张 烨

(贵州省地矿局 117地质大队,贵州 贵阳 550018)

通过对普安县马刀地煤矿环境地质实地调查,对普安县楼下镇马刀地煤矿是否造成区域内地质灾害进行分析,查明矿井开采过程中形成的地质灾害及采区临近地段村民房屋开裂与煤矿采煤活动的关系,避免人民生命财产遭受损失,为政府调解处理地质灾害纠纷提供科学依据,也对今后类似矿山环境地质影响的评估工作有一定的指导意义。

煤矿;地质灾害;贵州省

截至2007年底,贵州省保有煤炭资源储量527.98亿t,其中已开发利用80亿t,正在开发建设的为342亿t,二者占总量的71.9%,待开发的仅为28.1%,全省共有煤矿矿山1 975个[1]。矿山的生产活动,不仅对当地地质环境有较大影响,而且还会产生地质灾害,特别是采空区地面塌陷及地表变形屡见不鲜,危害极大[2]。

普安县楼下镇马刀地煤矿位于贵州省西南部,普安县城南面,属楼下镇管辖,地理坐标为:东经104°56′12″～104°57′07″,北纬25°23′22″～25°24′25″,矿区面形状为不规则多边形,面积为2.1478 km2,目前矿内各煤层采空区及老窑采空区面积为169 800 m2。在井下开采过程中,采空区面积过大时,上覆岩层失去支撑,可能产生弯曲、塌落,以致发展到使地面塌陷,可能诱发崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害[3]。

1 地质灾害现状

据现场实地环境地质调查,煤矿区处于乌蒙山南缘斜坡过渡地带,以中等切割的低中山为主,井田范围总体地势为北高南低,区域龙潭组、飞仙关组地层砂岩覆盖范围广,经多次风化剥蚀,在逆向坡地带易形成陡崖、陡坡。矿区内最高海拔1 893.8 m,最低海拔1 380 m,相对高差513.6 m。

1.1 采空区塌陷

TX1、TX2地面塌陷:当地晨植养殖场北侧耕地上于2013年6月出现塌陷坑(TX01、TX02),并沿60°走向呈串珠状分布,塌陷呈椭圆形,长轴约10～18 m,宽约6～8 m,可视深度约3 m,为采空区冒顶型地面塌陷。

TX3地面塌陷:据现场调查,地表风化较强烈,坑口呈长条形,长约190 m,宽约10～15 m,整体塌陷6～8 m,其规模较大,于2008年5月出现。地表塌坑或沉陷区的展布受地下采空区控制,与采空地裂走向基本一致,具有明显的方向性。

1.2 滑坡

HP1梁家湾顶峰山体滑坡:该滑坡位于梁家湾顶峰,风化层厚度3～4 m,在山体右侧先形成裂缝LF01,长40 m,宽15～25 cm,走向近南北,斜坡体由紫红色薄—中厚层粉砂岩、泥质粉砂岩组成,碎石含量10%,碎块石块度10～50 cm。岩土体风化强烈,岩石破碎,力学性质差,滑体主要为第四系残坡积层,斜坡结构类型为斜向坡。坡向160°,坡度50°,滑体长150 m,宽50 m,平均厚8～10 m,体积达7.5×104m3。为一小型浅层岩土体斜向滑坡。

1.3 崩塌

BT1梁家湾顶峰山体1号崩塌:该崩塌危岩体位于斜坡顶部,地层为三叠系下统飞仙关组三段(T1f3),岩性为砂岩、粉砂岩,属较硬质岩类,原处于临空面的岩石脱离母体,形成危崖,坡脚形成大约200万m3的崩塌堆积体,顶部受降雨风化作用常有滚石下落,崩塌体宽约140 m,高约80 m,厚约5～8 m,坡向160°,斜坡基岩裸露,受构造影响控制,坡体节理裂隙发育,后缘发育裂缝LF02,长200 m,宽20～30 cm,走向近东西,无充填。

图1 马刀地煤矿地质灾害现状图Fig.1 Status map of Madaodi coal mine geological hazards1.采空区;2.三叠系下统飞仙关组;3.二叠系上统龙潭组;4.马刀地煤矿矿界范围;5.煤层露头及编号;6.塌陷及编号;7.滑坡及编号;8.崩塌及编号;9.地裂缝及编号;10.泥石流及编号。

