贵州洞湾煤矿地质灾害及其治理.pdf

第 2 0 2 0 8 卷 年 4期 4月 中 国 煤炭 地质 C OA LGE OL OGYOFC HI N A V o l . 20 N o .4 A P r . 2 X乏 文章编号 1 674 一 1 8 0 3 2 0 0 8 04戒 旧 5 3 一 0 3 贵州洞湾煤矿地质灾害及其治理 陈 敏 贵州煤矿地质工程咨询与地质环境监测中心， 贵州 贵阳 55〕 沉 】6 摘 要 洞湾煤矿位于贵州省晴隆县城以 西， 含煤地层为龙潭组砂泥岩层， 主采煤层为10、 22、 24、 25、 2 6 五层， 目 前开 采深度为175 m ， 已形成大寨滑坡及五个塌陷区， 通过分析计算， 本区煤层的安全开采深度为3 3 6 3 m 。煤层开采会引 起滑坡、 地面 塌陷等地质灾害， 为此提出了 设置禁采区， 拟建污水处理厂， 综合利用煤研石， 建立地面移动变形观测 站等矿山环境保护与综合治理的技术方法。 关键词 大寨滑坡; 地面塌陷; 地质灾害预测; 综合治理技术方法; 洞湾煤矿 中图分类号 P69文献标识码 A 1 矿区概况 洞湾煤矿位于贵州省晴隆县城以西， 行政区划 隶属晴隆县沙子镇管辖， 矿区面积6. 2 2 1 k m 2 ， 设计生 产规模为3 0 万叮 a 。滇黔公路 3 20 国道 从矿区南 侧经过， 在建的镇胜高速公路从矿区南东角穿过， 交 通极方便。 矿区属侵蚀切割山区地貌， 以低一中山为主， 由 东向西发育着东西一南西走向延伸的弧形脊状山， 为区内的分水岭。 总体地势南低北高， 具山高谷深的 特点。 最高点海拔标高17 86. S O m ; 最低点海拔标高 约 1 2 7 0 .00m ， 相对高差5 1 6 .5 0 m 。 2 矿区地质 2 . 1矿区地层 2 . 1 . 1二盛系上统龙潭组、 汪家寨组 P 多 P 脚 出露于矿区北部， 呈宽带状分布， 其上多被第四 系坡积物及残积物掩盖， 为区内含煤地层， 主要由浅 灰色、 灰色及深灰色， 薄至中厚层状细粒砂岩、 粉砂 岩、 泥质粉砂岩、 粉砂质泥岩、 泥岩、 泥灰岩、 灰岩、 炭 质泥岩、铝土质泥岩及煤层组成。厚 2 9 4. 4 7 - 3 7 6. 4 l m ， 一般厚为3 35. 2 1 m 。与下伏峨嵋山玄武岩 组呈假整合接触关系。 2 . 1 .2三亚系下 统飞仙关组T刃 呈宽条带状出露于矿区中部， 在反向坡多形成 陡壁， 顺向坡形成3 0 “ 4 00的斜坡， 根据其岩性组合 及特征划分为五段。 ①飞 仙 关组 第一、 二 段T， f ’z。由 灰绿色 粉 砂 质泥岩及泥质粉砂岩、 粉砂岩、 细粒砂岩、 鲡状灰岩 作者简介 陈敏 1 9 8 0 一 ， 男， 贵州思南人， 2 005 年毕业于贵州师范 大 学资 源环 境科学学院， 助理工 程师， 从事 地质灾 害 评估 工作。 资任编辑 樊小舟 组成， 薄层状， 水平层理及透镜状层理， 偶夹泥质灰 岩薄层; 中部夹数米厚鲡状灰岩， 为一、 二段分层标 志。产克氏蛤等动物化石， 段厚 1 75. 7 0 一 3 14.5 4 m ， 一 般厚2 2 3 . 9 0 m。 ②飞 仙 关组第三 段TI f ’ 。 岩 性主要为紫 红色 夹灰绿色泥质粉砂岩、 粉砂质泥岩、 粉砂岩、 细粒砂 岩、 泥岩， 夹泥质灰岩及含泥灰岩薄层， 产动物化石。 段厚1 2 2 .4 5 一 1 8 1 .9 6 m ， 一般厚1 5 2 .Z l m 。 ③飞仙关组第四 段 T ， f4 。