贵州某煤矿区崩塌地质灾害成因分析及治理措施浅析.pdf

第 1 期贵州某煤矿区崩塌地质灾害成因分析及治理措施浅析王恒（贵州省地质环境监测院，贵州 贵阳550000）冶 金 与 材 料Metallurgy and materials第 44 卷 第 1 期2024 年 1 月Vol.44 No.1Jan.2024摘要：贵州山区地质环境条件脆弱，多年来煤矿区不合理的开采破坏了原有生态环境，煤矿开采引发的地质灾害一直威胁着人民生命财产安全，个别煤矿过度开采引发严重的地质灾害出现了人员伤亡。煤矿地质灾害引发的民生、环境等一系列问题，是困惑当地人民政府的头等难题。为消除可能出现的矿山地质灾害对当地居民、煤矿生产人员造成的安全隐患，通过对某煤矿崩塌地质灾害的分布范围、规模、诱发因素及地质条件进行分析，了解崩塌形成机制，在此基础上提出防治措施建议，对保障煤矿工作人员及周边受威胁群众的生命财产安全，对促进煤矿的安全、可持续开采具有重要意义。关键词：煤矿；崩塌地质灾害；成因分析；防治措施作者简介：王恒（1987），男，陕西咸阳人，主要研究方向：地质灾害防治、水工环地质调查。通过某煤矿现场实地调查，受煤矿采空变形影响，该煤矿区近年来发生过 4 次较大规模的崩塌。2017 年发生 2 次，2020 年发生一次，2022 年 5 月 31 日发生一次。期间有零星碎石掉落；碎石体积约 0.00150.0m3，崩塌堆积物集中在坡脚 100m 范围内。其中 2017 年发生的两次已崩塌已进行过简单清坡治理。1某煤矿区地质简况及地质灾害发育现状1.1矿区地质简况煤矿区出露地层由老到新依次为：二叠系上统龙潭组（P3l）、长兴组（P3c），三叠系下统夜郎组（T1y）及第四系（Q）。各时代地层岩性分述如下：1.1.1二叠系上统龙潭组（P3l）为一套海陆交互相、多旋迥沉积组成，出露岩性以粉砂岩、粘土岩、炭质粘土岩、菱铁质灰岩及煤层为主，局部含菱铁矿及黄铁矿结核。出露厚度为 263.25416.25m，平均厚度为 337.30m。1.1.2二叠统上统长兴组（P3c）呈带状出露于矿区东部，岩性为灰色中至厚层含燧石生物碎屑灰岩，偶夹炭质泥岩条带。厚 20m，顶部见一层厚约 1m 的泥灰岩。1.1.3三叠系下统夜郎组（T1y）共两段，夜郎组第二段（T1y2）出露于矿区中东部地势较高地带，为浅灰色、灰色及浅灰绿色中厚层状至厚层状泥灰岩、灰岩，底部泥质条带增多、增厚成薄层状泥质条带。地层厚度为 182450m。夜郎组第一段（T1y1）：为浅灰色、浅灰绿色泥岩、钙质泥岩、泥灰岩。出露厚度为 10.0436.07m，平均 23.37m。1.1.4第四系地层分布于场区中部地势相对较缓的坡地上，厚度 05m。岩性为深灰色至浅黄灰色碎石土，表层常含腐殖质，碎石成分为风化的泥石岩、粘土岩、粉砂岩等，结构松散。在矿区中南部地势较高的台地上，是上部山体历年崩塌形成的崩塌堆积体，岩性为浅灰色灰岩、泥灰岩碎块及转石。1.2地形地貌该崩塌区域属于侵蚀、溶蚀斜坡地貌。由于自然形成陡岩，受煤矿采空变形影响形成崩塌地质灾害，矿区为剥蚀溶蚀地貌，中上部为陡崖，顶部为缓斜坡，陡崖近乎直立，缓斜坡坡度 15毅耀30毅，危岩体呈扇形展布，陡崖顶部海拔高程为 14101460m。1.3崩塌地质灾害现状崩塌危岩带所在陡崖临空面近乎直立，极易形成坠落式崩塌。危岩带出露地层岩性为三叠系下统夜郎组（T1y）浅灰色、灰色及浅灰绿色中厚层状至厚层状泥灰岩、灰岩及泥质灰岩，岩层产状为 803毅。危岩带高80100m，长约 400m，厚约 0.33.5m，体积约 30000m3。根据现场地质测绘成果，现状地质灾害为岩体崩塌，可见的崩塌体共四个，现分述如下咱1-3暂：BT1：分布高程 14201438m，崩塌地层为 T1y 灰色薄至中层状灰岩，平面形态呈带状，分布面积约 120m2，崩塌体体积约 936m3。