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1、陕西府谷建新煤矿建设工程地质灾害危险性评估第22卷11期2021年11月中国煤炭地质C0ALGE0L0GYoFCHINA文章编号:16741803(2021)l1-005106陕西府谷建新煤矿建设工程地质灾害危险性评估王辉,张峰,苟甲有,王亚红,尹卫军(中煤航测遥感局遥感应用研究院,陕西西安710054)摘要:为评估建新煤矿建设工程区地质灾害危险性,评价工业场地建设和煤矿开采的适宜性,依据钻孔和矿产资源开发利用方案等相关资料,在野外现场调查的根底上,通过定性与定量相结合方法,对研究区的地质灾害进行了评估.结果认为:评估区内有危险性大区8个,面积0.100050km,危险性中等区1个,面积14.
2、965013km,危险性小区5个,面积3.459323km2;工业场地建设为根本适宜,煤矿井下开采在地质灾害危险性大区和中等区,按有关标准,规程要求,采取合理的开发方案和有效的避让或防治措施后为根本适宜,在危险性小区适宜煤矿开采.关键词:地质灾害;现状;危险性评估;建新煤矿中圈分类号:X141:P642.2文献标识码:ARiskAssessmentofGeologicHazardinJianxinCoalmineConstructionProject,FuguCounty,ShaanxiWangHui,ZhangFeng,GouJiayou,WangYahongandYinWeijun(Rem
3、oteSensingApplicationInstitute,AerialPhotogrammetryaridRemoteSensingBureau,CNACG,Xian,Shaanxi710054)Abstract:Toassessriskofgeo】0chazardinJianxincoalmineconstructionp1-ojeetandappropriatenessofmineyardconstructionandcoalminingbasedondrillingandmineralresourceexploitationandutilizationschemedatacombin
4、edwithsiteinvestigation,consideredthat:intheassessedareahave8highhazardousareas0.100050km2,1mediumhazardousarea14.965013km2,and5lowhazardousareasshouldcomplywithrulesofrelevantcriteria,regulations;adoptreasonableexploitationschemeandeffectivedodgeorcontrollingmeasures.Whilethelowhazardousareasareapp
5、ropriatetoc0almining.Keywords:geologichazard;presentsituation;riskassessment;JianxineoalmineO引言地质灾害是影响和制约煤矿建设和生产的重要因素之一,而未来煤矿建设和生产本身又可能诱发原北部,属黄土丘陵沟壑地貌.区内地形破碎,沟壑崩塌,滑坡等地质灾害较易发生.因此,有必要对该区地质灾害危险性进行评估,以评价未来工业场地建设和煤矿开采的适宜性,并提出具体的防治措施.1工程概况建新煤矿为一整合煤矿,位于陕西省府谷县西偏北约65kin处,行政区划隶属府谷县老高川乡,面基金工程:陕西省国土资源厅地质灾害危险性评估
6、工程(2021019)资助.作者简介:王辉(1971一),男,高级工程师,主要从事煤田地质,矿区环境地质研究工作.收稿日期:20210430责任编辑:樊小舟积约15.25kin.区内人口稀少,农村宅基地分布零45.74Mt,设计可采储量31.30Mt,规划生产能力为0.90Mt/a,矿井设计效劳年限35a,开拓方式为斜井工程为工业场地,面积5.99hm;井下工程主要有主,副及回风斜井,主,副运输及回风大巷,工作面顺槽等.本矿先期开采2之煤层,方案时间lOa,然后再凿三个暗斜井,与3煤层三条大巷形成开拓系统,开采3煤层.该矿按2之,3煤层的赋存情况划分了2个水平,4个盘区,采用倾斜长壁后退式采煤
