煤礦礦山地質(zhì)災(zāi)害類型及發(fā)育特征探析
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摘要：文章采用路線穿越法與追蹤法，沿井田主要溝谷、交通干線、居民點進(jìn)行詳細(xì)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，調(diào)查顯示官地煤礦礦山地質(zhì)災(zāi)害類型有地面塌陷、地裂縫、崩塌、滑坡及泥石流5類，以地裂縫（群縫）為主，其次為崩塌，主要分布于井田東北部煤層采動區(qū)域及小煤礦（窯）破壞區(qū)，礦山地質(zhì)災(zāi)害誘發(fā)與采煤活動、邊坡開挖等人類工程活動關(guān)系密切。
關(guān)鍵詞：地質(zhì)災(zāi)害；地裂縫；崩塌；人類工程活動
1礦山概況及地質(zhì)環(huán)境背景
官地煤礦位于西山煤田東部邊緣呂梁山山脈中段東麓，地跨山西省太原市萬柏林區(qū)、晉源區(qū)、清徐縣及古交市。礦井始建于1960年，現(xiàn)核定生產(chǎn)能力420萬t/a，井田面積2104.4974km。本區(qū)屬黃河流域汾河水系，井田內(nèi)無常年性河流，主要發(fā)育神底溝、官地溝、風(fēng)峪溝等8條季節(jié)性河流。本區(qū)屬剝蝕侵蝕低中山區(qū)，地勢西南高東北低，地形切割劇烈，溝谷縱橫。受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造控制，井田總體上為單斜構(gòu)造，地層走向北西—南東、傾向南西，屬緩傾斜地層。井田內(nèi)出露地層由東向西依次有石炭系下統(tǒng)太原組、二疊系下統(tǒng)山西組、上統(tǒng)上石盒子組和石千峰組，廟前山一帶三疊系下統(tǒng)劉家溝組地層出露，山頂及溝谷緩坡地段大面積覆蓋第四系黃土。井田批采煤層為二疊系下統(tǒng)山西組2、3號煤層和石炭系上統(tǒng)太原組6、8、9號煤層，可采煤層平均總厚度17.87m，開采標(biāo)高820-1170m。
2采空區(qū)分布特征
根據(jù)以往采掘資料，井田內(nèi)曾有62座小煤礦、43座小煤窯進(jìn)行采煤活動。建礦前采煤方法主要采用殘柱式、人工炮采落煤等；到20世紀(jì)60-70年代，礦井先后采用殘柱式、刀柱式、單一長臂式、分層式等采煤方法；2006年以后開始采用智能綜合機械化采煤方式，煤層自上而下分層開采，走向長壁后退式全部跨落管理頂板。井田內(nèi)2、3、6、8、9號煤層均曾開采過，以往小煤礦2（窯）破壞和官地煤礦開采形成采空區(qū)總面積50.86km，占井田總面積的48.67%。其中，小煤礦（窯）煤層破壞區(qū)形成于2009年以前，分布于井田東北—東南部煤層淺埋處；官地煤礦煤層采空區(qū)形成于1957—2017年，主要分布于井田中部—東北部。
3地質(zhì)災(zāi)害類型及發(fā)育特征
3.1地質(zhì)災(zāi)害類型
采用路線穿越法與追蹤法，沿井田主要溝谷、交通干線、居民點進(jìn)行詳細(xì)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，調(diào)查顯示官地煤礦礦山地質(zhì)災(zāi)害類型有地面塌陷、地裂縫、崩塌（及其隱患）、滑坡及泥石流（及其隱患）5類，主要集中分布于調(diào)查區(qū)煤層采動區(qū)域及小煤礦（窯）破壞區(qū)，具一定規(guī)模和危害的地裂縫（群縫）125處、地面塌陷9處、崩塌53處、滑坡8處。
3.2地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征
1）地裂縫、地面塌陷地裂縫、地面塌陷規(guī)模均屬小型，主要分布于采煤沉陷區(qū)溝谷兩岸山體，以風(fēng)峪溝北岸、神底溝山體發(fā)育最為密集，僅少部分地裂縫、地面塌陷采取治理措施，見圖1。其中，地裂縫發(fā)育最為普遍，占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的64.1%，主要發(fā)育于二疊系砂巖、砂質(zhì)泥巖地層中，多為拉張裂縫并多伴隨下錯性質(zhì)，最大下錯深度3.5m；裂縫寬度從幾厘米至數(shù)十米不等，以0.1-4m居多，最寬達(dá)12m；裂縫長度從數(shù)米至數(shù)百米不等，以10-100m居多，最長達(dá)260m；地裂縫多以群縫形式出現(xiàn)，少者2-3條，多者達(dá)幾十條，群縫間距0-45m，可見深度0.1-5m。