安徽某矿区塌陷区地质灾害评估及对策研究

李宗洋

（安徽省地勘局第一水文工程地质勘查院，安徽 蚌埠 233000）

塌陷区一般下沉深度大，面积范围广，下沉深度超过3.0m时，一般不宜复垦成耕地，而开发利用成为建设用地。因此需要对位于塌陷区范围内的建设工程进行地质灾害危险性评估，以达到防灾减灾的目的。

1 评估范围与级别

为方便运输，矿区周边交通较为便利。拟建工程位于采矿塌陷区影响范围内，评估的范围可以采矿塌陷最终范围为边界。塌陷区内人类活动对地质环境的影响严重，不良地质现象发育强烈，按照就高不就低的原则，地质环境条件为复杂。评估级别根据表1进行确定[1]。

表1 地质灾害危险性评估分级表

2 地质环境条件

（1）气象水文与地形地貌。区内气象水文与地形地貌主要通过收集资料，加以分析利用。塌陷区位于淮河以北地区，属于淮河流域。气候特征为季风气候，四季分明。地貌上属于淮北平原，区域地势较平坦，地势为西北高，东南低，区内人工地貌形态主要为采空塌陷形成的矿区积水区和沉陷区等。

（2）地质矿层特性。矿区地层属于华北地层大区晋冀鲁豫地层区，区内基岩地层均被松散堆积层所覆盖。隐伏基岩由古生界二叠系（P）的砂岩、粉砂岩、泥岩、煤层组成。含煤层组中82、72、51为主可采煤层，73、52为可采煤层，11矿层和10矿层局部可采；其他煤层厚度虽局部可达，但煤质差，不适宜开采。松散层由新近系（N）和第四系（Q）的粘土、粉质粘土、细砂等组成，地表出露岩性为第四系（Q）的粉质粘土。

（3）地质构造。区域地质构造单元属中朝准地台淮河台坳，次级单元为淮北陷褶矿山断带中部的宿县凹断褶束。评估区位于童亭背斜东南翼，该褶皱形成于印支期轴向SSE方向，核部地层为奥陶系（O）。背斜轴部地层平缓，西翼地层倾角为15°～50°和东翼地层倾角为6°～40°。区域断裂主要以北东～北西向为主。F3断层为正断层，横穿评估区北侧，走向NEE～NNE，倾向NNW～NWW，倾角50°～58°。

（4）地壳稳定性分析。自新近纪以来，新构造运动总体以下降为主，接受湖泊、河流沉积。新近纪后期地壳相对稳定，区域湖泊发育，形成一套湖相砂泥质沉积。早更新世以来，区域相对沉降，湖泊发育；中更新世以来，地壳活动趋于缓和，湖泊逐渐缩小或消失。场区周边断裂历史上虽有发震活动，但震级较小。场地50年基准期超越概率10%的地震动峰值加速度为0.05g，相应的地震基本烈度为Ⅵ度。区域地壳间歇性升降，地质活动强度较弱，频度较低，活动性断裂不发育，属相对较稳定的地区。

3 采矿方法和地质灾害危险性现状评估

矿区内采用走向长壁机械化采矿法进行开采，采用全部冒落法管理顶板。采矿后矿层上部岩层力学平衡条件被打破，发生塌落、弯曲，地表随之发生沉降变形破坏，下沉线以采矿巷道为中心线向两侧扩展，形成采空塌陷。水文地质条件发生改变，塌陷区开始积水，形成大面积的塌陷水域。该工程利用塌陷区水域以减少对耕地的占用，因此全部建设工程位于现状塌陷范围内。根据地质灾害现状危险性分级表，现状采空塌陷地质灾害发育程度强，危害程度大，危险性大。

4 矿山地质灾害危险性预测评估

区内现状塌陷区面积约1265.04hm2，其中，积水区面积约460hm2，占沉陷面积的36.36%，最大塌陷深度约8.2m。在未来矿产开采生产后，可能会进一步加大采空塌陷地质灾害，影响评估区内建设工程的使用。

地下矿层开采引起的地表破坏范围和破坏程度可用地表沉陷产生的移动和变形值的大小来圈定和评价，计算公式如下：

地表最大下沉值：

最大倾斜值：

最大曲率值：

最大水平变形值：

式中：q-下沉系数，与矿层倾角、开采方法和顶板管理方法有关；M-矿层真厚度（m）；α-矿层倾角；b-水平移动系数；H0—平均采深（m）；tgβ—主要影响角β之正切值。

矿区地表移动盆地内任意点的变形预测，以任意剖面上任意点的移动和变形为主，计算公式如下：

（1）地表水平移动：

（2）地表水平变形：

通过计算，预测评估区建设工程位于采空塌陷地质灾害影响范围内，其遭受采空塌陷地质灾害可能性大，其发育程度强，危害程度大，危险性大。

5 矿山地质灾害危险性综合分区评估及防治措施

根据矿山地质灾害现状评估和预测评估的结果，评估区地质灾害分布类型为面状。遵照“区内相似、区际相异”的原则，采用以矿山地质环境条件背景定性分析，以地质灾害灾种数（个）、地质灾害分布面积比例（%）、灾害点平均密度（个/km²）、承灾对象的经济属性（万元）等4个量化指标的定量评价并结合预测评估确定的危害程度或危险性大小，定性、半定量相结合进行地质灾害危险性综合分区评估，确定综合评估区为采空塌陷地质灾害危险性大区。

防治措施：①及时收集最新的矿区开采资料、地质环境监测资料和矿坑疏排水资料，以提前做好有关防护工作，减轻对建设工程的影响。②在场区及周边设置简易监测装备，对水位和地形进行监测，及时发现变化情况，以采取相应的措施。

6 结论

在塌陷区内进行工程建设时，应做好采空塌陷地质灾害的研究和危险性评估，以达到防灾减灾的目的。人类采矿工程活动对地质环境破坏大，影响严重，按照就高不就低的原则，地质环境条件复杂程度为复杂类型。采空塌陷地质灾害的预测评估和综合评估，均应以矿区内拟建工程为关注重点，综合考虑采空塌陷地质灾害成灾特征和拟建工程特征，进行危险性评估。