7、法,综工作面顺槽间煤柱20m,老窑采空区及大巷边界煤留设.工程属较重要建设工程.52中国煤炭地质第22卷2地质环境背景区内出露地层由老至新依次有:侏罗系中统延安组,新近系上新统保德组,第四系中,上更新统离可采厚度1.533.OOm,3之煤层可采煤层厚度1.06西倾,平均倾角<1.,无褶皱,断层发育.区内地表水主要为大板兔川.虽常年流水,但流件及水力特征,将煤层上覆的含水层划分为新生界松散层孔隙潜水与中生界基岩类裂隙孔隙潜水,基岩层问裂隙承压水两大类,各含水层富水性总体较弱.隔水层主要是新近系上新统保德组红土,为松散土体与基岩之间的隔水层,系区内最重要的隔水层,分布广泛,厚度046.57m
8、.易发区.谷坡下部至谷底一般为基岩出露,属岩质斜坡,坡形一般较陡,易发生崩塌现象;谷坡上部至梁(峁)顶多为黄土覆盖,属土质斜坡,虽坡形较缓,但过地质灾害遥感解译及野外现场调查,共发现崩塌13处(BB,),滑坡4处(HH),采空区地面塌陷隐患5处(TXY1TXY5)f图1).受光照条件和温差影响,北坡或东坡崩塌,滑坡较发育,南坡或西坡那么弱发育.综上所述,评估区地质环境条件复杂程度属中等类型.3地质灾害危险性评估依据评估区所处的地质环境条件复杂程度和拟圈固:囹,图厨s圆.l_崩塌及编号:2.滑坡及编号:3.采空区地面塌陷隐患及编号;图1地质灾害现状分布与危险性综合分区图Figure1Presen
9、tgeologichazarddistributionandcomprehensiveriskdivision建工程的重要性,确定本次地质灾害危险性评估级别为二级.根据煤矿边界附近主采煤层上覆基岩厚度,松散层厚度及不同岩性的边界角,计算地表变形边界,动角为72.,松散层移动角为45.,根据煤层上覆基岩和松散层厚度,按开采最深的3之煤计算最大地表变形影响带宽度不超过lOOm,井田第一斜坡带相对高差30100m,因此,确定本次评估区范围为井田境界外扩200m.评估区面积为18.52km.依据地质灾害类型,分布位置,规模,稳定性,承灾对象,危害程度,对其危险性进行评估(表1).现状评估结果认为,现有
10、的各类地质灾害中除前梁东表1地质灾害危险性现状评估表!sk!竺!nt!竺!受!类型编号发育特征与承灾对象现状评估T,岩质崩塌,发生于陡崖或陡斜坡地带,崩塌体分布于坡麓或缓斜坡地带,崩塌体规模大小不等,小:,者6m,大者4O00m,崩塌物由延安组砂岩,泥质粉砂岩组成.崩塌体后壁陡立,裂隙发育,砂岩悬空,有危险性小崩塌再次发生的可能,除B根本稳定外,其余稳定性较差.无承灾对象,危害程度小.B,B,B.,岩质崩塌,崩塌体规模大小不等,小者10m,大者1200m.崩塌体后壁陡立,卸荷裂隙发育,有再次竺均为小型黄土滑坡.滑坡体宽18-40m,长7-45m,厚14m,后缘高2-5m.平面形态为舌形,马蹄滑
11、坡惹警盆奏篷裹蓑看耋吉管蓑雅其有价值的对象,危害程度小.采空区面积分别为1.2878kin,1.7907kinz,0.1853km2.0.1987km.通过现场调查,虽煤层埋藏较采空区地面:0浅,采煤方法为房柱式,回采比例为采5留5或采4留6,采动不充分,顶板未大面积垮落,地面变形塌陷隐患不明显,未见地面塌陷,地裂缝等.采空区范围内无住户,无其它重要建筑设施,均为未利用的荒草地,其危害程度小.1】期王辉.等:陕西府谷建新煤矿建设工程地质灾害危险性评估53崩塌(B),喇嘛峰崩塌(B),武素沟崩塌(BB)危害程度中等,危险性中等外,其余地质灾害危害程度小,危险性小.性的预测建设工程可能遭受地质灾害
12、威胁的是拟建地面工程.即工业场地.调查结果说明:工业场地内及周缘发育3处崩塌,即B,B及Bm.工业场地建设过程中因开挖武素沟崩塌(B)坡脚,破坏自然休止角,增大了B再次发生的可能,加剧该崩塌进一步发生,对生产区构成一定威胁,因此,该崩塌危害程度中等,危险性中等.武素沟崩塌(B)后壁位于工业场地场前区建设工程范围内(图2),建设或以后生产运行过程中因工程活动而产生的各种机械震动增加后缘裂隙的进一步发育,从而加剧该崩塌的进一步发生,虽崩塌体后壁不断后退,对场前区边部构成一定威胁,因此危害程度中等,危险性中等.武素沟崩塌(B.)虽毗邻工业场地,但与拟建工业场地隔沟相望,对工业场地不构成威胁,因此危害