地裂縫發(fā)育程度隨煤層重復(fù)采動次數(shù)增多而加強，小窯破壞區(qū)地裂縫發(fā)育弱且分布稀疏，采動工作面地表地裂縫延伸方向多斜交或垂直于工作面回采方向，裂縫形態(tài)以折線型居多。地面塌陷多在井田山頂平臺、山體緩坡處與地裂縫伴生，占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的4.6%，主要發(fā)育于第四系中、上更新統(tǒng)黃土與二疊系砂巖、砂質(zhì)泥巖地層中，塌陷深度0.2-1.5m、長軸5-100m、短軸3-100m，坑口形狀多樣，塌陷區(qū)222最大面積1.5hm，最小面積0.006hm，總面積3.1192hm，占采煤沉陷區(qū)總面積的0.06%。2）崩塌崩塌主要發(fā)生在采煤沉陷區(qū)公路兩旁、工業(yè)場地及建設(shè)景區(qū)周邊溝谷兩側(cè)等開挖形成的人工邊坡，較穩(wěn)定31處，不穩(wěn)定22處。采煤沉陷區(qū)工業(yè)場地、景區(qū)及公路不穩(wěn)定邊坡下方大多進(jìn)行了治理，太古公路坡體下方砌石擋墻部分因采煤沉陷坡體失穩(wěn)被掩埋、損毀或破壞。崩塌以小中型傾倒式或傾倒滑移式巖質(zhì)崩塌為主，在井田北部太古公路沿線一帶崩塌分布相對密集。崩塌坡體巖性以二疊系砂巖、泥巖地層為主，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，風(fēng)化剝蝕嚴(yán)重；坡體類型多為塊狀、厚層狀的堅硬脆性巖石或有軟弱結(jié)構(gòu)面存在的陡峻邊坡，坡度以70-85°居多，局部地段近乎直立；坡長以15-45m居多，坡寬20-160m不等，坡高一般15-40m，最高達(dá)150m；坡腳堆積物零亂、不規(guī)則，大部分呈線狀錐形堆積，少部分崩塌堵塞河道或排水渠，公路兩旁邊坡少量塊石滾落于公路中間。3）滑坡滑坡主要分布在井田東北部較大溝谷兩側(cè)、公路兩旁的煤層采動破壞區(qū)及工業(yè)場地等區(qū)域，大多處于破壞階段或初始蠕變階段，有2處滑坡進(jìn)行了專業(yè)治理，其余6處公路旁滑坡在修建公路時對坡體采取了排水渠、砌石擋墻等簡單治理措施。滑坡規(guī)模0.065×10-190.4×10m，小型滑坡6處、中型1處、大型1處。滑坡發(fā)育在第四系、二疊系地層中，滑體主要由碎塊石、砂巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖等組成，滑床主要由二疊系砂巖、泥巖或砂質(zhì)泥巖組成，控滑結(jié)構(gòu)面有層內(nèi)錯動帶、老滑面、覆蓋層與基巖接觸面等，坡面形態(tài)大部分呈凸形，滑坡體坡頂多出現(xiàn)拉張裂縫，中下部多出現(xiàn)剝、墜落，坡面、坡下樹木出現(xiàn)歪斜等現(xiàn)象。4）泥石流及其隱患泥石流及其隱患溝谷主要分布在井田中部至北部受煤層采動影響的黃冶溝、風(fēng)峪溝、官地溝、神底溝這4條溝谷，其中黃冶溝、風(fēng)峪溝存在泥石流隱患，官地溝、神底溝為泥石流溝谷，現(xiàn)狀仍存在泥石流隱患。
4結(jié)論
1）礦山地質(zhì)災(zāi)害誘發(fā)與采煤活動、邊坡開挖等人類工程活動關(guān)系密切，在特殊的地形地貌和巖土體工程條件下，決定了本區(qū)地質(zhì)災(zāi)害類型及其變形破壞模式。2）礦山地質(zhì)災(zāi)害類型有地面塌陷、地裂縫、崩塌、滑坡及泥石流5類，主要集中分布于井田東北部煤層采動區(qū)域及小煤礦（窯）破壞區(qū)，以地裂縫（群縫）為主，其次為崩塌。3）小型地裂縫發(fā)育最為普遍，主要發(fā)育于二疊系地層中，多以群縫形式出現(xiàn)，在相鄰工作面交界處或重復(fù)采動工作面交界地段地裂縫發(fā)育程度加強。崩塌主要發(fā)育于采煤沉陷區(qū)公路兩旁、工業(yè)場地及溝谷兩側(cè)等開挖形成的巖質(zhì)邊坡，以小中型傾倒式或傾倒滑移式巖質(zhì)崩塌為主。
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作者:廖華愛 單位:山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院
