董家沟煤矿地质灾害评价与治理

阎 伟

（山西煤炭运销集团太原有限公司，山西 太原 030006）

煤矿开采中所产生的地质灾害主要有地面塌陷、滑坡、泥石流以及水土流失等等。随着煤矿开采规模的不断扩大，矿区地质灾害类别以及范围等均进一步扩大，这对于矿区人们正常生活及煤矿开采作业带来严重的影响，矿区地质灾害问题已经成了我国煤矿区环境治理的重点问题之一。

1 董家沟煤矿自然地质情况概述

1.1 自然地理情况

董家沟煤矿位于辽宁省境内，揭露地层主要有古生界奥陶系、石炭系及新生界第四系，露天开采的矿段位于矿区的中部和东南部，煤层地表出露较好或埋藏较浅的矿段进行，主要开采2号煤层。煤矿总面积为27 km2，其中开采场地面积为7 km2，排矸场所占地面积为13.7 km2，工业场地所占面积为3.9 km2，居民生活区域占地面积为2.2 km2。矿区最高海拔标高为+200 m，最低海拔标高为+160 m，平均海拔标高为+170 m。整体来说东部及南部地势相对较高，西部及北部地势相对较低。

煤矿区属于温带大陆性气候，夏季气温较高，且降雨量较大；冬季较寒冷，雨雪较少；春季湿度较低，且风沙较大。每年降雨多集中在6～8月。

1.2 水文地质和工程地质情况

煤矿开采区域的地下水主要为第四系潜水。含水层深度在2～8m范围内，厚度值为6 m。北部潜水坡度值为2‰，渗透系数在8～19 m/d之间；东南部潜水从东南方向流至西北方向，渗透系数在25～40 m/d之间。第四系潜水的补给主要来源依靠大气降水。

煤矿区的岩层结构主要为洪积层及冲积层，岩性属于砂质粘土及黄土。矿区构造多为单斜，煤层整体走势为NE倾向为SE。煤矿区主要岩石物理性质如表1所示。

表1 煤矿区主要岩石物理性质

煤矿区的岩石的容重、孔隙率及密度等与岩体赋存深度存在直接关联性。页岩容重及密度均随着埋深的增加而增大，另外，岩体孔隙率及含水率随埋深的不断增加而降低。

2 矿区地质灾害的评价与预测

2.1 边坡体滑坡灾害

煤矿在开采中常会出现一些滑坡问题。滑坡灾害除对煤矿开采造成影响外，还会影响到周围一些建筑工程。该矿近期出现了较多的滑坡，表明了边坡的稳定性存在着严重问题，未来可能还会导致更多的滑坡灾害出现。导致边坡体滑坡灾害的原因主要有以下两点：

（1）岩性。发生滑坡，很大程度上和边坡岩体结构及组成存在直接关联性。导致边坡出现滑坡问题的主要原因是由于岩体属于软弱岩体。由于煤矿区的岩石主要包含有砂岩、页岩以及炭质页岩等，泥页岩岩石在吸水之后将会发生相对大的体积膨胀，而且在饱水之后还会表现出塑性变形，极易出现碎裂；而砂岩虽然自身的致密性相对好，岩性相对也较硬，但由于存在较多的节理裂缝，使得这种岩体也极易产生破裂。

（2）地下水。和滑坡灾害存在密切关联性因素便是水的因素。岩体在发生滑坡灾害时基本上都会受到地下水的影响。根据煤矿区滑坡灾害调查数据显示，对整个井田区域范围进行调查，一共发生滑坡灾害共56处，在所发生的大型滑坡灾害之中，有30次滑坡灾害是受到了地下水的影响。在煤矿区之中，尤其在冬季气温较低的情况下，边坡位置地下水渗流至地表，出现冻凝并形成冰坝，严重地阻碍了地下水顺利排出地表，导致了地下水位急剧上升，使得地下水压力不断增加，从而导致边坡滑坡灾害的发生。

2.2 地面变形与裂缝

在工业场地及居住区，很多地方出现地表隆起或地表塌陷的问题，使得很多建筑物发生开裂变形。在煤矿生态治理景观台建筑的南侧位置，地面出现了严重的裂缝问题，很多区域的地表下沉量达到80 cm，而且一些地表出现了较多的空洞。在景观台建筑的东部位置处排水沟同样也出现了变形。地面沉陷现场见图1。