13、程度小,危险性小.险性的预测井下采矿工程可能引发地面塌陷,地裂缝,崩塌及滑坡等地质灾害,将造成地面建筑物破坏和人员伤亡;覆岩移动会不同程度的破坏区域地下水平衡,年来,随着人们对矿山环境保护意识不断增强,国内外不同学者从不同角度建立了多种地表及岩层沉陷,位移及变形的预计评价数学模型,针对不同矿区特点,选定特定参数,开展定量预测研究工作,评价采矿活动对地表建筑物损害影响5Iq,取得了不错的效果.地表变形量预测.根据建新煤矿2之,3之煤层赋存条件,井田开拓方案,采煤方法,采煤工艺及顶板管理方法,选取?建筑物,水体,铁路及井巷煤柱预设与压煤开采规程?中的概率积分法最大值预测方法,依据区内钻孔资料(Z1
14、61一ZI6一l5)分别对2-2,3之煤层进行计算,预测地表移动和变形量,模式如下:最大下沉值:Wm-Mqcoso/;最大倾斜值:icm=WJr;最大曲率值:呷=1.52W;r;最大水平移动值:=b.上式中:煤层开采厚度,m;q下沉系数,取0.65;日煤层埋藏深度,m;6水平移动系数,取0.3;煤层倾角,取0.4.;tan采动影响角正切,取2.4;开采影响半径,r=H/tall,m.图2B9崩塌(镜向170.)计算煤层开采后全井田地表移动与变形结果见Figure2B9collapse(1ensdirection170.)表2,3.表2开采2-2煤层地表变形计算结果表54中国煤炭地质第22卷计算
15、结果说明:煤层开采后矿井地面变形量总体较大.有效深厚比(H/M)计算结果说明:2煤层有效深厚比(H/M)一般为2040,平均值29.72,最大值为45.54,最小值为14.08;3之煤层有效深厚比(H/M)平均为54.03,最小值为13.36.最大值为115.68.有效深厚L<30的区域,分布于区内沟谷地带.地貌多为冲沟地貌,切割较深,谷坡下部基岩出露,自然坡度大,一般为25.50.,局部地段近直立,谷坡上部自然坡度一般l5.25.随着煤层开采,采空裂缝和地面塌陷,在谷坡地带引发下部岩质斜坡失质灾害强烈发育(图3,图4).有效深厚比<3o有效深厚比306o图有效深厚比>60无
16、煤区有效深厚比等值线有效深厚比>60无煤区有效深厚比等值线例,一煤层露头线煤矿区边界图32煤层有效深厚比图有效深厚比306()的区域,分布于井田中部,西部梁峁地带.地貌为黄土梁峁,地形开阔平坦,自然坡角小,一般为o15.随着煤层开采,采空区的形成与扩大,地表一般为非连续变形,将形成地裂缝和地面塌陷,在较陡斜坡地带易失稳产生滑坡和崩塌.地质灾害中等发育(图3,图4).有效深厚L>60的区域,多分布于井田东部梁顶地带.地貌为黄土梁,地形较开阔平坦,自然坡角小,一般为<5.随着煤层开采,采空区的形成与扩大,地表一般为连续变形,将形成连续的地表移动盆地,局部地段形成小规模的地裂缝和地
17、面塌陷,但一煤层露头线煤矿区边界图43-2煤层有效深厚比图般不会引发滑坡和小型崩塌.地质灾害弱发育(图3,图4).地面变形将随综采面的推进而发生,其上覆岩层因失去支撑作用自下而上产生冒落,裂隙,移动整与开采中心相同,沉陷盆地比采空区本身在平面上向外围扩展2075m(表2,表3).这些扩展带为外边缘区,以拉伸变形,水平位移和倾斜位移为主,能形主.3_2_2_2采矿工程引发或加剧地质灾害危险性预测评估电化公司.其中输气管道紧邻崩塌,危害程度大,危险性大.其它崩塌,滑坡随着未来煤层的采动,有进一步加剧趋势,但因无或少有威胁对象,因此,危害程度小,危险性小.及学校虽位于无煤区.但距煤层露头距离较近,均
18、处于3煤二盘区的采区影响范围内,且地处3煤采缝,导致边坡失稳.而产生崩塌,滑坡等地质灾害,位于斜坡位置房屋损坏等级为级,对村庄造成威胁,危害程度大,危险性大.11期王辉.等:陕西府谷建新煤矿建设工程地质灾害危险性评估55布于大板兔川河谷阶地之上,分布高程低于3煤层最低露头线,不受采煤活动影响.露头线以北,以西的无煤区,且线路高程低于煤层最低露头线高程20m,故采煤活动不会对公路造成直接影响,总体对公路危害程度低,危险性小,但在局部路段距3之煤层距离近,且公路南侧为陡斜坡地貌,采煤活动会使斜坡产生地裂缝,造成边坡失稳,形成崩塌等地质灾害,对线路平安造成严重影响,危害程度大,危险性大.覆岩移动变形
19、的三带高度计算.冒落带,裂隙带高度主要取决于采煤厚度和覆岩结构,依据?建筑物,水体,铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程?,选用以下模式及参数:H=IO0+19)+2.2,(1)Hi=100+3.6)+5.6,(2)3M/n,(3)=6+日li,(4)式中:日冒落带高度,m;日裂隙带高度,m;H保护层高度预测,m;厂_防水煤岩柱高度预测,m;累计采厚,m:n分层层数.冒落带,导水裂隙带,保护层及防水煤岩柱高度计算结果见表4.覆岩移动变形对煤层上覆主要含水层影响分析.根据表4,2之煤导水裂隙带将沟通延安组裂隙试验,被沟通的延安组含水层富水性弱,第四系中更新统黄土孔隙含水层富水性极弱.因此,未来开
