采煤塌陷区地质灾害论文范文

1北山煤矿采煤沉陷区地质灾害类型及特征

1.1滑坡北山煤矿采煤沉陷区存在3处滑坡，分别编号HP1、HP2和HP3。HP1属于黄土滑坡，平面形态不规则，滑坡长26m，宽31m，滑体平均厚度6m，体积约4700m3，相对高差18m，平均坡度37°，主滑方向292°，滑体岩性自上而下为粉土和粉质黏土，滑面为圆弧形；HP2为岩质滑坡，平面形态呈圈椅状，滑坡长22m，宽53m，滑体平均厚度4m，体积约4660m3，相对高差12m，平均坡度28°，主滑方向253°，滑体岩性自上而下为砂岩和泥页岩，滑面为折线形；HP3为楔形体岩质滑坡，平面形态呈“八”字形，滑坡长35m，最宽处约25m，楔形体最厚处为6m，体积约3800m3，相对高差32m，平均坡度56°，滑体岩性自上而下为砂岩、泥岩和砂岩，主滑方向66°，并沿结构面下滑3.5m，楔形体滑坡处于欠稳定状态，工况条件改变时可能再次发生滑动。

1.2不稳定边坡受采空塌陷及工程开挖共同作用的影响，采煤沉陷区内沿沟谷两岸断续分布有16处边坡，大部分为岩质边坡，少量为黄土边坡。岩质边坡的坡体主要为砂岩、泥岩，坡度较陡，一般为44~58°，坡高为4~12m不等，坡面风化严重，节理裂隙发育，整体稳定性较好，局部发生崩滑破坏；黄土边坡的坡体为马兰黄土，坡度较陡，近乎直立，坡高3~8m不等，大孔隙结构及垂直节理发育，局部发生崩滑，一处边坡已经发生滑坡。

1.3潜在泥石流采煤沉陷区内分布一条走向近南北的沟谷，沟谷三面环山，一面开口，呈长瓢状，沟底高程在1099~1186m，沟床纵坡比降平均140‰，沟坡高差24~49m，坡度40~65°；沟谷谷底及东部沟坡上存在3处煤矸石弃渣、建筑垃圾及切坡弃渣组成的松散状堆积体，体积大约25900m3；沟谷汇水面积约2km2。在暴雨等极端气象条件下可能诱发泥石流，对沟谷的建构物及下游村庄造成严重危害。

2北山煤矿采煤沉陷区生态环境破坏现状

大规模的煤炭开采对于原本生态环境脆弱的山西来说就是“雪上加霜”。北山煤矿工程、道路的建设及弃渣的随意堆积，使原本森林覆盖率达43.1%的乌金山国家森林公园出现大量大面积的斑驳，与周围生态环境严重不协调；煤矸石堆自燃产生的SO2、H2S等废气使乌金山国家森林公园部分区域弥漫着强烈的刺激性气味；在降雨条件下，煤矸石堆的淋滤液中含有大量的有害化学成分，能够腐蚀土壤、污染地下水。

3地质灾害与生态环境综合治理方案

北山煤矿采煤沉陷区位于乌金山国家森林公园内，治理方案的选择综合考虑了森林公园的生态环境、地质灾害的威胁、山西旅游发展战略及社会需求等诸多因素。

3.1采空区的注浆及地面塌陷、地裂缝的回填复垦采空塌陷坑面积广阔，且位于乌金山国家森林公园内，考虑到需要在塌陷坑内建设娱乐设施、蓄水池等构筑物，确定对采空塌陷坑进行工程治理后重新利用。综合考虑上述因素，采空区采用注浆进行工程治理，地表塌陷坑、地裂缝采用回填、整平、复垦、绿化等措施进行综合治理。注浆的范围包括采空区地表建构筑物附加荷载大的区域及蓄水池的区域，注浆面积为43034m2，总注浆量为91465m3，注浆材料采用水泥粉煤灰浆，水固比1∶1.2~1∶1.5，水泥含量占固相的20%，帷幕孔间距为20m，注浆孔间距为25m，呈梅花形布置；塌陷坑及地裂缝采用表土剥离，开挖，分层回填碾压的方式回填至设计标高，并回填10cm厚度的种植土，最后平铺草皮绿化。

3.2滑坡的综合治理方案采煤沉陷区内滑坡处于欠稳定状态，需要通过工程措施进行锚固。HP1和HP2采用削方+预应力锚索框架梁+植被绿化+截排水的综合治理方案，即通过削坡清除滑体、减小荷载、整平坡面；锚索锚固段长度为6~8m，锚索总长根据滑面位置和滑体厚度确定，框架梁尺寸为4m×4m，截面宽400mm，厚500mm，框架梁将锚索的拉力均匀分散到坡面上，与锚索一起为滑坡提供足够的锚固力；坡面绿化采用草-灌多层次立体防护，草本种类选用高羊茅并混播一定比例的紫花苜蓿，灌木类型则选用沙棘；坡顶距离框架梁5m处设置一道截水沟，截水沟断面尺寸依据汇水面积和降雨强度计算确定。HP3采用肋板墙+预应力锚索+生态绿化的综合治理方案，即通过削方使滑坡不同坡段的坡度保持一致；肋板厚400mm，宽6m，肋柱宽600mm，厚700mm，设置间距为3m；锚索设置在肋柱上，垂直间距为2.5m，锚索长度的设置与上述原则相同；待上述工程施工完毕后，沿着坡顶、坡底各栽植一排五叶地锦进行生态绿化；坡顶设置截水沟，方法与HP1和HP2的截水沟设置方法相同。