图1 地面沉陷现场照片

煤矿区中，地面裂缝同样较严重。在煤矿称重区域的下部位置，存在范围较大的裂缝，整条裂缝的长度达到了130m，裂缝最宽处达到了20 cm。该裂缝发育原因是由于一些底层强度相对弱的岩体，受到地下水长期作用，导致底层性质发生变化，从而导致了底层出现形变而产生错位等地质灾害，最终在地面形成裂缝。

2.3 残煤自燃

该煤矿开采属于露天开采，由于受到开采条件、开采工艺、开采设备，以及断层结构等多方面因素影响，在采空区域有较多的残煤存在。尤其一些部位属于浅部开挖，与地表的裂隙相互连接，更易导致残煤自燃问题的发生。残煤自燃现场照片见图2。目前，对煤矿开采区域中的发火点进行了评价与预测，在200处发火点之中，其中50处发火点属于主要发火点。在对残煤自燃进行评价之后得出，残煤发生自燃主要是受到了下列因素的影响：

（1）处于常温条件下，煤拥有相对高的氧化活性。

（2）拥有相对较高的氧浓度值。

（3）不间断漏风，且漏风的强度大。

（4）经历了较长的氧化时间。

图2 残煤自燃现场照片

由于该煤矿的残煤边坡表层位置很多煤粉一直暴露于大气之中，相对来说氧气含量较为充足。并且受到施工的影响，导致了边坡部位产生非常多的裂隙，存在严重的漏风问题。这些因素均导致了煤矿区中残煤自燃问题经常发生，而且残煤自燃问题有着继续扩大的发展态势。

3 煤矿地质灾害综合治理措施

3.1 滑坡防治工程方案的确定

在坡体前端的中部位置，通过设置抗滑桩，有效的避免滑坡的发生。设置抗滑桩的截面大小为2 m×3m，相邻抗滑桩之间间距值约为8 m，抗滑桩的长度值为25～30 m，不同位置抗滑桩的长度依边坡实际情况进行确定。要确保打入到基岩之中的桩体长度应超出抗滑桩总长的1/4。此外，还要加强边坡的绿化工作，采用鱼鳞坑种植方式或是采用空心砖围土种植方式。种植一些乔木植物及灌木植物，还应在树木间种植绿色植被，有效地防止边坡水土流失，提升边坡的稳定性。边坡治理见图3。

3.2 地面变形与裂缝防治工程方案的确定

图3 边坡治理

在煤矿区之中出现地表塌陷，导致地表及建筑物均出现了不同程度的变形与开裂。对这些地面沉陷进行分析，认为造成地表沉陷的主要原因是因为这些区域之中存在着隐伏的滑动边坡层结构。因为这些滑动边坡层的运动，使地表产生了一定的变形以及沉陷。在对沉陷及裂缝进行治理的中，采用水泥砂浆注浆的方式灌注处理。而对于一些空化区域则通过钻孔注浆的方式进行，再填充相应的加固物质，从而达到加固效果。

3.3 残煤自燃防治工程方案的确定

采用注水对残煤进行冷却处理，达到降温的同时将残煤和空气有效隔绝。采用注水降温方案，可以通过输水管路经由泵站将水输送至火区，完成灭火工作。此外，还可以采用输水车进行输水灭火。对一些自燃范围相对小的火区，自燃范围不超过2 m，则通过输水车灭火的方式进行灭火。此种方法能够快速的达到灭火效果。不过，一些火区由于范围相对大，在灭火之后也易出现复燃现象。

另外，还能够将一些拥有降温以及阻燃作用的浆液注入至岩石之中，能够有效的将可燃物质屏蔽，同时还能够降低残煤的温度值，可以有效防止残煤自燃问题的发生，其适用于一些范围较大的火区防火工作之中。

4 煤矿地质灾害治理前后地质监测

选取综合治理区域中6个不同监测点进行监测，治理前后的监测数据如表2所示。

在对综合治理现场进行监测之后发现，利用相应方案进行治理之后，可以有效的控制边坡稳定性，确保边坡的变形区域缓和，这也证明了综合治理效果非常显著，所制定的方案具有较强可行性，为煤矿矿区未来进行地质景观公园的建设建立了良好的基础保障。

表2 治理前后监测数据