因当地村民耕作，已对崩塌体进行了清理，现场仅可见少量大块转石规程于斜坡上，砖石规模 0.010.5m3。BT2：分布高程 13301336m，崩塌地层为 P3c 灰色中层状燧石灰岩，平面形态呈三角形，分布面积约28m2，崩塌体体积约 237m3。现场可见大块转石堆积于斜坡上，堆积区面积约 52m2，转石规模 0.010.8m3。BT3：分布高程 13551375m，崩塌地层为 P3c 灰色109冶金与材料第 44 卷中层状燧石灰岩，平面形态呈三角形，分布面积约 54m2，崩塌体体积约 582m3。因当地村民耕作，已对崩塌体进行了部分清理，现场可见大块转石堆积于斜坡上，堆积区面积约 15m2，转石规模 0.0110m3。BT4：分布高程 13801457m，崩塌地层为 T1y 灰色薄至中层状灰岩、泥灰岩，平面形态呈带状，分布面积约 856m2，崩塌体体积约 23070m3，崩塌形成时间为2018年 4 月初。崩塌体堆积于其下方，堆积区清晰可见，面积约 7584m2，岩块块体体积 0.010.3m3。2022 年 6 月初曾出现少量岩体崩塌，崩塌量约 50m3。1.4危岩体特征危岩体（WY1）：分布于 BT1 留下的凹腔上方。危岩体之下已大部失去支撑，有全部崩落的可能。分布高程14231439m，崩塌地层为 T1y 灰色中厚层状灰岩，平面形态呈三角形，面积约 57m2，崩塌体体积 564m3。危岩体（WY2）：分布于 BT1 留下的凹腔下方。危岩体由于裂隙切割已与母体脱离。分布高程 13881419m，崩塌地层为 T1y 灰色中厚层状灰岩、泥灰岩，平面形态呈梯形，面积约 525m2，危岩体体积 5530m3。危岩体（WY3）：分布于 BT1 留下的凹腔南侧。危岩体由于裂隙切割已与母体脱离。分布高程 13691426m，崩塌地层为 T1y 灰色中厚层状灰岩，平面形态呈梯形，面积约 3572m2，危岩体体积约 74719m3。危岩体（WY4）：分布于矿区南侧，主要是 BT4 后方的松散岩体。危岩体由于裂隙切割已部分与母体脱离，在人类活动的影响下会再次崩塌。分布高程 13671465m，崩塌地层为 T1y 灰色中厚层状灰岩，平面形态呈梯形，面积约 1358m2，危岩体体积 19812m3。2煤矿地质灾害影响因素及成因分析2.1崩塌形成影响因素2.1.1不利地形条件危岩带微地貌以陡崖、陡坡为主，地形坡度很陡。危岩临空面倾角的大小跟危岩的形成密切相关，是危岩形成的必备条件，倾角越大，危岩愈易失稳；危岩所处高度越高，其重心越高，越容易出现倾倒失稳。2.1.2地质构造影响危岩带节理裂隙发育，受节理裂隙、岩体卸荷、风化等影响，区内岩体节理裂隙发育，岩体破碎，完整性差。2.1.3地层岩性岩性对岩质边坡崩塌落石的控制作用是明显的，岩质边坡稳定性主要取决于岩性组合。危岩带地层岩性为灰岩，为硬质碳酸盐岩，当坡角大于 70毅时，由于岩层界面的差异性风化卸荷作用，使陡倾层状边坡在局部坡面上，极易形成众多深浅不一的凹岩腔。这些凹岩腔的产生和发展，使得凹岩腔上覆岩体逐渐发展为危岩，并在降雨或人工开挖等诱发因素下，发生崩落。2.1.4岩体结构软弱结构面对岩质边坡的变形与破坏具有显著的控制作用，在边坡中出现的频率及其相互组合是危岩形成和破坏的原因之一，危岩的失稳多以这些控制性WY4WY3WY1WY2图 1危岩体分布图110第 1 期裂隙为边界进行破坏。这些控制性裂隙包括岩层层面、节理裂隙、片理与劈理等软弱结构面，这些成因不同、大小不一的结构面将岩体分割成性质各异、力学强度不均的各种岩体结构体，危岩主控结构面切割越深，越容易失稳。2.1.5水的作用雨季是危岩失稳的多发季节，降雨强度越大、历时越长越易发生。地表水的入渗量与岩石的裂隙大小、深度及密度息息相关。暴雨期间容易导致岩体中短时间内形成一定的裂隙水压力，从而加速危岩的变形和发展。此外，雨水的下渗还起到了软化和降低岩体力学强度的作用，对危岩抗滑稳定不利。