以灰、 浅灰色， 薄至 中厚层状石灰岩、 泥灰岩为主， 夹灰绿色、 紫红色泥 质粉砂岩、 粉砂质泥岩薄层， 出露于井田北部， 一般 厚 1 5 0 m o ④飞仙 关五 段T， 尸 。 由 粉红色及紫 红色 粉 砂 岩、 泥质粉砂岩、 粉砂质泥岩组成， 薄至中厚层状， 水 平层理及交错层理，出露于井田北部，厚度变化较 小， 一般厚g o m 。 2 . 1 .3 三至系下 统永宁镇组 不 y n 出露于井田北部外围。 根据岩性特征分为两段。 ①永宁镇组第一段Tlyn， 。 岩性主要由 灰一浅 灰色石灰岩及泥灰岩组成， 夹钙质泥岩， 底部为薄层 状泥灰岩。 ②永宁镇组第二段Tlyn， 。 灰、 紫色粉砂质泥岩 夹粉砂岩及薄层泥灰岩。 2 . 1 .4第四系 Q 广泛分布于矿区南部及西部大部分低洼及相对 平缓地段， 多为耕地、 植被及少量村落， 岩性主要为 坡积残积粘土、 亚粘土、 砂土， 次为冲积砂、 砾石和亚 砂土等， 厚度一般小于25m 。 22矿区构造 矿区位于晴隆向斜南翼， 为一单斜构造， 地层走 向的变化趋势是N E E 一E W 一N w w， 呈略向北突出 的弧形， 总体向北倾， 倾角一般为1 10 一 1 50， 落差较 万方数据 中 国 煤 炭 地 质第20 卷 大断层不发育， 但从井下巷道揭露地层来看， 矿区内 小断层较发育， 构造复杂程度属中等。 2.3可采煤层及其特征 矿山主采煤层为1 0 、 2 2 、 2 4 、 2 5 、 2 6 煤层共5 层。 ①ro号煤层。 位于 龙潭组上段 P 尹 底部， 煤层 厚度0. 2 9 3 . 9 6 m ， 平均厚度1 . 80m 。结构简单。 ②2 2 号煤层。 上距1 0 号煤 层9 4 . 1 4 一 1 2 7 . l l m ， 平均 1 0 8 . 9 8 m ， 下距2 4 号煤层2 0 . 5 9 一 3 3 .5 6 m ， 平均 2 9. 8 8 m 。煤层厚度0. 3 2 2. 3 0 m， 平均厚度 1 .44m， 结 构简单， 属全区可采较稳定煤层。 ③2 4 号 煤层。 上距2 2 号 煤层2 0 .5 9 一 3 3 .5 6 m ， 平 均2 9 . 8 8 m ，下距2 5 号煤层 1 6 . 3 0 一 4 1 . 8 3 m ，平均 2 6 . 8 7 m 。煤层厚度0 . 8 8 一 6 . 1 6 m， 平均厚度2 .0 9 m， 结 构简单。 ④2 5 号煤层。 上距2 4 号煤层1 6 .3 0 一 4 1 .8 3 m ， 平 均2 6 . 8 7 m ， 煤层厚度0 .0 9 一 9 .5 4 m ， 平均厚度 1 . 8 2 m ， 结构简单。 ⑤2 6 号煤层。 上距25号煤层平均1 9. 27m ， 煤层 厚度0 . 1 9 2. 5 2 m ， 平均厚度1 .2 5 m ， 结构较简单。 2.4地下水类型 根据地层岩性， 含水介质特征及地下水动力条 件， 将地下水划分为基岩裂隙水、 岩溶裂隙水及松散 岩类孔隙水三大类型。 ①基岩裂隙 水， 主要赋 存于龙潭组和飞 仙关组 的细砂岩、 粉砂岩、 泥质粉砂岩、 粉砂质泥岩、 泥岩及 煤层的裂隙中， 富水性弱。 ②岩溶裂隙 水， 主 要赋 存于茅口 组、 长兴组及飞 仙关二段的灰岩的 岩溶裂隙中， 该岩组透水性强， 富 水性强。 ③松散岩类孔隙水， 主要赋存于第四系 Q 砂 土、 砂粘土及残坡积、 冲洪积的土层中， 含水性与大 气降水密切相关， 透水性强， 富水性弱。 3地质灾害现状 经实地调查和了 解， 矿区内发现大面积地面塌 陷、 地面不均匀沉降和大面积的古滑坡等地质灾害， 区内碳酸盐岩较发育， 岩溶发育， 潜在有隐伏岩溶塌 陷的危险。 