麻家梁井田矿山地质灾害现状调查与分析

王青林 刘永芳 池 鹏

麻家梁煤矿位于山西省朔州市南部约15 km处，为朔南矿区总体规划中四个待开发大型煤矿中首个千万吨矿井，井田面积104.28 km2，矿井生产规模10.0 Mt/a，井田采用立井两水平开拓，目前开采一水平+665 m 4号煤层。为了减少煤炭开采活动造成的矿山地质环境破坏，提高矿产资源利用率，优化矿产资源的合理开发，促进矿产开发与社会、经济、资源环境的协调发展，本次评估矿山开采对地下水、地形地貌景观、土地等资源的影响和破坏程度，为企业采取合理的矿山地质灾害保护与恢复治理提供参考依据，本次工作在资料收集及现场踏勘的基础上，进行矿山地质环境现状调查，对存在的矿山地质灾害问题的发育程度、表现特征和成因进行分析，并提出矿山地质环境恢复治理建议。

1 地质灾害现状评估

麻家梁矿设计采用井下开采方式，本矿山主要引发的地质灾害为地面塌陷及伴生地裂缝，其他地质灾害不发育。

1.1 崩塌、滑坡

麻家梁井田范围内地表为厚层新生界黄土层所覆盖，地势西南高，东北低，由于其地处山西高原平朔台地南部的缓坡地带，地形平坦开阔，无陡坡峭壁，通过现场实地调查，崩塌、滑坡地质灾害不发育。

1.2 泥石流

矿区范围内可能引发泥石流灾害的主要为矸石山，矸石堆放过程中分层覆土、分层碾压，矸石场地处冲沟，采用填沟造地方式进行施工，为了防治山体汇水形成泥石流，矿山在矸石场上游修筑截水沟，通过截水沟将雨水引入场地周边排水沟向下游排泄；在场地上游沟口和下游沟口分别修建拦矸坝，下游拦矸坝与西沟底部修筑的排洪涵洞相连，设置排洪洞口。矿山针对矸石场泥石流隐患修建了一系列配套工程，因此不存在泥石流地质灾害隐患。

1.3 采空区范围及大小

麻家梁矿目前仅开采了一、二、五采区的4号煤，经过近几年生产，共形成7个采空区（工作面），总面积2 926 196 m2，主要位于矿区中南部。

表1采空区面积及时间统计表

1.4 地面塌陷

（1）发育特征

矿区范围内的地面塌陷是由采煤引起的地面（采空）塌陷，地表下沉、平移倾斜、曲率、拉伸和压缩等变形。随着地下工作面的开拓，会导致上覆岩体大面积整体性的移动、沉陷或裂缝等，使土地本身的可利用性及其附着物受到影响，灾害种类单一，规模大，危害性大，为缓慢变形过程无明显突发性。通过野外实际调查和收集资料，矿山现状出现一块塌陷区及多条伴生地裂缝，主要位于二采区，地面塌陷的面积为2.26 km2，塌陷区形状整体不规则，沉陷面积小于开采面积，沉陷中心下陷值最大。

根据麻家梁煤矿开采现状结合本次野外实际调查资料，总结麻家梁井田地面（采空）塌陷特点主要为①地面（采空）塌陷变形缓慢，无突发性；②分布面积大，无小型高陡塌陷坑；③矿区内采掘工作面均为长方形，塌陷盆地长轴方向均与坑道走向一致；④塌陷对房屋影响为一缓慢变形过程，使大量房屋产生变形裂缝，裂缝宽度5 mm～40 mm不等，但不会引起突然坍塌（年久失修房屋例外），不会造成人员伤亡；⑤对耕地的影响主要为地面变形出现地裂缝，导致地形坡度增大，使农田耕种、浇水困难造成粮食减产，但仍可耕种；⑥对道路影响主要为地基沉陷、变形，产生裂缝，影响交通通行，不会直接造成人员伤亡及车辆损失。

