某煤矿专项地质灾害危险性评估及防治措施建议.pdf

四部资源113WESTERNRESOURCES西部资源作者简灾害地质2023年第3 期煤矿专项地质灾评估及防治措施建李海秦发立潘显威王刘文曹正锋（1.贵州煤设地质工程有限责任公司，贵州贵阳550 0 2 5；2.贵州盘江恒普煤业有限公司，贵州六盘水553600；3.贵州省煤矿设计研究院有限公司，贵州贵阳550 0 2 5）摘要 贵州山区地质环境条件脆弱，易发生滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害，降雨、地震、矿山开采、工程修建等自然及人为因素更是加剧了地质灾害的发生，给人民生命财产安全造成危害。煤矿开采引发地质灾害的问题较为突出，而以往的地质灾害危险性评估更像是程序性文件，给煤矿在地质灾害防治工作中提供的指导性不足。本文以某煤矿为例进行专项地质灾害危险性评估，对未来两年开采区域进行地质灾害危险性预测，为煤矿地质灾害防治工作提供建议。【关键词 煤矿；地质灾害；危险性评估；防治措施贵州省煤炭资源丰富，是西南产煤大省、南方重要的能源基地，也是中国西电东送的主力军。但同时贵州煤矿分布区以山地地貌为主、地形起伏大，地质环境脆弱2 。煤矿开采引发地质灾害的问题较突出，在坡度相对平缓地段易引发采空塌陷、地裂缝，在地势较陡地段易引发山体开裂、陡崖崩塌，在部分第四系堆积体较厚的地段还可能引发滑坡3-4。目前煤矿按照“谁诱发、谁治理”的原则履行地质灾害防治责任，常规的地质灾害评估工作一般是对煤矿开采计划进行假设、将整个矿区范围进行预测评估，对地质灾害的诱发因素、危害程度、危险性大小进行定性论述，未进行有效论证，同时和矿井生产规划衔接性、针对性及时效性不够，对矿井生产、建设中地质灾害的认识、防治指导性不强，矿方也不重视，导致目前多数的地质灾害危险性评估报告仅作为程序性文件。本文以某煤矿为例进行专项地质灾害危险性评估，对未来两年开采区域进行地质灾害危险性预测，分区为煤矿地质灾害防治工作提供建议，促进煤矿的安全、可持续开采。1.地质灾害评估概况1.1煤矿概况该煤矿为一新建矿井，分为两期进行建设，本次研究区域为一期，设计生产规模为9 0 万t/a，于2 0 12 年4月完成煤矿资源勘探报告，2 0 15年完成初步设计，经几次变更调整，2 0 2 0 年10 月完成初步设计的修编工作，划分为两个水平，分别为+8 50 m水平和+50 0 m水平，在+9 3 5m标高设一辅助水平。矿井采用走向长壁采煤方法，全部陷落法管理顶板，采用综合机械化采煤技术。研究区含煤地层为二叠系上统龙潭组（P,l），为一套海陆交互相含煤沉积，以碎屑岩为主，夹少量泥灰岩、灰岩。区内含可采煤层18 层，自上而下编号为：1、3、5-、5-3、7、10、12、13-1、13-2、14、15-2、16、17、2 1、2 3-l、2 3-2、3 3、3 4煤层，平均可采煤层总厚度2 2.2 3 m，可采含煤系数5.3%。根据含煤地层岩性组合特征，该含煤地层分为三段，含煤情况见表1。表1含煤地层含煤情况表地层煤层可采煤层代号厚度(m)层数厚度(m)含煤系数层数厚度(m)可采含煤系数163-20120.35-30.9622.12-14.93P,/321-2314%129%181.3025.5516.40137-1796.67-17.341.02-5.92P,/210-328%42%157.6112.653.4357-1071.78-16.310.22-8.27P,/3-1811%23%80.379.312.401.2地质环境条件研究区地貌以构造侵蚀、剥蚀高中山为主，地形起伏较大，自然地形标高+9 0 0-+2 0 8 6 m，相对高差约118 6 m。