洪五華

（貴州省煤田地質(zhì)局水源隊(duì)，貴州 貴陽(yáng) 550081）

煤礦山開采帶來(lái)的主要問(wèn)題為土地與植被的壓占與損毀、地質(zhì)災(zāi)害（包括崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫等）、水土資源環(huán)境的污染，隨著國(guó)家淘汰落后產(chǎn)能，提倡綠色能源的步伐，關(guān)閉煤礦山引發(fā)的地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害等問(wèn)題日趨顯著。

貴州省關(guān)閉煤礦山環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題亟待解決。關(guān)閉煤礦井引發(fā)的主要地質(zhì)災(zāi)害類型有滑坡、地面沉降、地裂縫等,環(huán)境污染問(wèn)題有地下水污染、地表水污染、含水層破壞、水土流失、土壤污染,生態(tài)環(huán)境問(wèn)題主要表現(xiàn)在自然景觀破壞、生態(tài)平衡破壞。十四五規(guī)劃局勢(shì)下，貴州省如何防災(zāi)減災(zāi)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，進(jìn)行關(guān)閉煤礦山調(diào)查與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，將成為關(guān)閉礦山地區(qū)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題之一，將成為影響鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略成功的因素之一。本文以關(guān)閉煤礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查為基礎(chǔ)，借助地球物理勘探作業(yè)圈定關(guān)閉煤礦采空區(qū)范圍（及影響范圍），研究關(guān)閉煤礦山地質(zhì)災(zāi)害環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)性預(yù)測(cè)，并提出工程建設(shè)建議。

1 礦區(qū)采礦歷史

貴州省某煤礦于1979年開始建井，1984年建成投產(chǎn)，原設(shè)計(jì)礦井生產(chǎn)能力為6×104t/a，礦山采礦方法為走向長(zhǎng)壁后退式，采煤工作面采用傳統(tǒng)炸藥爆破，支護(hù)方式采用單體液壓支護(hù)配鉸接頂梁進(jìn)行支護(hù)，“三·四”排空頂全部陷落法管理采空區(qū)。煤炭運(yùn)輸采用人工掘進(jìn)工作面刮板運(yùn)輸機(jī)，進(jìn)入運(yùn)輸巷后裝入礦車，經(jīng)過(guò)礦車運(yùn)輸，絞車提升至地面煤場(chǎng)，通過(guò)汽車外運(yùn)。礦井于2011年按照煤炭行業(yè)要求政策性關(guān)閉。

根據(jù)貴州省煤炭行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整政策，煤礦于2011年被政府部門實(shí)行了補(bǔ)償關(guān)閉。

2 礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件

2.1 氣象水文條件

煤礦區(qū)屬為亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，溫暖潮濕，雨量充沛。年均氣溫14.9℃，極高氣溫33.7℃，極低氣溫零下5.3℃，年均降雨量1400mm。地表水系不發(fā)育，礦區(qū)內(nèi)無(wú)大的河流，僅礦區(qū)南部發(fā)育一條小河，其最大流量為637.7L/s，常年有水，隨季節(jié)性變化，雨季受附近泉水補(bǔ)給。

2.2 地形地貌條件

區(qū)域整體屬構(gòu)造侵蝕低中山地貌類型，地勢(shì)總體上是北部高而南部低，煤礦區(qū)地形地貌見圖1。

2.3 區(qū)域構(gòu)造與地震條件

礦區(qū)內(nèi)斷裂方向與區(qū)域總體構(gòu)造線一致，有北北東向、南東向、北東向三組。調(diào)查區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，主要發(fā)育6 條斷裂帶。調(diào)查區(qū)基本地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，基本地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35s，相應(yīng)地震烈度為Ⅵ度，區(qū)域地殼穩(wěn)定性相對(duì)較好。

2.4 區(qū)域地層條件

煤礦區(qū)出露地層有二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l）、長(zhǎng)興組（P3c）、三疊系下統(tǒng)大冶組（T1d）及第四系（Q）：

（1）二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l）：主要為深灰色燧石灰?guī)r間夾深灰色及灰黑色頁(yè)巖、砂質(zhì)頁(yè)巖，地層厚度約160m。為礦區(qū)含煤地層，包含礦區(qū)主要可采煤層三層。