BT2梁家湾顶峰山体2号崩塌:地层为三叠系下统飞仙关组三段(T1f3),岩性为砂岩、粉砂岩,属较硬质岩类,原处于临空面的岩石脱离母体,形成危崖,崩塌体宽约100 m,高约80 m,厚约6～8 m,坡向160°,产状为30°∠18°,卸荷裂隙发育,整体完整性差,块度0.3 m×0.5 m×1.5 m。顶部受降雨风化作用常有滚石下落。后缘发育裂缝LF03,长130 m,宽15～40 cm,走向近东西,并有下错现象。

1.4 泥石流

NSL1关地组泥石流:泥石流分布于马刀地煤矿东部,为暴雨型水石流,面积1.8万m2,总体积3万m3,目前处于发展期,属小型泥石流。该泥石流补给面积1.5 km2,具有典型的“下软上硬”斜坡结构,下部为岩性软弱的二叠系的煤系地层,上部坚硬的二叠系和三叠系灰岩往往为陡峻斜坡乃至形成高陡的绝壁。上游冲沟呈树枝状,断面呈“V”型,沟底基岩大部分裸露,岩石风化严重,节理裂隙发育,岩体破碎,完整性差,特别是梁家湾滑坡、崩塌地质灾害带来大量砂、碎块石堆积于冲沟,松散碎块石堆积体约100万m3,沟坡坡度在20°～60°之间,为泥石流的形成创造了有利条件。该泥石流沟流域呈北东向展布,呈漏斗状,总体落差400 m,河床平均坡降33.2‰,集水面积0.8 km2,在暴雨或地震等因素的诱发下,该沟将爆发泥石流。

2 煤矿开采与地质灾害关系

从空间上分析[4],塌陷坑(TX1、TX2)直接位于马刀地矿区范围内2003年前的C17煤层采空区正上方,因煤矿开采形成大面积采空区后,由于上覆岩体厚度远小于煤矿安全采深,煤层顶板脱落,必将导致上覆岩体发生变形位移,从而导致地面出现塌陷坑等地质灾害[5]。

TX3位于矿井疏排地下水降落漏斗及采空覆岩移动影响范围内,在地表水、地下水共同作用下,形成水体下渗通道,随着采空区上覆岩土力学结构的改变及地表水集中下渗排泄,使顶板结构软化,促使冒顶产生上覆岩、土体陷落,从而导致塌陷[6]。

地裂缝位于矿井采空覆岩移动及疏排地下水降落漏斗影响内。由于采空区使上覆地层的岩体产生位移之后,引起地面沉降变形,加之疏排地下水降落漏斗的影响,导致地裂缝LF1、LF2、LF3的形成。

HP1位于采空区移动影响范围内,采空区使上覆地层的岩体产生位移,地表发生裂缝(LF1),采空区范围内的地形高差大,井下煤矿层开采后,其斜坡地表造成一定的变形与移动,随着大量地表水沿冲沟汇集并沿已成的裂缝灌入土体,致使松散土层下伏基岩接触面液化贯通成滑动面,饱水的堆积层在自重作用下形成滑坡。

BT1位于采空区移动影响范围内,煤矿在进行地下采煤活动,导致顶板失去支撑,围岩产生变形,岩体在变形过程中,由于岩体本身发育节理裂隙及降雨和自重作用下使自身产生冒落、弯曲、张裂,从而导致地表产生裂缝(LF2)并伴有地面不均匀沉降,同时因山体开裂形成潜在崩塌。

BT2位于采空区移动影响范围内[7],采空区使上覆地层飞仙关组三段(T1f3)的岩体产生位移,地表发生裂缝(LF3),岩层节理裂隙发育,斜坡卸荷裂隙发展快,岩体被卸荷裂隙拉裂,破坏了岩体的完整性。采煤产生的采空区使地表移动变形,使垂直发育的节理裂隙及卸荷裂隙贯通至崩塌底板边界。卸荷裂隙使巨大的岩体与稳定岩体分开,并不断倾斜,在强烈采矿活动作用下,引发和加剧了崩塌地质灾害。

