矿山地质灾害危险性预测评估研究——以大湾煤矿中井采区为例

彭 路

（六盘水市应急救援指挥中心,贵州 六盘水 553000）

1 概况

大湾煤矿位于六盘水市钟山区北西方向，隶属钟山区大湾镇和威宁县东风镇所管辖，东南距六盘水市46km，西北至威宁县城50km。该矿由东井、中井、西井三个采区组成，设计生产能力300×104t/a，矿区面积36.266km2，其中东井及西井采区均为生产矿井，中井采区为技改建设矿井，采用斜井开拓方式，设计生产能力90×104t/a。中井采区走向长约4.8km，倾斜宽平均约1.2km，面积约8.25km2，采区内可采和局部可采煤层从上往下为2、4、5、7、8、9、11、12号煤层，其中2、7、9、11号煤层基本全区可采，其他为局部可采。目前，采区已形成主运输系统、主排水系统、主通风系统、瓦斯抽采系统、架空乘人装置等矿井主要系统，正在进行首采工作面的布置工作。

2 地质灾害危险性预测评估

大湾煤矿中井采区目前尚在建设中，其对应地表尚未出现受煤层开采而引起的地质灾害，为对其在未来开采过程中易引发的地质灾害进行危险性预测评估，从以下几个方面加以分析研究。

2.1 采区开采煤层安全深度计算与评价

大湾煤矿中井采区开拓方式为斜井开拓，分东翼和西翼进行开采，回采工作面采用机械化落煤，走向长壁式采煤法，后退式开采，全部冒落法管理顶板。主采煤层为2号、7号和11号煤层，为了确定将来地下开采煤层对地表造成的影响程度，根据《地方煤矿实用手册》中安全煤柱的留设规定及综合作用厚度的计算（见表1），本采区开采煤层上覆岩层为二叠系龙潭组及三叠系飞仙关组砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩等，属中硬岩层，矿山类别属Ⅱ类，其开采安全深度按下列公式计算：

表1 综合作用厚度计算表

式中：H——采煤安全深度，m；

m——综合作用厚度，m；

K——安全系数。

本采区按Ⅱ类矿山、Ⅱ类煤田的主要巷道级别，地面建筑物保护级别按Ⅲ级建筑物保护，则K取值为125。

经计算,采区的安全开采深度按公式H=m×K计算，其安全开采深度为：

采区开采煤层上覆岩体厚度为200～500m，小于煤层开采安全深度903.75m。因此，采区在开采后形成的采空区及影响范围内上覆岩体属不稳定区块，极易引发地质灾害。

2.2 煤层开采引发和加剧地质灾害的预测评估

2.2.1 采区地表沉陷预测

根据贵州水城矿业股份有限公司大湾煤矿（整合）（建设规模：300×104t/a）环境影响报告书可知，考虑到沉陷预测对矿井地质灾害的实际指导意义，评价按照“远粗近细”的原则，将沉陷预测划分为二个阶段（见表2）。

表2 地表沉陷预测范围特征表

注：煤层采高以煤层最大厚度计，若最大厚度小于2.2m，则以正规煤巷开拓高度2.2m作为煤层采高参加计算。系数C值《地方煤炭实用手册》表6-34系数C值表中查得为0.85～1.0。

地表沉陷预测采用由中国矿大开发的“开采沉陷预测软件MSPS”,对整个采区开采各个阶段出现的地表变形进行预测。

2.2.2 地表移动变形最大值预测（稳定态）

受地形因素的影响，根据煤层开采厚度、采深及有关预计参数，计算出主要单煤层开采后（考虑复采影响）产生地表移动变形最大值（见表3）。

表3 地表最大移动变形值预测表

2.2.3 首采面地表移动持续时间

地表上受开采影响的点，从下沉开始至结束（重新稳定）有一个时间过程，这一过程与工作面开采速度、回采深度及开采厚度等一系列因素有关。采区首采工作面开采后地表点（充分采动区内）移动变形持续时间见表4。

表4 首采工作面开采后地表移动变形持续时间预计结果

2.2.4 地表裂缝产生预测

采区煤层开采后，预计在基岩直接出露区域及原地表有裂缝处，地表可能会出现裂缝，以及原有裂缝的进一步发育。在有表土覆盖的山顶、梁茆等凸形地貌部位和凸形边坡点部位，其覆盖土体也可能会产生采动裂缝。如果没有沟谷等凹形地貌隔断，采区周围永久性裂缝的长度可与工作面的走向长度大致相当，动态裂缝长度则大致与工作面长相似。由于塑性大的粘土当地表拉伸变形值超过6～10mm/m时才发生裂缝，塑性小的砂质粘土或岩石，当地表拉伸变形达2～3mm/m时即发生裂缝。因此，本采区地下煤层开采后，地表会产生动态裂缝。

