采煤塌陷區(qū)地質(zhì)災(zāi)害論文范文

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1北山煤礦采煤沉陷區(qū)地質(zhì)災(zāi)害類型及特征

1.1滑坡北山煤礦采煤沉陷區(qū)存在3處滑坡，分別編號HP1、HP2和HP3。HP1屬于黃土滑坡，平面形態(tài)不規(guī)則，滑坡長26m，寬31m，滑體平均厚度6m，體積約4700m3，相對高差18m，平均坡度37°，主滑方向292°，滑體巖性自上而下為粉土和粉質(zhì)黏土，滑面為圓弧形；HP2為巖質(zhì)滑坡，平面形態(tài)呈圈椅狀，滑坡長22m，寬53m，滑體平均厚度4m，體積約4660m3，相對高差12m，平均坡度28°，主滑方向253°，滑體巖性自上而下為砂巖和泥頁巖，滑面為折線形；HP3為楔形體巖質(zhì)滑坡，平面形態(tài)呈“八”字形，滑坡長35m，最寬處約25m，楔形體最厚處為6m，體積約3800m3，相對高差32m，平均坡度56°，滑體巖性自上而下為砂巖、泥巖和砂巖，主滑方向66°，并沿結(jié)構(gòu)面下滑3.5m，楔形體滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，工況條件改變時可能再次發(fā)生滑動。

1.2不穩(wěn)定邊坡受采空塌陷及工程開挖共同作用的影響，采煤沉陷區(qū)內(nèi)沿溝谷兩岸斷續(xù)分布有16處邊坡，大部分為巖質(zhì)邊坡，少量為黃土邊坡。巖質(zhì)邊坡的坡體主要為砂巖、泥巖，坡度較陡，一般為44~58°，坡高為4~12m不等，坡面風(fēng)化嚴重，節(jié)理裂隙發(fā)育，整體穩(wěn)定性較好，局部發(fā)生崩滑破壞；黃土邊坡的坡體為馬蘭黃土，坡度較陡，近乎直立，坡高3~8m不等，大孔隙結(jié)構(gòu)及垂直節(jié)理發(fā)育，局部發(fā)生崩滑，一處邊坡已經(jīng)發(fā)生滑坡。

1.3潛在泥石流采煤沉陷區(qū)內(nèi)分布一條走向近南北的溝谷，溝谷三面環(huán)山，一面開口，呈長瓢狀，溝底高程在1099~1186m，溝床縱坡比降平均140‰，溝坡高差24~49m，坡度40~65°；溝谷谷底及東部溝坡上存在3處煤矸石棄渣、建筑垃圾及切坡棄渣組成的松散狀堆積體，體積大約25900m3；溝谷匯水面積約2km2。在暴雨等極端氣象條件下可能誘發(fā)泥石流，對溝谷的建構(gòu)物及下游村莊造成嚴重危害。

2北山煤礦采煤沉陷區(qū)生態(tài)環(huán)境破壞現(xiàn)狀

大規(guī)模的煤炭開采對于原本生態(tài)環(huán)境脆弱的山西來說就是“雪上加霜”。北山煤礦工程、道路的建設(shè)及棄渣的隨意堆積，使原本森林覆蓋率達43.1%的烏金山國家森林公園出現(xiàn)大量大面積的斑駁，與周圍生態(tài)環(huán)境嚴重不協(xié)調(diào)；煤矸石堆自燃產(chǎn)生的SO2、H2S等廢氣使烏金山國家森林公園部分區(qū)域彌漫著強烈的刺激性氣味；在降雨條件下，煤矸石堆的淋濾液中含有大量的有害化學(xué)成分，能夠腐蝕土壤、污染地下水。

3地質(zhì)災(zāi)害與生態(tài)環(huán)境綜合治理方案

北山煤礦采煤沉陷區(qū)位于烏金山國家森林公園內(nèi)，治理方案的選擇綜合考慮了森林公園的生態(tài)環(huán)境、地質(zhì)災(zāi)害的威脅、山西旅游發(fā)展戰(zhàn)略及社會需求等諸多因素。

3.1采空區(qū)的注漿及地面塌陷、地裂縫的回填復(fù)墾采空塌陷坑面積廣闊，且位于烏金山國家森林公園內(nèi)，考慮到需要在塌陷坑內(nèi)建設(shè)娛樂設(shè)施、蓄水池等構(gòu)筑物，確定對采空塌陷坑進行工程治理后重新利用。綜合考慮上述因素，采空區(qū)采用注漿進行工程治理，地表塌陷坑、地裂縫采用回填、整平、復(fù)墾、綠化等措施進行綜合治理。注漿的范圍包括采空區(qū)地表建構(gòu)筑物附加荷載大的區(qū)域及蓄水池的區(qū)域，注漿面積為43034m2，總注漿量為91465m3，注漿材料采用水泥粉煤灰漿，水固比1∶1.2~1∶1.5，水泥含量占固相的20%，帷幕孔間距為20m，注漿孔間距為25m，呈梅花形布置；塌陷坑及地裂縫采用表土剝離，開挖，分層回填碾壓的方式回填至設(shè)計標(biāo)高，并回填10cm厚度的種植土，最后平鋪草皮綠化。