区内地表出露地层为二叠系上统峨眉山玄武岩组（P,）、龙潭组(P,l)，三叠系下统飞仙关组（T,f)、永宁镇组（T,yn)，岩性以砂泥岩为主，具有富水性弱、透水性差等特征。大气降水是区内地下水的主要补给来源，降水沿基岩裂隙下渗外，由两侧向中部汇流，排入附近河流。研究区位于上扬子陆块威宁穹盆构造变形区，区内以北东部马龙向斜、南西部妥课向斜为其展现形式，构造较复杂，煤层倾角平均约2 0。区内山体陡峭，局部覆盖层厚，形成崩、坡积体。堆积体主要由飞仙关组粉砂质泥岩、泥质粉砂岩及第四系坡、残积物组成，且为顺层坡，工程地质条件复杂，煤矿开采易引发崩塌、滑坡等地质灾害。评估区地质环境条件为复杂，见表2。1.3地质家宝级别及类型该项目为较重要建设项目，地质环境条件复杂程度为复杂，按地质灾害危险性评估规范（GB/T40112-2021)5中的“表1地质灾害危险性评估分级表”，评估级别确定为一级。男，工程师，主要从事水文地质、工程地质和环境地质工作介李海（19 9 5一），男，工程师，主要从事水文地质、工程地114西部资源WESTERNRESOURCES西部资源WESTERNRESOURCES通过现场调查、走访，本次评估区内发现采空陷1处、滑坡1处，未发现崩塌、泥石流、岩溶塌陷、地面沉降、不稳定斜坡等地质灾害。为做到矿产开发与治理同步进行，切实履行边生产、边治理、边保护、边恢复的主体责任，实现矿产开发与地质灾害防治、生态环境保护相结合的良，同时加强地质灾害防治和矿井生产规划衔接性、针对性及时效性，本次评估按照煤矿未来两年的开采计划的区域进行预测评估，未来两年开采后引发、加剧地质灾害主要有滑坡、崩塌、采空塌陷，故本次评估的地质灾害类型主要有滑坡、崩塌、采空塌陷等。表2评估区地质环境条件复杂程度判定结果表判别因素评估区实际情况判定结果区域地质背景区域地质构造条件较复杂中等地形地貌地形复杂，相对高度大于2 0 0 m，地形起伏变化较大复杂地层岩性和岩土工程地质性质岩性岩相变化较大，岩土体结构较复杂中等地质构造地质构造较复杂，有褶皱断裂分布中等水文地质条件有二至三层含水层，水位年际变化5 2 0 m，水文地质条件较差中等现状地质灾害发育弱简单人类工程活动房屋密集，煤矿建设，人类活动强烈，对地质环境的影响、破坏严重复杂2.地质灾害危险性评估2.1现状评估根据资料收集及现场调查，评估区内发现1处滑坡、1处采空塌陷，在乡村公路沿线挖（填)方地段出现过局部滑塌现象，且规模极小，仅对公路通行构成轻微影响，清除塌方后即消除了影响；除此以外，未发现滑坡、崩塌、泥石流、地裂缝、采空塌陷、地面沉降、不稳定斜坡等地质灾害。现状地质灾害发育程度弱，危害程度小，危险性小。2.2预测评估2.2.动影响范围的确定（1）根据该区煤矿开采技术条件和地形地质条件，分别绘制采动影响剖面图。(2)在采空区地表影响范围剖面图上，由采空区边界按走向移动角（8）、下山移动角（）走向边界角（8。）、下山边界角（。）作移动边界线，分别得采空区走向、下山方向和底板方向的地表变形边界点，根据地形条件，将地表移动变形后可能会引发、加剧的地质灾害的影响范围以及地表移动变形边界作为矿山采煤对地表影响的边界线。若该范围的边界位于山体半山腰且下方有危害对象，则将边界调整至山脚并包含全部受灾体。(3)根据剖面图所得的结果，将其投影到平面图上，弧线连接，即为地下采煤活动形成的采空区变形影响范围（图1）。