3.3不稳定边坡的综合治理方案对采煤沉陷区内16处不稳定边坡选取具有代表性的剖面，采用极限平衡法，在不同工况条件对其进行稳定性计算和评价。治理方案依据边坡的稳定程度可以分为2种：当边坡的稳定性系数Fs＜1.05，处于欠稳定或者不稳定状态时，采用削坡+复合锚杆框架梁+排水的综合防治措施，即通过削坡，整平坡面并将坡度削为1∶1或更缓，框架梁尺寸为4m×4m，截面宽400mm，厚500mm，为了呼应乌金山国家森林公园的生态景观，在框架内使用浆砌片石砌筑一个拱顶直径为3m的拱形骨架，骨架内码放生态植被袋，坡顶依据地形设置截水沟，如图1所示；当边坡的稳定性系数Fs在1.05和边坡稳定安全系数Fst之间，处于基本稳定状态时，采用削坡+生态植被袋+排水的综合防治措施，即通过削坡清除坡面植被、整平坡面，自坡底向上按一定规则依次码放生态植被袋，如图2所示。

3.4潜在泥石流的综合治理方案综合考虑周围生态景观、地质灾害威胁、场地利用状况、治理费用等因素，确定潜在泥石流的治理方案为固源。即对3处松散堆积体物源依据地形条件按照1∶1.5的坡率分层碾压夯实，坡面采用浆砌片石拱形骨架进行护坡，拱形骨架宽3m，具体尺寸见图3，骨架内填铺一层厚30cm的种植土，然后铺设草皮进行生态绿化。

4讨论

采煤沉陷区内地质灾害的发育过程与生态环境的破坏状况并不是相互独立的，而是相辅相成、相互促进的。生态环境的破坏和地质灾害的发生往往同时存在，生态环境的破坏可以直接或间接导致地质灾害的发生；地质灾害的发生又会严重加剧生态环境的破坏。就榆次北山煤矿采煤沉陷区来说，地下采煤活动、人类的工程开挖和肆意堆填导致区内生态环境的严重破坏和众多地质灾害的发生。具体来说，地下采煤活动导致大面积地表沉陷形成塌陷坑和地裂缝，进而造成地表水土流失，植被严重破坏，生态环境愈发恶劣；区内植被覆盖率骤减导致地表水更易进入坡体，进而引发边坡失稳，发生崩塌、滑坡等地质灾害；煤矸石等松散堆积体不仅破坏植被，污染空气、水源、土壤，而且作为泥石流物源在暴雨等恶劣气象条件下可能发生泥石流等地质灾害。上述地质灾害发育过程及发生时，更会进一步加剧区内生态环境的破坏。由地质灾害和生态环境的相互关联性可知，采煤沉陷区内地质灾害的治理方案和生态环境的恢复治理方案必须全局统筹、综合考虑、综合防治。对采煤沉陷区的治理而言，不能仅对区内地质灾害采取工程措施而忽视生态环境的恢复治理，否则恶劣的生态环境将导致新的地质灾害的产生；也不能仅对区内生态环境进行恢复治理而无视地质灾害的威胁，否则地质灾害一旦发生，区内生态环境将在短时内发生严重破坏，之前耗费大量资金的生态环境恢复工程将失去意义；区内生态环境恢复和地质灾害治理分开前后来做也是不可行的，前后分开治理的方案不仅会造成经济上的浪费，还会导致地质灾害的工程与生态恢复工程之间存在缝隙，不能和谐统一、共同发挥作用，起到事倍功半的作用。

本文所述的综合治理方案，是在对采煤沉陷区内地质灾害现状和生态环境破坏程度综合分析评价的基础上、结合当地旅游发展战略和社会需求等多种因素统筹考虑下制定的，与其他治理方案相比具有以下5个方面的优点：（1）设计方案充分体现生态防护的理念，生态植被袋不仅增加了区内绿化面积，而且对边坡的稳定性起到了主导的防护作用；框架梁内、复合框架梁内及拱形骨架内的坡面植草不仅在生态环境恢复中起到主导作用，还能够对坡面起到积极的防护作用；（2）设计方案中五叶地锦等生态绿化措施有效地增强了肋板墙等工程措施的耐久性；（3）框架梁、复合框架梁、拱形骨架等工程措施在锚固边坡的同时，为坡面绿化提供骨架，使得整体坡面绿化看起来更有活力；（4）带状的生态植被袋防护系统、矩形的框架梁护坡系统、拱形的复合框架梁护坡系统、拱形的骨架系统使得区内生态绿化结构复杂多样化，为乌金山国家森林公园的景观添加色彩；（5）工程措施与生态恢复措施相结合、地质灾害治理工程与生态环境恢复工程相结合的综合治理方案，在经济上要优于其他方案。5结语（1）山西省在进行大规模煤矿开采过程中，采煤塌陷区内地质灾害频发，生态环境恶劣，在对采煤塌陷区进行治理过程中，需要综合考虑地质灾害治理、生态环境恢复、经济转型发展、社会需求等诸多因素；（2）山西榆次北山煤矿采煤塌陷区内地质灾害类型为地面塌陷及地裂缝、滑坡、不稳定边坡及潜在泥石流等；生态环境恶劣主要体现在植被破坏严重、废渣的肆意堆积、废气污染大气、废水腐蚀土地等方面；（3）综合考虑地质灾害治理、生态环境恢复、山西的经济发展战略及当地社会需求等4个因素，工程治理方案与生态环境恢复方案相互耦合、共同作用，形成一套完整的综合治理方案；（4）治理方案能够消除北山煤矿采煤塌陷区内地质灾害的威胁，恢复区内原来的生态环境状况，符合山西的旅游发展战略，满足社会需求，可以为山西省其他采煤塌陷区的治理提供思路和参考。

作者：秦朝亮龙建辉经明赵金亮单位：太原理工大学矿业工程学院山西冶金岩土工程勘察总公司