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茶园地质灾害成因分析

2019/11/04 阅读:

摘要:贵州省清镇市流长乡有着丰富的煤矿资源,煤矿产业也成为当地的主要经济支撑,为地方经济发展做出了较大贡献。但是煤矿开采引起的环境恶化、生态破坏以及居民居住安全受到威胁等影响亦随之而来。以流长乡十字村茶园五组民房开裂、水源干涸等地灾现象为例,分析其具体成因,为地方政府及煤矿生产企业解决和改善村民居住环境提供技术参考。

关键词:地灾;房屋开裂;煤矿;成因分析

2015年以来,贵州省清镇市流长乡十字村茶园五组地表出现裂缝,部分村民房屋出现墙体开裂,对当地村民生命财产安全构成一定的威胁和影响。雨季将至,为查清地灾成因,以便加快受损房屋修缮进度,当地政府于2016年年初委托技术单位对十字村茶园五组范围内开展实地调查工作,并对路面及房屋开裂、水源干涸等现象是否与煤矿开采企业采煤活动有关进行分析论证。

1目的及任务

本次工作目的是分析论证清镇市流长乡十字村茶园五组部分房屋陆续出现墙体开裂及地裂缝等现象与清镇市流长乡新桥煤矿采煤工程活动的关系,明确责任主体,为政府调解处置地质灾害纠纷提供技术依据。主要任务是首先要查明调查区内地质灾害的类型、规模、分布特征及危害对象,查明调查区房屋开裂特征,并分析论证清镇市流长乡十字村茶园五组陆续出现房屋墙体开裂、地裂缝等现象与清镇市流长乡新桥煤矿采煤工程活动的关系,最终提出结论,明确责任并提出应对地质灾害措施的建议。

2编制技术标准及依据

本次地质灾害成因论证编制技术标准主要有《地质灾害防治条例》(国务院394号令,2003)、《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》(煤炭工业出版社,2000)(以下简称“三下采煤规程”)、《爆破安全规程》(GB6722-2014)、《地质灾害危险性评估规范》(DZ/T0286-2015)、《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001)以及《贵州省地质灾害责任认定办法》(黔国土资发[2009]144号)。编制依据方面,主要有清镇市流长乡人民政府出具的委托书、技术单位测绘编制的井上井下对照图以及矿山提交到国土部门的最新一次矿山储量年报。

3工作区概况

3.1调查区位置及交通。调查区隶属贵州省贵阳市清镇市流长乡十字村管辖,位于清镇市北西约34km,距流长乡约8km。调查区有公路S307省道经过,经站街镇可进入321国道,距站街镇约30km,交通较方便。3.2地质环境条件。调查区出露地层由老到新有:二叠系上统龙潭组(P3l)、长兴及大隆组(P3c+d),三叠系下统夜郎组(T1y)和第四系(Q)。二叠系上统龙潭组为调查区含煤地层,主要岩性为细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩,灰岩、燧石灰岩、泥质灰岩。含煤12~18层,其中组内可采煤层5层,位于龙潭组中部及下部,该组平均厚274.8m。长兴及大隆组岩性主要为燧石灰岩、粉砂岩,平均厚50m。三叠系下统夜郎组由泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩及灰岩、泥质灰岩等组成。第四系主要分布于调查区南部,主要为粉质土、砂质土、砾石等,厚约0~10m。调查区内构造复杂程度类型属简单类型。岩溶主要分布在长兴至大隆组灰岩中,发育程度不高,规模小。根据《中国地震裂度参数区划图》(GB18306-2001),本调查区地震动峰值加速度为0.05g,地震基本裂度为Ⅵ级,区域稳定性较好。调查区内新桥煤矿煤矿床大部分位于最低侵蚀基准面以下,直接充水水源主要为龙潭组裂隙水、小煤矿和老窑采空区积水、部分冲沟水,属以裂隙充水为主,水文地质条件为中等复杂类型,水文地质类型属三类一型。只是在断层交错地带、老窑密集地带、煤层低于最低侵蚀基准面地带,水文地质条件复杂程度偏大。调查区内工程地质岩组包括坚硬岩组、半坚硬岩组、软弱岩组及松散岩组4类,上覆地层和下伏地层岩石工程地质条件较好,含煤地层局部地段存在粉砂质泥岩、泥岩、炭质泥岩、煤、小型断层破碎带等软弱层,工程地质条件较差,可采煤层的顶、底板稳定性不甚好,会出现顶板垮塌、片帮、底鼓、支架下陷等问题,调查区工程地质条件复杂程度为中等。工作区未发生滑坡、泥石流等自然地质灾害,地表水及大气主要污染来自矿山。当位于煤层浅埋区或断层破碎带附近采煤时,地面沉降、开裂、塌陷,将引起滑坡、崩塌的发生,还会造成井、泉流量减小甚至疏干。调查区环境地质条件复杂程度为中等。3.3矿山开采概况。调查区内新桥煤矿始建于1996年,开采方式为地下开采,采用平硐、斜井开拓,走向长壁后退式采煤法,金属接顶支护、全部陷落法管理顶板,采煤工作面用爆破开采。2001~2002年新桥煤矿进行技改,生产规模为3×104t/a,主采7、8号煤层。2009年1月该煤矿进行了扩界扩能,获得新采矿许可证,扩能为9×104t/a,2013年12月扩能至15.0×104t/a。2011~2013年矿山未开采,2014~2015年末矿山开采7号煤层共产出原煤2.1×104t。3.4地质灾害现状。经实地调查,发现地裂缝8处,形成的时间为2015年雨季,后期规模逐渐加大;调查泉点2处,分别为SW2及SW3,其中泉点SW2水量减小,泉点SW3干枯;房屋受损方面,茶园五组村民共52户的民房,均出现不同程度的浸水、漏水,墙体及地面不同程度的开裂现象。