3 . 1大寨滑坡 H P 位于矿区西部的大寨、 大地头、 刘家寨等村寨及 其附近区域， 近似呈半椭圆形分布， 为一古滑坡， 面 积为0. 50k 耐， 体积大于1 00耐， 滑床为含煤地层， 滑 体为飞仙关组第一、 二段底部及龙潭、 汪家寨组顶部 地层的泥质粉砂岩、 粉砂岩、 粉砂质泥岩、 泥灰岩组 成， 地形较平缓， 目 前滑坡处于稳定状态。 3 .2 地面塌陷 T X 矿区南部风井附近由于老窑开采严重， 地表较多 T x ; 0 汉一议 冷 / 一 丫 狡 主 平 琳 一 介 \ \ \ 吴家坟 ，万 图 1 洞湾煤矿塌陷分布图 Fi邵代I S u b 功 d e 似 d is t ri b u 廿 o nma PofDOn 罗a llcoal mi ue 出 现塌陷现象， 本次调查发现五处塌陷 TX 图1 。 ①Txl 。塌陷坑形似圆形，直径约6. 2 o m ， 深 2. 25m ， 为老窑开采所引发。 ②TXZ 。塌陷坑形似圆形， 直径约6. 5 0 m ， 深 1 .9 2 m ， 为老窑开采所引发。 ③TX3 。塌陷坑形似圆形，直径约9. oom ， 深 4. 6 O m ， 塌陷 坑内 有积水， 对矿井产生的 危害极大， 为 老窑开采所引发。 ④T X 呜 。塌陷坑形似圆形， 直径约4. s o m ， 深 2. 2 0 m， 为老窑开采所引发。 ⑤T X S 。 整个大塌陷坑成不规则 状， 由 许多塌陷 坑群体组成， 最大的塌陷坑直径约7. 8 0 m ， 深0. 9 0 - 2 . 1 0 m ， 最小的塌陷坑宽约 1 .g o m ， 深约1 . 1 0 m ， 在塌 陷坑边缘有许多裂缝，裂缝长5. 9 一 rom ，裂缝最宽 0. 45m ， 一般0 . 1 5 m ， 裂缝被砂土所充填， 深浅不一， 主要是由于地下采空所引发。 4 地质灾害预测 矿区内发现古滑坡、 地面塌陷， 未发现崩塌、 泥 石流等地质灾害， 但存在岩溶塌陷隐患。 在未来矿山 扩界过程中， 易诱发古滑坡复活， 加剧现有地面塌 陷， 对矿山开采、 村民房屋、 地面工程设施构成威胁， 危害程度大。 4 . 1安全开采深度 洞湾煤矿为山区煤矿， 覆岩类别为中硬岩类， n 类煤田， 可 采煤层有ro、 2 2 、 2 4 、 25、 2 6 煤层共五层， 属重复采动山区 煤矿， 煤层平均倾角15 。 ， 其安全开 采深度公式 H Mx k， 万方数据 4期陈 敏 贵州洞湾煤矿地质灾害及其治理 表 1 洞湾煤矿煤层综合作用厚度计算表 T a b l elT a b u l a r 蛇 a tement of comb 恤ed a cti 0 0 ‘of c 。 川能 . “ .mi 川ng in加u gwa nco目 而讹 煤层编号煤层厚 平均层间 从上而下 度/ m距/ m 计算 编 号 综合作用 厚度公式 M值/ m 质灾害的可能性大。在矿区及采煤活动导致的 地表移动影响范围内的村民房屋、生命财产安 全、 风井场地、 主井工业场地、 镇胜高速公路及 3 2 0 国道，其遭受地质灾害的可能性和危险性 大。 5 矿山环境保护与综合治理技术方法 ①设置禁采区， 在矿山 开拓、 开采区 影响和危害 范围内以及镇胜高速公路、 3 20 国道， 必须严格 场犯36.942 0产，产卜劲下‘。 3.54.10.1922 1 0 8 . 9 8 M声肋 M 杯n 、 C 4M， M 厂 m 尹 C 3 呱 M 挤 m 汁 C 掀3 M.二 m l C ， M Z 飞︶2，.