山西省矿山地质灾害发生原因及防治对策

张晓志

（山西省第三地质工程勘察院，山西 晋中 030620）

随着能源开采逐步向深部延伸，矿山地质灾害的防治水工作中扮演的角色愈发重要，准确判断井下底板是否稳定是矿企安全开采所面临的一个重要课题。井田构造复杂程度为简单，可采矿层为4、7、9号矿层，现开采太原组顶部的4号矿层，开采区经常发生水文灾害，严重影响矿山的正常开采。为此，准确快速的判断地质灾害的来源，事关下一步地质灾害治理工作的推进及矿山的安全生产。

1 矿山地质概况

龙泉井田位于黄河流域汾河水系北部。岚河是汾河的一级支流，在井田东部穿过。龙泉川河是岚河的支流，为季节性河流，由西南向北东流过。龙泉井田行政区归属于娄烦县龙泉乡管辖，地理位置为：东经111°45′04″—111°50′58″，北纬38°08′50″—38°11′53″，如图1所示，此次研究矿山南北距离约6km，东西距离约8km,总面积约35平方千米。龙泉井田地层整体走向为北西、北东方向略有倾斜，研究区内共有61个钻孔，周围发现14个钻孔，出露的向斜断层及背斜分别为1条、6条，可以断定该区域地质构造较为简单。区域内稳定可开采矿层分为三层，在太原组发育较明显，年均能源产量约为500万吨。

2 矿山地质灾害发生后探查工作情况

4301采区发生突水后，矿企针对该区域进行了专项水文地质探查工作，完成井下水文钻孔12个，其中6个太灰孔（SW2、SW4、SW5、SW6、SW7、SW8）、4个 太 灰 奥 灰 混 合 孔（SW1、SW3、3号、7号）、2个奥灰孔（OW1、OW2）。

3 开采区发生地质灾害的原因分析

4301采区上部为龙泉川河的支沟，平时干涸，突水点矿层埋深在700m左右，松散层厚度约70m，采动裂隙发育高度难以到达松散层，且工作面周边无老小窑开采历史，故4301采区地质不稳定矿层为顶板砂岩层、底板太原组、底板奥灰层，现分析如。

顶板山西组砂岩层抗侵蚀性弱～中等，井田内已回采完毕的4201采区顶板抗侵蚀能力已经达到极限，回采后逐渐衰减至很小。此外，4301采区附近无贯通地表的大型构造，排除了出水点来自顶板水。

底板太灰水整体富水性弱，4301采区钻孔初始出水一般在K3、L3灰岩附近，正常块段施工的太灰孔终孔富水性弱。另外已回采的4201工作面回采过程中底板破坏发育深度与K3砂岩深度几乎相互贯通，但未发生底板异常。上述情况表明太原组K3砂岩富水性弱，且太原组灰岩层厚较薄、岩溶裂隙发育规模小，难以抵抗突发地质灾害侵蚀。

本区接近下静游泉的排泄区，属于径流发育、地质活动频繁地段，区域上奥灰富水性较强。井田奥灰含水层富水性弱～强，水文状态极不稳定。4301采区正常地段涌水量约1～2m3/h，突水地段附近的3、7号钻孔钻探至奥灰顶部出水量较大，涌水量可达100m3/h，具备提供稳定、持续大量涌水的条件。

综上，通过对4301工作面底板含水层富水性、出水前后太灰、奥灰含水层流场变化、出水点水化学特征以及太灰、奥灰含水层水力联系的分析，认为4301工作面突水水源是以奥灰水为主、太灰水参与的混合水。

4 探查方法

4.1 物探探查

工作面回采前进行了槽波矿震勘探和音频电透视，结果显示目前的停采位置存在数条小型断层，断层落差0～4m。

4.2 钻探探查

4301工作出水点附近施工的3号孔钻进至170m附近时（太原组与本溪组界面处），卡钻现象比较严重，矿体破碎，水量逐渐增大到100m3/h，同时从钻孔喷出碎块、碎片矿物来看，其矿物特性有泥岩、砂质泥岩、铝土泥岩、细砂岩等，说明170m孔深处矿层破碎，说明3号孔钻至4301开采位置集中通道上。

综上所述，物探解释的构造异常体准确性高，为开采区易发生地质灾害的可能性大，认为4301采区为底板集中裂隙发育带或隐伏构造。

4.3 地质灾害危险性评价

图1 龙泉井田地质概况图

本次采用《煤矿防治水细则》中推荐的突水系数法进行评价，公式为：T=P/M。通过理论计算，分析评价采区承受太灰、奥灰带发生水文异常的可能性大小，为确定灾害发生根源提供佐证。

评价选取矿山地质勘测资料，即太灰区域水文标高取+1180.25m，奥灰区水文标高取+1130m。矿层底板标高为+520～+625m，矿层开采承受太灰水和奥灰水双重带压开采。

4301开采区最低点与太灰、奥灰含水层的隔水层厚度分别为15.07m、113.07m，经计算，工作面太灰含水层带压开采的最大突水系数为0.439MPa/m，大于隔水层完整无断裂构造破坏地段临界值0.1 MPa/m，发生突水的可能性很大；工作面奥灰含水层带压开采的最大突水系数为0.063MPa/m，略大于底板受构造破坏地段临界值0.06MPa/m，在正常块段发生地质灾害的可能性小，但在构造破坏地段灾害可能性大，这与4301采区正常地段涌水量无异常、构造裂隙带发生突水的实际较为一致。

5 矿山地质灾害防治对策

龙泉矿经常发生地质灾害，断裂构造是诱发灾害发生的一个因素，因此矿山地质灾害防治应以底板奥灰地质层水文灾害防治为中心，以底板隔渗流疏导探查为重点。

对奥灰层灾害防治采用留设防侵蚀矿柱与底板注浆加固改造方案相结合的方式，对顶板在发生水文灾害同时采用局部预疏放，结合自然疏放的防治思路。为了能够妥善完成地质灾害防治工作，在矿山开采工作正式开始之前，应当设计出来科学合理的安全开采数据。

除此之外在矿山开采工作进行的过程当中，也应当使用扫描和监控等措施来控制采矿深度，使矿山边坡的稳定性可以得到保证，为了规避矿山开采环节当中岩石变形以及裂缝等问题引发的滑坡问题，在开采工作正式开始之前，一定需要完成的是专业地质工程测量工作，在采矿之前应当妥善完成预期性准备工作，确定下来科学合理的斜坡以及渣土倾倒数量，并开展一定防护措施，为后续渣墙保护墙构建工作的顺利开展做出保证，假如在采矿工作进行的过程当中，发生的各种灾害都可以得到有效地控制，由地质灾害引发的重大损失就可以规避，与此同时在采矿工作进行的过程当中，各个工作人员的操作应当向着标准化的方向转变，以免引发地质灾害问题。

6 结论

通过对4301开采点水文地质灾害的危险性评价等相关分析，判断4301开采点底板不稳定地带是以奥灰层、太灰层表现较为明显，底板的构造裂隙带是易发生灾害区域。

矿山地质灾害发生往往是多种因素共同作用产生的，这就需要对研究矿区要有详实的勘测得到准确数据。在日常防灾工作中矿企需做好各项观测记录，及时总结井下水文情况，进而更好的指导矿山生产。