NSL1其沟口至梁家湾顶峰相对高差达350～450 m,在泥石流沟汇水范围内,其后缘形成(BT1、BT2、HP1)大量滑坡崩塌堆积体,具有较大的势位能,其岩性主要由粘土岩、页岩、砂岩、粉砂岩、煤层等组成,这些岩石结构松散,抗风化能力弱,弱风化,透水性差,亲水性强,遇水极易软化,抗剪强度骤然降低,这为区内泥石流的形成提供了丰富的物质基础和条件,且这些地质体结构松散,并多处于较陡的地形部位,在暴雨作用下极易形成泥石流[8]。

3 防治建议

目前煤矿开采已形成大面积采空区,严重破坏了区内地质环境条件,因煤矿开采是动态过程,且引发地质灾害时间具有一定的滞后性,在今后的开采过程中,随着开采程度的增强,采空区进一步扩大,向矿区南部方向开采时,将可能造成或加剧村民房屋变形开裂。为最大程度避免灾害隐患的产生,提出了如下防治措施:

(1) 掘进生产过程中,对软弱岩组及破碎地带应采取有效的支护措施;

(2) 采煤过程中应充分保留安全煤柱;

(3) 应尽可能利用矸石对采空区及废弃巷道进行回填,减小地面变形、塌陷的可能性;

(4) 对采区进行有效监测,随时掌握地面可能出现的变形情况,以便采取防范措施。

4 结语

普安县楼下镇马刀地煤矿区地质灾害发育情况较为复杂,可能形成和诱发的地质灾害类型较多。对该煤矿是否造成区域内地质灾害进行合理分析,对今后类似矿山环境地质影响的评估工作提供一定的参考和借鉴作用。

[1] 韩宝平,郑世书,谢克俊,等.煤矿开采诱发的水文地质效应研究[J].中国矿业大学学报,1994,23(3):70-77.

[2] 李明.良相井煤矿主要矿山地质灾害危险性预测评估[J].西部探矿工程,2006(10):279-280.

[3] 王占岐,庄新国.六盘水市煤炭资源开发环境影响初探[J].地质科技情报,2000,19(2):75-77.

[4] 朱学愚,钱孝星.地下水水文学[M].北京:中国环境科学出版社,2005.

[5] Jeffrey D.Stoner.Hydrologic Effects of Subsurface Mining[J].Groundwater Monitoring & Remediation,1983,3(1):128-137.

[6] 张伟,李铎,法蕾.矿山排水引发的环境问题及其调控[J].石家庄经济学院学报,2002,25(2):160-164.

[7] Colin J.Booth.Strata-movement Concepts and the Hydrogeological Impact of Underground Coal Mining[J].Groundwater,1986,24(4):507-515.

[8] Jeffrey D.Stoner,et al.Water Resource and the Effects of Coal Mining,Green County,Pennsylvania[J].Water Resources Report,1987,63:60-72.

(责任编辑：陈姣霞 于继红)

Relationship between Typical Coal Mines and Geological Hazards——TakingMadaodi Coal Mine in Pu’an County,Guizhou Province as An Example

CHEN Chuan,XIONG Kaiying,ZHOU Maolin,ZHANG Ye

(BureauofGeologyMineralandDevelopmentGuizhouProvince117Group,Guiyang,Guizhou550018)

In this paper,through the environmental geological field investigation of Madaodi coal mine in Pu’an County,this paper analyzes the causes of the geological hazards in the region of Louxia Town,Pu'an County,and finds out the geological hazards formed during the mining process and the relationship between the villagers housing cracking and coal mining activities in the adjacent area,to avoid the loss of people's lives and property,to provide scientific basis for government mediation to deal with geological hazard disputes,but also has some guiding significance to the similar mine environmental geological impact assessment work on the future.

coal mine; geological hazard; Guizhou Province

P694

A

1671-1211(2017)05-0571-03

2017-02-08;改回日期2017-03-16

陈川(1984-),男,高级工程师,硕士,水工环地质专业,从事矿产地质、水文地质、地质灾害等工作。E-mail:276106523@qq.com

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.P.20170824.1748.024.html数字出版日期2017-08-24 17:48

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.05.013