2.2.5 地表沉陷对地形地貌的影响分析

本采区中井第一阶段（0～14.4a）开采后，预测主要煤层开采后最大下沉值将达到约6m，地表移动变形范围为4.22km2。由于本采区地处山区，地形起伏大，地表最大高差约300m，不会像平原地区那样形成大面积明显的下沉盆地，地表也不会形成大面积的积水区。地表沉陷对区域地表形态的影响主要表现在采空区边界上山的局部区域范围内。

2.2.6 地表沉陷对地面居民点建筑物的影响预测

我国“三下”采煤规程中制定了砖混（石）结构建筑物破坏（保护）等级标准。“三下”采煤规程判断砖混结构建筑物损坏等级的地表变形参数分别为水平变形ε、曲率K和倾斜i，房屋损坏等级以水平变形值为主要依据。考虑到采区地表一般农村建筑物质量达不到“三下”采煤规程中要求，故评估在表5的基础上提高一级砖混（石）结构建筑物损坏等级。

表5 建筑物损坏等级表

根据采区设计可采煤层和地表分布的居民点，以及煤柱的留设情况，采取预测软件和计算公式相结合的方法进行预测，受第一阶段开采影响的居民点有6个，中井开采范围内的居民主要分布于三岔河及其支流两侧，由于受三岔河及其支流保护煤柱保护，受沉陷影响的村寨点较少，仅少数位于采区中部的村寨点受沉陷的影响，预计将有6个居民点建筑物将受到采区开采的Ⅲ级破坏影响，在开采过程中需对受影响的村民点建筑物进行维修加固，并加强观测，必要时将受影响的村寨点搬迁至三岔河及其支流两侧进行安置。

2.2.7 地表沉陷对铁路、公路的影响预测

采区内有水大铁路支线从东西方向穿过矿区南部，铁路主要沿三岔河流向。根据规范，设计留设了河流及铁路保护煤柱，铁路、三岔河及各支流留设宽50～210m宽保护煤柱。因此，水大铁路支线不受沉陷影响。

采区内的公路主要是S212省道、X025县级公路、X777县级公路等，从地形图上可知，S212省道沿三岔河及木冲沟流向分布，受河流及铁路保护煤柱保护，不受沉陷影响；X025、X777县级公路均沿河流走向分布，受三岔河及其支流保护煤柱保护，不受沉陷影响；但采区内的部分乡村公路位于开采范围内，可能会受到地表沉陷的一定影响。

2.2.8 地表沉陷对地表河流的影响预测

二塘河、木冲沟河均位于开采范围外，不受沉陷影响；拖鲁河受边界煤柱保护，基本不受沉陷影响；三岔河、拱桥河、格书河等受三岔河及其支流保护煤柱保护，不受沉陷影响；采区开采范围内的其他地表溪沟多为季节性冲沟，受地表沉陷影响较小，但在开采过程中必须做好防范措施，做好堵漏、改道、地裂缝及塌陷地堵塞等措施。

2.2.9 地表沉陷对钟山区关门山水库的影响预测

钟山区关门山水库位于采区外东北侧，分为一级、二级保护区，其中一级保护区面积64.42hm2，二级保护区面积319.98hm2，采区距保护区边界直距约520m。开采范围主要位于井田中东部及西部，沉陷影响范围主要位于三岔河南侧，钟山区关门山水库距离沉陷影响区较远，水库一级、二级保护区和集雨范围均在沉陷影响范围外，且其间距离大于3.5km以上，因此，钟山区关门山水库及其一、二级保护区不受地表沉陷影响。

3 结论与建议

3.1 结论

中井采区地表属剥蚀、侵蚀作用为主的中山及沟谷地貌形态,地形切割较大，冲沟发育，山岭与缓坡地带呈带状展布，岩石风化较强烈。地质构造复杂程度中等，水文地质条件复杂程度中等，岩土体工程地质性质较差，社会环境条件复杂，人类工程活动强烈，地质环境条件复杂程度属复杂类型。采区煤层开采后主要的地质灾害为地表开裂产生的地裂缝及局部地表沉陷，将对地表所在开采塌陷影响范围内建筑物产生开裂。

采区煤层覆岩层厚度小于计算安全开采深度，采煤生产将导致地表移动变形，诱发地质灾害，加剧既有地面塌陷，使其扩大规模范围的可能性和引发新的地裂缝、崩塌、地面塌陷等地质灾害的可能性较大。

3.2 建议

鉴于采区煤层开采造成的破坏具有不确定因素，建议今后开采时，对村寨分布密集的地段需预留足够的保安煤柱，并对将来可能产生的地裂缝、地表沉陷等地质灾害点设置观测点长期跟踪观测，以便指导地质灾害防治工作。同时，应编制完善应急预案，做好预测、预报、预警、宣传等工作，若发现异常应及时采取措施，以便及时疏散附近村民和预防地质灾害可能对人畜及建筑物带来的危害，确保人民群众生命财产安全。