（2）二疊系上統(tǒng)長(zhǎng)興組（P3c）：灰色中厚層狀燧石灰?guī)r中夾薄層硅質(zhì)巖。地層厚度50～72m，一般厚度62m。

（3）三疊系下大冶組（T1d）：灰綠、褐黃、灰黑色粘土巖夾少量粉砂巖，偶夾泥質(zhì)灰?guī)r。地層厚度65～87m，一般厚度78m。

（4）第四系（Q）：主要為黃、褐黃色砂質(zhì)紅粘土組成，其間含有少量碎石，稍濕，可塑性狀，局部軟塑狀。地層厚0～5m。

3 礦山生態(tài)地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查

3.1 地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀

據(jù)本次現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查、核實(shí)、訪問(wèn)。由于當(dāng)?shù)卮迕衩磕旮鳎糠值孛嫠輩^(qū)已采取工程治理措施回填，未采取工程治理措施的也有些由于自然因素回填的（自然地質(zhì)應(yīng)力削高填低的能力），調(diào)查時(shí)大部分不可見全貌。本次共計(jì)調(diào)查23 個(gè)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)，包括調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)的4 個(gè)不穩(wěn)定斜坡，19 個(gè)地面塌陷。調(diào)查發(fā)現(xiàn)塌陷坑均近似橢圓形，大部分長(zhǎng)軸范圍0.2～2.1m,短軸范圍0.15～1.5m，可見深度范圍0.1～0.17m，塌陷坑全貌部分可見。圖2展示為橢圓形塌陷坑與不穩(wěn)定斜坡：塌陷坑近似橢圓形，長(zhǎng)軸約1m,短軸約0.5m，可見深度約0.7m，塌陷坑全貌可見；不穩(wěn)定斜坡屬于小型土質(zhì)斜坡，斜坡長(zhǎng)20m，斜坡寬4m，下沉約3m。據(jù)訪問(wèn)，2019年在該點(diǎn)發(fā)現(xiàn)滑移現(xiàn)象，之前未發(fā)生滑移現(xiàn)象。

礦區(qū)內(nèi)發(fā)育的最大塌陷坑采用井下射像儀進(jìn)行測(cè)量，垂直發(fā)育深度為6.60m，沿NS20°方向發(fā)育長(zhǎng)度大于50m，且有分叉現(xiàn)象，大約分三個(gè)方向發(fā)育。暗河內(nèi)水量較大，暗河頂部和側(cè)面有鈣化現(xiàn)象（鐘乳石發(fā)育）。說(shuō)明此塌陷點(diǎn)為巖溶發(fā)育的暗河天窗（地質(zhì)學(xué)上的暗河天窗是一種巖溶形態(tài)的名稱，即暗河通道與地表的連通點(diǎn)）。見圖3。

3.2 前期采礦對(duì)土地資源、地下含水層等的破壞

煤礦建設(shè)未發(fā)現(xiàn)在地表進(jìn)行大規(guī)模的挖、填方工程活動(dòng)。因此，煤礦采煤工程活動(dòng)對(duì)地貌景觀破壞性較小。本次實(shí)地調(diào)查時(shí)，發(fā)現(xiàn)該煤礦采煤工程活動(dòng)導(dǎo)致礦區(qū)內(nèi)南西面1處地表泉點(diǎn)出現(xiàn)枯竭現(xiàn)象，該處泉點(diǎn)于2004年以后完全枯竭，現(xiàn)已無(wú)水流出。煤礦井口段井筒于2017年左右均已按照有關(guān)要求進(jìn)行了封閉，本次調(diào)查時(shí)，煤礦井口及礦區(qū)其他區(qū)域未發(fā)現(xiàn)有礦井水外流現(xiàn)象。井筒之前已按照有關(guān)要求進(jìn)行了密閉填實(shí)，煤礦井口及礦區(qū)其他區(qū)域未發(fā)現(xiàn)有礦井水外流現(xiàn)象。而礦山的煤矸石均已外運(yùn)或作為填料進(jìn)行充分利用，調(diào)查區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有礦井水外流或矸石分布。

3.3 地質(zhì)環(huán)境破壞形成影響因素分析

3.3.1 不穩(wěn)定斜坡形成影響因素分析

由于斜坡坡度較大，土層在經(jīng)歷雨水浸潤(rùn)后、含水比增加、重量增加、土層結(jié)構(gòu)變軟、塑性變大，滑坡下滑力增大，發(fā)生滑移可能性較大，但是斜坡規(guī)模均較小，對(duì)居民生命財(cái)產(chǎn)威脅較小，危害性較小。建議種植樹木和草坪，增加土體的固結(jié)能力，防治水土流失和滑移。

3.3.2 塌陷坑形成影響因素分析

（1）由于礦區(qū)需要長(zhǎng)期抽取淺層地表水，加速了淺層地下水的循環(huán)，加快了地下水對(duì)可溶的溶蝕作用和沖刷作用。使原來(lái)的巖溶管道空間變大，頂板變薄，在上部荷載人為作用下產(chǎn)生塌陷，可形成地下暗河天窗。

（2）雨季，上部粘土層含水量增加，自重增加，破壞了原有的平衡，在地表水和地下水共同作用下，原來(lái)穩(wěn)定的區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生變化，出現(xiàn)局部不穩(wěn)定的塌陷坑，形成的塌陷坑規(guī)模一般很小。

（3）雨季，由于地表水和地下水流速增加，增加了水的搬運(yùn)能力，將原來(lái)充填于巖溶裂隙中充填物帶走，形成一定的空間，減少了下部巖層的承載力，造成局部塌陷，形成塌陷坑。