3.2滑坡的綜合治理方案采煤沉陷區(qū)內(nèi)滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，需要通過工程措施進行錨固。HP1和HP2采用削方+預(yù)應(yīng)力錨索框架梁+植被綠化+截排水的綜合治理方案，即通過削坡清除滑體、減小荷載、整平坡面；錨索錨固段長度為6~8m，錨索總長根據(jù)滑面位置和滑體厚度確定，框架梁尺寸為4m×4m，截面寬400mm，厚500mm，框架梁將錨索的拉力均勻分散到坡面上，與錨索一起為滑坡提供足夠的錨固力；坡面綠化采用草-灌多層次立體防護，草本種類選用高羊茅并混播一定比例的紫花苜蓿，灌木類型則選用沙棘；坡頂距離框架梁5m處設(shè)置一道截水溝，截水溝斷面尺寸依據(jù)匯水面積和降雨強度計算確定。HP3采用肋板墻+預(yù)應(yīng)力錨索+生態(tài)綠化的綜合治理方案，即通過削方使滑坡不同坡段的坡度保持一致；肋板厚400mm，寬6m，肋柱寬600mm，厚700mm，設(shè)置間距為3m；錨索設(shè)置在肋柱上，垂直間距為2.5m，錨索長度的設(shè)置與上述原則相同；待上述工程施工完畢后，沿著坡頂、坡底各栽植一排五葉地錦進行生態(tài)綠化；坡頂設(shè)置截水溝，方法與HP1和HP2的截水溝設(shè)置方法相同。

3.3不穩(wěn)定邊坡的綜合治理方案對采煤沉陷區(qū)內(nèi)16處不穩(wěn)定邊坡選取具有代表性的剖面，采用極限平衡法，在不同工況條件對其進行穩(wěn)定性計算和評價。治理方案依據(jù)邊坡的穩(wěn)定程度可以分為2種：當(dāng)邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)Fs＜1.05，處于欠穩(wěn)定或者不穩(wěn)定狀態(tài)時，采用削坡+復(fù)合錨桿框架梁+排水的綜合防治措施，即通過削坡，整平坡面并將坡度削為1∶1或更緩，框架梁尺寸為4m×4m，截面寬400mm，厚500mm，為了呼應(yīng)烏金山國家森林公園的生態(tài)景觀，在框架內(nèi)使用漿砌片石砌筑一個拱頂直徑為3m的拱形骨架，骨架內(nèi)碼放生態(tài)植被袋，坡頂依據(jù)地形設(shè)置截水溝，如圖1所示；當(dāng)邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)Fs在1.05和邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)Fst之間，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)時，采用削坡+生態(tài)植被袋+排水的綜合防治措施，即通過削坡清除坡面植被、整平坡面，自坡底向上按一定規(guī)則依次碼放生態(tài)植被袋，如圖2所示。

3.4潛在泥石流的綜合治理方案綜合考慮周圍生態(tài)景觀、地質(zhì)災(zāi)害威脅、場地利用狀況、治理費用等因素，確定潛在泥石流的治理方案為固源。即對3處松散堆積體物源依據(jù)地形條件按照1∶1.5的坡率分層碾壓夯實，坡面采用漿砌片石拱形骨架進行護坡，拱形骨架寬3m，具體尺寸見圖3，骨架內(nèi)填鋪一層厚30cm的種植土，然后鋪設(shè)草皮進行生態(tài)綠化。