4煤矿采煤工程活动影响范围确定

本次地灾成因论证采用收集到2015年第一至第四季度煤矿井上井下对照图进行叠加,结合实地调查,以所有的巷道和采场边界圈定采空区。4.1开采煤层上覆岩体安全开采深度的计算与评价。调查区地层为单斜构造,总体倾向北西,平均倾角20°,矿山自2004年以来仅开采7号煤层,该煤层平均厚度1.54m,煤层采高不足2.20m的,按巷道高度2.20m计。调查区在计算煤层顶板安全开采深度时根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》(煤炭工业出版社,2000),因矿区内分布有村寨,因此地面建筑物保护级别属Ⅲ级。地面建筑物和主要井巷的安全系数为k=150。煤层上覆岩体安全深度Hδ=M(煤层采高或综合作用厚度)•k(安全系数)。经计算,煤层上覆岩体安全深度Hδ=Mk=2.20×150=330(m),调查区7号煤层采区上覆岩体厚度为0~106m,均小于安全深度Hδ。故开采煤层上覆岩层不稳定,采空区地面建筑物不安全。因此,采煤形成采空崩顶后,采空塌陷将导致地表发生地裂缝和地面塌陷等地质灾害,属高易发区,其危险性大,危害程度大。4.2采空区变形影响范围的圈定。参照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中垂直投影法的图解法,适用山区地表移动与变形值的预计和参数的求取方法,结合《地方煤矿实用手册》进行地表移动变形、安全深度和下陷影响评价,采用边界角圈定采空区移动影响范围(见表1)。本次调查的流长乡新桥煤矿区范围内出露的岩性多为上二叠统长兴、大隆组石灰岩,为中等硬度,故取值如下:松散层移动角φ=45°;走向边界角δ0=55°~60°,本区走向边界角(δ0)取55°;下山边界角γ0=55°~60°,受调查区地形坡度影响,本区下山边界角(γ0)取55°;上山边界角β0=走向边界角δ0-0.7×地层倾角α=55°-0.7×17°=43°。根据流长乡新桥煤矿开采技术条件和相对稳定的地形条件,分别绘制采空区地表影响范围剖面图。在剖面图上,由采空区边界按走向、上山、下山边界角δ0、γ0、β0做移动边界线,分别得采空区走向、上山方向和下山方向的地表变形边界点,以影响边界点作为矿山采煤对地表影响的边界点。将剖面上地表影响的边界点投影到成因论证图上用弧线连接圈定出变形影响范围(即为移动塌陷盆地范围)。采空变形影响范围确定如图1所示。4.3爆破震动影响范围分析。根据《爆破安全规程》(GB6722-2003),爆破振动安全允许距离计算公式为:R=(K/V)1/α×Q1/3式中:R——爆破震动安全距离,m;Q——炸药量,kg,据流长乡新桥煤矿出具的《新桥煤矿2015年度7~8月份炸药出库清单》:新桥煤矿炮采7号煤层一次最大使用炸药量Q=12kg。全岩巷道掘进按照一次最大使用炸药量Q=30kg;V——安全振动速度,按一般砖房,非抗震大型砌块建筑物,取V=0.5cm/s;K、α——与爆破点地形、地质等条件有关的系数和衰减系数,按表2取值。因村民房屋座落于中硬岩层上,故K取值200,α取值1.5进行计算:流长乡新桥煤矿7号煤层开采爆破一次最大用药量为12kg,爆破震动安全距离R1=(200/0.5)1/1.5×121/3=124.29(m)。流长乡新桥煤矿回风下山及运输巷爆破一次最大用药量为30kg,爆破震动安全距离R2=(200/0.5)1/1.5×301/3=168.69(m)。爆破震动影响范围确定如图1所示。4.4矿井疏排水对地表的影响范围的确定。流长乡新桥煤矿采煤的同时,也进行了疏排地下水活动。根据矿山提供的《清镇市流长乡新桥煤矿矿井涌水量台账》及《储量核实报告》,新桥煤矿目前矿井涌水量为:正常涌水量20.56m3/d,最大涌水量29.50m3/d。疏排地下水形成的降落漏斗会影响到地表,致使房屋受损。根据地表井泉的枯竭情况等水文地质特征,经井下实测数据和地面调查情况综合分析计算,经实际调查,矿区开采煤层以上含水层主要为上二叠统龙潭组(弱含水层)及长兴组(含水层),7号煤层水仓标高1207.98m。含水层(P3l-P3c)最高标高为1364.2m,含水层厚度(H)为1364.2-1207.98=156.22(m)。矿区内受影响泉点SW2水井水位标高1299.01m,7号煤层水仓标高1207.98m,水位降深取值为干枯水位标高-水仓高程(1299.01-1207.98)=91.03m,结合当地岩土体特征,含水层渗透系数取值为0.013m/d,根据“大井法”公式:R=2S×(HK)/2=2×91.03×(156.22×0.013)/2=184.87(m)式中:R——疏排水影响半径,m;S——地下水位降深,m;H——含水层厚度,m;K——含水层渗透系数,m/d。矿井疏排水影响范围确定如图1所示。