‘ 3 . 9 6 2 . 3 0 6 . 1 6 9 . 5 4 25 2 2 9 . 8 8 2 6 . 8 7 1 9.27 而系 数C * 1 . 8 0 47. 3 8 C 4 0 . 4 8 4 . 8 5 C 3 1 X 2 . 84 C Z 1 . 阅 7 . 6 2 C l 1 X 1022242526 式中 材 一综合作用厚度 m ; k 一安全系数 。 按n 类煤田， n 级保护， 取安全系数k 为 1 5 0 。 综合作用厚度计算如表1 ; 由此得安全开采深度为 H 1 5 0 x 2 2 . 4 2 3 3 6 3 m 。 煤矿现开采深度为1 75m 。 矿区煤层上覆岩层厚 度 0 一 850 m左右，远小于计算的安全开采深度 3 3 6 3 m ， 因而采煤生产导致地表移动变形、 引发新的 滑坡、 崩塌、 泥石流、 地裂缝、 地面塌陷等地质灾害的 可能性大。 4.2采煤生产引发、 加剧地质灾害的预测 矿区内存在大寨古滑坡， 滑坡堆积物结构较疏 松， 容易接受大气降水补给， 滑坡体上还有泉点出 水， 由于滑坡体距开采煤层的垂直距离较近， 开采后 地表弯曲沉降带可能波及到滑坡带，引发该古滑坡 体复活的可能性大，对矿山生产建设及刘家寨、 大 寨、 大地头等村寨构成威胁， 应设置禁采区或采取其 它有效措施， 避免该古滑坡体复活。 矿区内地面塌陷较发育，随着矿井开采面积的 扩大、 地下水的疏干， 可能会形成更为严重的地面塌 陷及地裂缝。 扩界后的矿山开采， 有可能加剧风井周 围现有地面塌陷， 导致扩大范围， 易对风井场地地面 设施和吴家坟一带村民房屋构成危害。 矿区煤层上覆岩层厚度0 一 850 m左右，均远小 于计算的安全开采深度3 3 63m ;加之煤系上覆地层 飞仙关组地层地势陡峭， 采煤生产导致地表移动变 形、 引发新的滑坡、 崩塌、 泥石流、 地裂缝、 地面塌陷 及矿界内小煤窑和老窑产生地面塌陷、地裂缝等地 按照“ 三下采煤规程” ， 对被危害对象设置足够的保 护煤柱或将被危害对象搬迁到安全地带。 ②尽早寻找水源， 修建供水设施， 确保村民生 活、 生产用水。 ③拟建污 水处理厂， 将采煤引起的 井下废水及 研石堆场的淋滤液送人污水处理池， 经处理达标后 排放， 终采后停抽煤矿地下水。 ④综合利用煤研石， 对工业场地和研石堆场修 建挡渣坝， 在研石场外围修建排水沟， 下部修建可靠 的挡渣工程， 以预防泥石流的发生， 修建研石淋滤液 收集系统，防止洪水季节研石及淋滤液对沟溪沿线 土壤的污染。 ⑤对矿区内塌陷破坏的 耕地应进行夯填， 尽量 恢复土地的种植能力， 并按当地地形平整， 选择当 地 优势树种， 恢复植被。 ⑥采用测试的方法， 合理确定采煤爆破的炸药 用量， 尽可能减轻煤爆作用导致的矿山地质灾害。 ⑦建立地面移动变形观测系统， 进行不间断观 测， 并应用观测成果分析预测地面移动变形可能引 发的环境地质问题， 及时采取可靠的防范措施， 直至 矿山地面移动变形自然终止。 参考文献 〔 1]崔政权. 系 统工程地质学导论【 M 〕 . 北京 水利电力出 版社， 19 9 2. 【 2] 李强. 邵西山区地下开采的环境效应及其预测评价〔 D 〕 . 成都 成 都地质学院博士学位论文， 198 9 . 【 3 〕 黄润秋， 许强， 陶连金， 等. 地质灾害过程模拟与过程控制研究 【 M 〕 . 