4討論

采煤沉陷區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育過程與生態(tài)環(huán)境的破壞狀況并不是相互獨立的，而是相輔相成、相互促進的。生態(tài)環(huán)境的破壞和地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生往往同時存在，生態(tài)環(huán)境的破壞可以直接或間接導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生；地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生又會嚴重加劇生態(tài)環(huán)境的破壞。就榆次北山煤礦采煤沉陷區(qū)來說，地下采煤活動、人類的工程開挖和肆意堆填導(dǎo)致區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境的嚴重破壞和眾多地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。具體來說，地下采煤活動導(dǎo)致大面積地表沉陷形成塌陷坑和地裂縫，進而造成地表水土流失，植被嚴重破壞，生態(tài)環(huán)境愈發(fā)惡劣；區(qū)內(nèi)植被覆蓋率驟減導(dǎo)致地表水更易進入坡體，進而引發(fā)邊坡失穩(wěn)，發(fā)生崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害；煤矸石等松散堆積體不僅破壞植被，污染空氣、水源、土壤，而且作為泥石流物源在暴雨等惡劣氣象條件下可能發(fā)生泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。上述地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育過程及發(fā)生時，更會進一步加劇區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境的破壞。由地質(zhì)災(zāi)害和生態(tài)環(huán)境的相互關(guān)聯(lián)性可知，采煤沉陷區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的治理方案和生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)治理方案必須全局統(tǒng)籌、綜合考慮、綜合防治。對采煤沉陷區(qū)的治理而言，不能僅對區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害采取工程措施而忽視生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)治理，否則惡劣的生態(tài)環(huán)境將導(dǎo)致新的地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)生；也不能僅對區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境進行恢復(fù)治理而無視地質(zhì)災(zāi)害的威脅，否則地質(zhì)災(zāi)害一旦發(fā)生，區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境將在短時內(nèi)發(fā)生嚴重破壞，之前耗費大量資金的生態(tài)環(huán)境恢復(fù)工程將失去意義；區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境恢復(fù)和地質(zhì)災(zāi)害治理分開前后來做也是不可行的，前后分開治理的方案不僅會造成經(jīng)濟上的浪費，還會導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害的工程與生態(tài)恢復(fù)工程之間存在縫隙，不能和諧統(tǒng)一、共同發(fā)揮作用，起到事倍功半的作用。

本文所述的綜合治理方案，是在對采煤沉陷區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀和生態(tài)環(huán)境破壞程度綜合分析評價的基礎(chǔ)上、結(jié)合當(dāng)?shù)芈糜伟l(fā)展戰(zhàn)略和社會需求等多種因素統(tǒng)籌考慮下制定的，與其他治理方案相比具有以下5個方面的優(yōu)點：（1）設(shè)計方案充分體現(xiàn)生態(tài)防護的理念，生態(tài)植被袋不僅增加了區(qū)內(nèi)綠化面積，而且對邊坡的穩(wěn)定性起到了主導(dǎo)的防護作用；框架梁內(nèi)、復(fù)合框架梁內(nèi)及拱形骨架內(nèi)的坡面植草不僅在生態(tài)環(huán)境恢復(fù)中起到主導(dǎo)作用，還能夠?qū)ζ旅嫫鸬椒e極的防護作用；（2）設(shè)計方案中五葉地錦等生態(tài)綠化措施有效地增強了肋板墻等工程措施的耐久性；（3）框架梁、復(fù)合框架梁、拱形骨架等工程措施在錨固邊坡的同時，為坡面綠化提供骨架，使得整體坡面綠化看起來更有活力；（4）帶狀的生態(tài)植被袋防護系統(tǒng)、矩形的框架梁護坡系統(tǒng)、拱形的復(fù)合框架梁護坡系統(tǒng)、拱形的骨架系統(tǒng)使得區(qū)內(nèi)生態(tài)綠化結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣化，為烏金山國家森林公園的景觀添加色彩；（5）工程措施與生態(tài)恢復(fù)措施相結(jié)合、地質(zhì)災(zāi)害治理工程與生態(tài)環(huán)境恢復(fù)工程相結(jié)合的綜合治理方案，在經(jīng)濟上要優(yōu)于其他方案。5結(jié)語（1）山西省在進行大規(guī)模煤礦開采過程中，采煤塌陷區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，生態(tài)環(huán)境惡劣，在對采煤塌陷區(qū)進行治理過程中，需要綜合考慮地質(zhì)災(zāi)害治理、生態(tài)環(huán)境恢復(fù)、經(jīng)濟轉(zhuǎn)型發(fā)展、社會需求等諸多因素；（2）山西榆次北山煤礦采煤塌陷區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害類型為地面塌陷及地裂縫、滑坡、不穩(wěn)定邊坡及潛在泥石流等；生態(tài)環(huán)境惡劣主要體現(xiàn)在植被破壞嚴重、廢渣的肆意堆積、廢氣污染大氣、廢水腐蝕土地等方面；（3）綜合考慮地質(zhì)災(zāi)害治理、生態(tài)環(huán)境恢復(fù)、山西的經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略及當(dāng)?shù)厣鐣枨蟮?個因素，工程治理方案與生態(tài)環(huán)境恢復(fù)方案相互耦合、共同作用，形成一套完整的綜合治理方案；（4）治理方案能夠消除北山煤礦采煤塌陷區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的威脅，恢復(fù)區(qū)內(nèi)原來的生態(tài)環(huán)境狀況，符合山西的旅游發(fā)展戰(zhàn)略，滿足社會需求，可以為山西省其他采煤塌陷區(qū)的治理提供思路和參考。

作者：秦朝亮龍建輝經(jīng)明趙金亮單位：太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院山西冶金巖土工程勘察總公司