预测评估的采动影响范围预测评估的采动影响范围预测评估的采动影响范围崩塌影响范围崩塌影响范围滑坡影响范围直接采动影响范围直接采动影响范围直接采动影响范围采空区采空区采空区图1山区煤矿采动影响范围示意图2.2.2煤矿开采后引发、加剧地质灾害危险性预测评估该煤矿目前还处于建矿阶段，未进行开采。参照煤矿提供的未来两年采掘工程计划图，主要的开采煤层为15-2,将形成5个工作面。形成的地质灾害类型主要为崩塌、滑坡、采空塌陷。(1)崩塌引发的崩塌失稳分析采用公式计算及RocFall软件模拟两种方法计算，最后综合取值。根据危岩分布的坡体结构特征，未来两年计划工作面的开采在坡度较陡部位引发的危岩崩塌体最大水平落距145m。(2)滑坡本次采用极限平衡法对工作面开采结束后采动边坡稳定性进行计算，计算公式根据采空区岩土工程勘察规范（GB51044-2014,2017版）附录Cl6),计算结果得到坡体稳定性系数为1.3 1，即采空区上部坡体整体稳定，不会发生大面积滑动，但地下开采将导致表部较大沉降量，裂缝发育，暴雨工况下易沿基岩接触面等柔弱面形成滑动面，覆盖层较厚区域地下开采引发浅表层滑动的可能性大。（下转142 页）142西部资源WESTERNRESOURCES页）西部资源WESTERNRESOURCES物的吸引而结合到一起形成沉淀物，在还原条件下易溶解释放。残渣态一般存在于硅酸盐以及原生或次生矿物的晶格中，在土壤中形成了稳定的沉淀物，只有通过化学反应转换可溶物质才对农作物产生影响。土壤有效硒是指土壤硒中能被植物吸收的部分，这部分易于被植物吸收的物质与生态效应有更为直接和明显的联系，研究土壤有效量硒和土壤全量硒以及硒的各形态关系，对研究土壤中硒的迁移转换规律有重要意义。表4各类农产品硒元素相关系数统计表指标玉米葵花小麦全量硒0.500.230.52根系土硒0.520.250.50有效硒0.260.170.62水溶态0.320.10.98离子交换态0.500.080.74碳酸盐结合态0.43-0.13-0.09弱有机结合态0.290.020.26铁锰氧化物结合态0.26-0.21-0.11强有机结合态0.17-0.06-0.05残渣态0.36-0.020.30根据表4统计结果可见，小麦与土壤全量硒、根系土硒、有效硒、水溶态硒及离子交换态硒相关性较好，与水溶态硒及离子交换态硒强相关，相关系数分别达到0.9 8 和0.74；玉米与土壤全量硒、根系土硒及离子交换态硒相关性非常明显，相关系数均在0.5以上，与碳酸盐结合硒具有一定的相关性；而葵花与土壤中全量硒及有效硒弱相关，(上接114(3）采空塌陷未来两年采掘工程计划图，主要的开采煤层为15-，按地方煤矿实用手册7 计算煤层安全开采深度为455m。评估区内煤层的上覆岩层厚度均小于煤层安全开采深度，当矿井在该区域内开采多煤层形成采空区后，上覆岩层的稳定性将受到影响，引发矿区及其影响范围内地面塌陷、地裂缝的可能性大。综上，由于现状地质灾害不发育，在矿井地下开采影响范围内，加剧现状地质灾害的危害程度小，危险性小；引发新的滑坡、崩塌、地裂缝、采空塌陷等地质灾害的发育程度中等 强，危害程度小一大，危险性中等一大。2.3综合评估根据本项目工程特征和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，按照地质灾害危险性分级“区内相似、区际相异”、“就大不就小、从高不从低”的分区原则，本次评估将煤矿开采及其影响范围整体划分为1个地质灾害危险性大区，1个地质灾害危险性中区和1个地质灾害危险性小区3地质穴害措施建议根据煤矿开采引发地质灾害的可能性、灾种及类型、遭受地质灾害危害的承灾体的重要性及分布密度，防治措施建议采用“搬迁+监测”的方式。