北京 科学出版社， 2 加2. G e o l o gi c a l H aza r ds a n dH a r n 侧 犯i nD o n g w a nC o a l mi n e ， G u i z h o u C h e nMi n G u i z h ouC o al m i n e Geo I o gi c alE n gi n e e ri n g C ons u l t a n t an d Geo l o gi c alE n v i ro n m e n t a l M o n i t o ri n g C e n te r ， G u i y a n g ， G u i z h o u 5 5 lx x 拓 A bs t r a Ct The D o n 酬anc o a l m in e is loca t i n g t o th e wes t ofQ i n gl o n g c o u n t y se at ， G u i z h o u Prov i n c e C o albe arin g s t ra tais 肠 n gtan FOn 旧 旧 t i o n s a n d s t o n e a n d m u d s t o n e ， m al n m i n e abl e fi v e c o alse ams 阴 N o s . 1 0 ， 2 2 ， 24， 25a n d 2 6 ， a n d m i n in g d e p t h atp 比 s e n t i s 1 7 5 m ， h o w e v e r ， th e D az h a i l a n d s l i d e a n d 5 s u b s i d e n c e areash ave 目 re a d y fo rme d s i n c e m i n i ng. Thro u gh a n al y se s and e s t i m a t i o n s ， th es afe m i n i n gd e p lhis 3 3 6 3 mi nt h is 晓a . B e c a u seof。 o alm i n i n g c a ngi veri seto罗 o lo gi c alh aza记 s ofl a n d s l ide， surfac e su b s i d e n c e ， th e re fo 比 ， c o al m i n e e nv i ro n m e n 回p rote c t io n an dc o m p re h e n s i v e trea t m e n t t e c h n i c alm e a s u re s i n c l u d in g t o se t m i n i n g p 功 h ib i to 口毗a ， c o n s t ru c t se w 娜 d is 卯 s a l p l ant ， c o m p re h e n s iv eu ti l i zatio nof， n 即 e ， e st abl i s ho b se rv at i o ns ta t i o nof，u n d m o v e m e n t p u t fo ，ald . K e y 钾 o r ds D az h a i l an d s l i d e ; s u rfac e s u b s i d e n c e ; 邵 ol o g ic alh azard衅d ic t i o n ; c omp re h e ns i v e 晚a t m e n t ; D o n 酬anc o a l m i n e 万方数据