（2）地面（采空）塌陷危害情况

目前工作区的生产矿山顶板管理方法主要采用全部垮落法，这种方法使覆岩破坏最严重，冒落断裂带高度发展最充分。工作区煤层较为稳定，工作面布置较为集中，单个工作面形成的采空区比较少，往往是多个工作面紧密相连。采空区的地表移动盆地特征受采空区尺寸的影响，并决定了地表移动盆地的形状和分布特征，由于工作区煤层埋深一般较大，单个工作面往往不能达到充分采动的条件，往往在地表形成碗型或槽型的地表移动盆地，当采空区的长度和宽度均小于临界开采尺寸值时形成的地表移动盆地呈碗型，当采空区一个方向达到临界而另一个方向未达到临界开采尺寸的时候往往形成槽型移动盆地，当采空区的长度或宽度至少一个小于其埋深的1/4时其最大沉降值将远远小于理论沉降值，往往不会形成明显的地表移动盆地，当采空区的长度或宽度均大于临界开采尺寸时为超充分采空区，此时将在地表移动盆地的中间部分形成平底的部分，此时的地表移动盆地往往呈盘型，由于工作区煤层均为倾斜煤层，所以地表移动盆地的最大沉降值多向采空区倾斜方向的下方偏移。通过收集矿山地质资料及实地观测分析，预测最终矿山地面塌陷的面积为117.81 km2，地面最大沉降值为6 225.2 mm。

该地质灾害为缓慢变形灾害，不会发生突然塌陷造成人员伤亡，对土地的破坏也是缓慢的过程，地表会有不同程度地形起伏，不会形成大面积塌陷坑，对耕地农作物会造成减产但不影响耕种。本区的塌陷主要是大量开采煤炭资源，地表形成地面（采空）塌陷区，目前塌陷区总面积近2.26 km2，塌陷区范围之内主要影响的对象为耕地以及公路。

1.5 地裂缝

塌陷区的地裂缝主要为动态裂缝，它随回采工作面的向推，在工作面前方引发出现动态拉伸区，裂缝的宽度和深度较大，延展形状为弧形分布，大体与工作面平行且垂直于工作面前进方向，随着回采推进通过本区域后，动态拉伸区向动态压缩区转变，动态裂缝再次重新闭合。

经现场调查，矿区内的地裂缝主要由开采4号煤层所致。地裂缝主要以NE或NNE向为主，平面表现形式为直线型、折线型或S型，裂缝深度及宽度一般为几米至十几米不等。由于矿区地处平原，且土地类型以耕地为主，地裂缝的产生将给当地的居民浇地带来不便，水会沿裂缝下灌地裂缝对地形地貌及土地资源影响严重。

1.6 地面塌陷及伴生地裂缝的影响程度

区内形成的地面塌陷及伴生地裂缝导致耕地、公路等被毁坏或受到威胁，现状地面塌陷和地裂缝已经造成了约2.26 km2旱地和约0.008 km2的公路受到影响。采矿引起的地面塌陷和地裂缝在一定程度上改变了地表径流的方向和汇水条件，使部分地表水地裂缝渗入地下，无法对农田进行浇灌，给当地居民耕种造成不便，进而造成农作物减产，矿山开采造成的地面塌陷损坏了矿区内公路，对车辆通行造成不便。

1.7 地表移动的延续时间

根据《“三下”采煤规程》中的地表移动的延续时间公式计算地表稳沉时间：

式中：T—稳沉时间 （a）

H—矿体埋深 （m）

计算知：4#煤埋深为520 m～820 m，地表移动延续时间为3.56年～5.62年，由于地面塌陷的形成原因复杂，综合确定地表移动的延续时间为6年。

2 结语与建议

2.1 结论

（1）在矿井生产过程中，不存在崩塌、滑坡、泥石泥地质灾害隐患但需要对因采矿引起的地面塌陷、地裂缝等次生地质灾害进行重点防治。

（2）根据地表移动的延续时间计算可知，地面移动的延续周期较长，后期采取恢复治理措施周期应与地面移动的延续周期相同甚至更长。

（3）预测评估认为随着矿山在地下开采，采空区范围的扩大造成的地面塌陷对原生的地形地貌景观影响和破坏程度较大，对地形地貌影响程度为严重。

2.2 建议

（1）在矿山开采过程中要切实加强矿山地质环境保护，建立健全矿山地质灾害环境监测机制和矿山地质灾害预警机制，重点监测地面塌陷及次生灾害。

（2）由于本矿山生产年限较长且矿山环境影响是动态的，在未来开采过程中影响矿山生产及地质环境的因素很多，建议依据矿山生产实际变化情况调整治理措施以达到最佳效果。