对于地质灾害危险性大的区域应采取禁采或者搬迁的形式，对于危险性中等及小区可以采取监测或者“监测+治理”的措施。由于专项地质灾害危险性评估主要是针对未来两年开采区域，为提高防与其他形态基本没有相关性，但基于葵花吸收能力较强，农作物籽实中同样可以富硒，事实也证明了这一点。总之，小麦和玉米籽中的硒含量更依赖土壤环境中的有效硒，而葵花籽则明显对硒有更强的富集作用。这对我们合理利用富硒资源有指导意义，我们可以在硒含量稍低的地方优先种植葵花，从而获得富硒含量更高的农产品5.结论（1)在硒元素吸收富集能力上，葵花的富集能力最强，小麦次之，玉米最差。(2)农作物对硒的吸收受土壤中硒的含量、土壤pH值、土壤有机质及硒的有效态形态控制。农作物的富集系数与土壤中硒的含量、pH值、硒的有效态、硒的水溶态及离子交换态呈明显正相关，与土壤有机质呈明显的负相关。参考文献1陈铭，等.环境硒与健康关系研究中的土壤学与植物营养学 J.土壤学进展，19 9 4,2 2(0 4)：1-10.2陈清，王耐芬，颜春红.北京市成人血、发和脏器硒参照值研究 J.中华预防医学杂志，19 9 4,2 8（5）：2 6 7-2 7 1.3李家熙，等.人体硒缺乏与过剩的地球化学环境特征及其预测 M.北京：地质出版社，2 0 0 0.4张亚峰，苗国文，马强，等.青海东部碱性土壤中硒的形态特征 J.物探与化探，2 0 19,43（0 5）：1138-1144.5李家熙，等.土壤学 M.中国林业出版社，19 9 2.6郦逸根，徐静，等.浙江富硒土壤中硒赋存形态特征 J.物探与化探，2 0 0 7（0 2）：9 5-9 8+10 9.7魏然，侯青叶，杨忠芳，等.江西省鄱阳湖流域根系土硒形态分析及其迁移富集规律 J.物探与化探，2 0 12,36 0 1)：109-113.治措施的有效性，治理措施一般针对已采和治理难度小的区域。治理措施可以分步实施，在工作面回采前应完成4.结论与认识（1）贵州煤矿山区地质环境脆弱，煤矿开采引发地质灾害的问题较突出，地质灾害危险性评估工作在煤矿全寿命周期中能取得很好的地质灾害防治效益。（2)煤矿专项地质灾害危险性评估以未来两年开采区域为重点，提出的防治方案加强了和矿井生产规划衔接性、针对性及时效性，从而促进煤矿的安全、可持续开采参考文献1郑功勋，李晓华，王晓东，等.基于AHP一SWOT分析的贵州煤炭产业发展研究 J.煤炭工程，2 0 2 0，52（0 8）：188-192.2王彤标，陈金宏，王刘文.贵州西部煤矿采空区场地稳定性影响因素分析 J.地质灾害与环境保护，2 0 2 0,31（0 2)：62-67.3孙善济，高午.贵州省煤矿开采引发的地质灾害特征及致灾模式研究 J.中国煤炭地质，2 0 13,2 5（0 6)：51-53+6 1.4李莲花，王小青.马岭山煤矿矿山地质灾害危险性评估及防治措施分析 J.煤炭技术，2 0 14,33(11)：59-6 1.5】中华人民共和国自然资源部.地质灾害危险性评估规范（G B/T 40 112-2 0 2 1)S.北京：中国计划出版社，2 0 2 1.6国家住房和城乡建设部，等.煤矿采空区岩土工程勘察规范：GB51044工程勘察规范：1 S.北京：中国计划出版社，2017.7田旭民，田力.地方煤矿手册 M.地质出版社，19 8 7.