20、采2煤对区内含水层平安有一定影响,但影响不大.本区具有供水意义的含水层为全新统冲积层含层低,因此,未来开采3煤层不会影响该含水层.流位于无煤区内,且煤层沿谷坡出露,煤层赋存高程高于现代河床,故导水裂隙不会与河流发生水力联系,煤层开采对河流无影响.地质灾害危险性综合评估的原那么是:坚持以人尽可能地减少地质灾害造成的居民生命财产的损失;坚持以工程建设平安为本,力争确保工程建设,运营平安;充分考虑工程建设对人的生存环境的综合影响.评估方法与分级判别标准参见表5.按照上述地质灾害危险性综合分级标准,将评表42,3-2煤层冒落带,导水裂隙带,保护层高度及防水煤岩柱高度计算结果表Table4Compute
21、dheightsofcoalseamsNos.2and3cavingzone,waterconductedzone,protectivelayer/mandcoalandrockpillarsagmtwater表5地质灾害危险性分区判别标准Table5Discriminationstandardofgeologichazardriskzoning备注:当上述不同参数出现交叉时,主要根据承灾对象的分布及人类工程活动进行适当调整.56中国煤炭地质第22卷估区划分为地质灾害危险性划分为三个等级十四个区(图1,表6),其中危险性大区8个(I),总面积0.100050km,占评估区的0.54%,矿井开采
22、的危害程度大,危险性大.应对村庄,野一大公路,焦化厂及移动电信基站应进行重点防护;危险性中等区1个(),总面积14.9650km,占评估区的80.79%,地质灾害中等发育,应对工业场地进行重点防护,对井田东部现行的乡道及现行乡道南部通往矿部的便道进表6各区块相关数据表Table6Relateddataofeachblock分区I.I2I3I4I5I6II825面积/km深厚比村庄户数/人口房屋(间)其它工程活动备注杜家渠丁家火盘喇嘛峰高皮梁警室齐家堰210一一一44公路一一焦化厂移动电信基站拟建工,世场地公路三级路砖石混砌砖混结构焦化,发电原武素沟小学砖混9间,窑洞35间天然牧草地天然牧草地天
23、然牧草地天然牧草地天然牧草地农耕地行一般防护,矿井开采危害程度中等,危险性中等;危险性小区五个(),总面积3.459323km,占评估区的18.68%,地质灾害弱发育,矿井开采危害程度小,危险性小.少,农耕地所占比重小,且多分布于无煤区,其余大发.工业场地建设为根本适宜,煤矿开采为根本适宜一适宜.4结论参考文献:拟建工业场地及其周缘发育3处崩塌,遭受地质灾害危险性小;地面工程建设将引发或加剧现填沟措施,对周缘岩质陡边坡采取挡墙,削坡,护坡等防护措施,对生产区南侧采取截,排水渠及护坡措施,只要按照有关标准和规程要求,采取上述有效防治措施后,建设场地为根本适宜.煤矿井下开采在地质灾害危险性大区及中
24、等区,煤层开采引发的地质灾害强烈一中等发育,危险性大一中等,但只要按有关标准和规程要求,采取采取合理的开发利用方案和有效地避让,防治措施后,煤矿开采为根本适宜;危险性小区适宜煤矿开采.评估区居民地稀少,地面道路,厂矿等建设工程FlagorotworIpowirzchnieterenuM.Polskakarowice:SlaskaKarowice,l995.2余学义.预测地表与岩层移动变形的数学模式JI_西安科技学院学报.1993,13(3):2013余学义.采动地表沉陷破坏预计评价方法【J1l煤矿设计.1997,43(5):7-9.4】吴侃,周鸣.矿区沉陷预测预报系统M.江苏徐州:中国矿业大学出版社,1999.【5】余学义.开采速度对地表建筑物损害影响lJI.西安科技学院,2001,21(2):97102.6邹友峰,胡友建,等.采动损害与保护M.江苏徐州:中国矿业大学出版社,1999.7】国家煤炭工业局.建筑物,水体,铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程M】一E京:煤炭工业出版社,2004.一一一般伽咖8l2822573)1)删邮伽川0O0OOnnnnnnn