2.2成因分析及稳定性预测危岩体构造裂隙发育，构造节理与原生节理（层理）、卸荷节理共同作用，将岩体切割呈块状等；危岩带外倾结构面对危岩体的结构及稳定性起控制作用，其走向与陡崖走向斜交，较陡倾的裂隙结构面不利于岩体的稳定。另外危岩带所处地段坡高且陡，高陡的临空面及局部掉块形成的凹岩腔，引起强卸荷作用，形成卸荷裂隙，或加宽加大原构造裂隙；各种裂隙在外力地质作用下，导致裂隙宽度和长度增加。对岩体的切割加大，使危岩面积逐步加大。在雨水、爆破震动及根系生长等外力作用下使危岩崩落，对生命财产造成威胁咱4暂。根据稳定性计算结果及稳定性判定标准对危岩进行了稳定性评价。评价结果显示：煤矿区内各危岩体处于基本稳定状态的有 WYI、WY4、处于欠稳定状态的有WY2、WY3。3设计原则及治理措施分析3.1设计原则（1）以防止崩塌（危岩体）不产生整体滑动为基本目标。（2）采用支挡等措施增加崩塌的稳定性，确保居民生命财产安全。（3）治理工程布置应考虑经济和施工条件的合理性。同时考虑山体的景观功能性。（4）治理后崩塌区应严格控制崩塌体影响区域的人类工程活动。（5）采用动态设计、信息法施工。3.2治理措施根据崩塌（危岩体）的基本特征，在分析崩塌形成机制、稳定性评价的基础上，以及崩塌前缘被保护对象的重要性、对群众生命安全危害的社会影响性，综合考虑危岩体的实际情况，从以下两种方案进行比选咱5-7暂：方案一：局部清理危岩+坡脚拦石头沟+预应力锚索（杆）+被动防护网。对坡体中上部危岩体进行清除，对中下部危岩体进行加固。同时对后缘及侧缘裂缝用水泥砂浆进行封闭，防止雨水短时大量下渗。方案二：大面积清理危岩+主动防护网。按节理裂隙面顺向清楚，采取一坡到底，对坡面采取整体主动防护网的方式进行危岩体治理。同时对后缘及侧缘裂缝用水泥砂浆进行封闭，防止雨水短时大量下渗。方案一和方案二均能达到防治崩塌地质灾害的目的。由于煤矿采空变形仅处于相对稳定状态，近年出现新的地表裂缝，说明采空变形仍然在持续，采用方案一能较好地适应采空变形引起的新的崩塌。方案二采取全部清除的方式，岩体清除量大，施工难度大，工程量投入大。综合考虑崩塌地质灾害治理近期及远期需要，建议采取方案一对危岩进行治理。4结论本次对某煤矿崩塌（危岩体）采取调查、测绘以及室内试验等手段进行了全面、系统的勘查，查明了灾害体的地质环境条件及基本特征，并对灾害体的形成机制、稳定性及防治工程方案进行了分析和评估，主要结论如下：（1）通过崩塌勘查，该煤矿所处区域内发育崩塌体有四处，围岩带各危岩体处于欠稳定-基本稳定状态。（2）通过对某煤矿崩塌体发育特征分析，该煤矿崩塌体主要受地形地貌、地层岩性、地质构造、岩体结构等因素影响，不利的地形条件为崩塌地质灾害提供了有利条件。（3）通过对崩塌体成因分析，掌握了其发育规律最终确定了该崩塌体的治理措施为：局部危岩清理+被动防护网+拦石沟的综合治理方式。参考文献1 王刚，王洪峰，王刘文，等.某煤矿开裂山体稳定性评价及防治措施建议 J.西部资源，2023（5）：36-38.2 陈敏.贵州洞湾煤矿地质灾害及其治理 J.中国煤炭地质，2008，20（4）：53-55.3 王韶伟，袁鹏举.煤矿地质灾害的特征及防治策略探讨 J.中国石油和化工标准与质量，2022，42（3）：147-148.4 王进良.煤矿地质灾害特征及其防治措施 J.能源与节能，2021（6）：98-100.5 蔡立标.地质灾害发育特征及形成机制分析 J.世界有色金属，2018（16）：264-265.6 陈帆，刘立，陆海空，等.岩质高陡边坡稳定性分析 J.西华大学学报（自然科学版），2010，29（3）：54-55+94.7 黄江，石豫川，吉锋，等.三维激光扫描技术在高边坡危岩体调查中的应用与讨论 J.长江科学院院报，2013，30（11）：45-49.王恒：州某煤矿区崩塌地质灾害成因分析及治理措施浅析111