5地质灾害与采煤工程活动关系分析

流长乡新桥煤矿煤层安全开采深度Hδ为330m,煤矿7号煤层采区上覆岩体厚度为0~106m,均小于安全深度Hδ。故煤矿开采煤层的上覆岩层不稳定,当该区域内采煤形成采空区后,上覆岩层的稳定性将受到影响,将引发采动影响范围内地面塌陷、地面沉降、地裂缝、崩塌等新的地质灾害,危险性大。根据上述成因分析,地灾与采煤工程活动有关,关系分析如下。5.1泉点干枯与采煤工程活动的关系。本次在调查区内共调查了2个泉点(SW2、SW3水井),在调查时,SW3号水井已干枯,SW2号水井未干枯,但无水流出,但蓄水位及流量均有所减小。泉点均位于二叠系上统龙潭组(P3l)灰岩地层,新桥煤矿开采7号煤层形成大面积采空区后,使其上覆岩层发生位移变形,形成变形盆地,与上覆岩体裂隙管道贯通,致使地下水沿基岩裂隙向下渗透,并向较低处的采空区汇集,为保证矿山正常开采,煤矿将矿井涌水抽出,矿区含水层遭到破坏,改变其原有地下水动力条件,导致上覆含水层地下水位迅速下降,采空裂隙破坏泉点原有的补给区和流通区,及地表原有井泉流量减少乃至干枯。经煤矿疏排水分析,两水井均位于新桥煤矿矿井疏排水影响范围内。因此,SW2、SW3水井干枯(水量减小)与新桥煤矿开采有关。5.2地表开裂与采煤工程活动的关系分析。此次共调查共发现8条地裂缝,据村民口述,8条地裂缝出现时间均为2015年。经采空移动范围分析划定、爆破影响范围分析划定及疏排水范围分析划定,区内的8条地裂缝均位于影响范围之内。因此,地裂缝的形成与新桥煤矿开采有关。5.3房屋开裂及蓄水池漏水与采煤工程活动的关系分析。截止调查日,矿区已形成大面积地下采空区,经计算煤矿开采安全深度最大值为330m,其上覆岩体厚度均小于煤矿安全采深。经采空移动范围分析划定、爆破影响范围分析划定及疏排水范围分析划定,调查区内墙体开裂房屋及漏水(渗水)蓄水池均位于矿山开采影响范围内。因此,村民房屋开裂受损、蓄水池漏水(渗水)情况与新桥煤矿开采有关。

6工作建议

(1)开展地质灾害受损情况调查前应充分协调好行政主管部门、地方政府、涉事矿山及当地群众,调查时应由各方派出代表组成调查组,并做好调查记录,调查结束后督促各方代表签字确认,以保障调查工作公开公正。(2)地质灾害成因论证过程中,须遵守“以人为本”原则,切忌偏袒维护任何一方利益。(3)提交的成因论证报告如有矿山企业及地灾受损群众质疑,需集中多方召开现场会议进行答疑,不可回避。(4)由于雨季即将到来,为防止其墙体开裂现象进一步加剧,危及人民生命财产安全,建议根据房屋受损程度采取搬迁、维修等措施,以防止地灾受损进一步加剧。

作者:丁丁 王春海 单位:贵州省有色金属和核工业地质勘查

茶园地质灾害成因分析

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