（4）塌陷坑集中出現(xiàn)點(diǎn)位于水庫(kù)排水沖溝的北面，是地下水集中排泄的區(qū)域，地下水集中排泄，掏空下伏地層中部分物質(zhì)，破壞原有的穩(wěn)定應(yīng)力場(chǎng)，出現(xiàn)塌陷坑屬自然現(xiàn)象。

（5）礦區(qū)出露地層為二疊系上統(tǒng)長(zhǎng)興灰?guī)r，F(xiàn)7大斷層從其北面經(jīng)過(guò)。由于斷層破壞了巖石的完整性，產(chǎn)生斷裂破碎帶，給地下水的儲(chǔ)存和運(yùn)移提供了場(chǎng)所，加快了地下水對(duì)可溶巖的溶蝕作用。在地下水的溶蝕作用下產(chǎn)生溶蝕裂隙，溶蝕裂隙變化為巖溶管道。在地下水和地表水的共同作用下，造成局部失穩(wěn)，形成局部塌陷坑，為區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造與水環(huán)境條件共同作用所致。

總之，煤礦采空區(qū)塌陷形成的塌陷坑，應(yīng)該是呈片狀大面積分布；塌陷坑規(guī)模在平面上和空間均較大；淺層巖溶管道形成的淺層巖溶塌陷呈現(xiàn)為線狀分布，形成規(guī)模在平面上和空間上均較小，與巖溶管道的發(fā)育關(guān)系密切；私挖亂采和野生動(dòng)物造成的塌陷坑是分散和零星出現(xiàn)的，分布沒(méi)有規(guī)律，一般情況規(guī)模較小。不穩(wěn)定斜坡的形成是由于土層結(jié)構(gòu)與降雨因素導(dǎo)致的，與礦區(qū)前期開采關(guān)系不大。

4 采空區(qū)地球物理勘探

本次勘查測(cè)區(qū)范圍1.2km2，采用瞬變電磁法勘探，測(cè)線近西北—東南向布置，全區(qū)共完成測(cè)點(diǎn)150個(gè)。另完成質(zhì)量檢測(cè)點(diǎn)5個(gè)，共計(jì)物理點(diǎn)155個(gè)。

本次物探勘查，全區(qū)共圈定五個(gè)采空區(qū)，分別標(biāo)記為采空區(qū)Ⅰ、采空區(qū)Ⅱ、采空區(qū)Ⅲ、采空區(qū)Ⅳ、采空區(qū)Ⅴ，面積合計(jì)為798000m2，其中采空區(qū)Ⅳ、采空區(qū)Ⅴ可靠性相對(duì)較差，可能為構(gòu)造的影響。采空區(qū)Ⅰ位于測(cè)區(qū)的西北部，標(biāo)高為1210m左右；采空區(qū)Ⅱ?yàn)闇y(cè)區(qū)的主要異常體，面積為722200m2，標(biāo)高為1210～1000m 左右，根據(jù)視電阻率剖面圖上呈現(xiàn)相對(duì)低阻且視電阻率等值線梯度變化較大，位于兩層主要可采煤層附近，推測(cè)是煤層采空破壞后，造成上覆地層發(fā)生破壞，地層電性層出現(xiàn)異常所致，推測(cè)為可采煤層采空坍塌積水或巖石破碎富水的異常區(qū)，物探結(jié)果與煤礦提供的井上下對(duì)照?qǐng)D采空位置基本對(duì)應(yīng)，結(jié)果可靠。其中a、b、c、d區(qū)域?yàn)?020年仍然存在的采空區(qū)異常區(qū)，可能導(dǎo)致地面塌陷災(zāi)害集中且較嚴(yán)重。物探結(jié)果如圖4所示。

5 地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

5.1 地裂縫及不穩(wěn)定斜坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

地裂縫是由于煤礦采空區(qū)導(dǎo)致的地表開裂，據(jù)村代表反映、結(jié)合調(diào)查的地裂縫，地裂縫規(guī)模較小，開裂寬度較小，目前及未來(lái)產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)較低。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)的四個(gè)不穩(wěn)定斜坡，均屬于小型不穩(wěn)定斜坡，均為自然因素（坡體巖土性質(zhì)、降雨、腳開挖等）引起的滑動(dòng)，對(duì)于礦山地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)來(lái)說(shuō)，目前及未來(lái)的存在的風(fēng)險(xiǎn)均較低。

5.2 區(qū)域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

采空區(qū)對(duì)區(qū)域水環(huán)境的影響，主要表現(xiàn)在4 個(gè)方面，即對(duì)地表水體的影響、對(duì)包氣帶土壤水的影響、對(duì)地下水系統(tǒng)的影響以及對(duì)水體污染的影響。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的泉點(diǎn)，目前及未來(lái)，該煤礦井對(duì)于水資源、水環(huán)境危害風(fēng)險(xiǎn)低。該煤礦對(duì)生物多樣性破壞小、土地壓占與損毀面積小，礦山生產(chǎn)造成的矸石堆已外運(yùn)、礦山廢水沒(méi)有外流，農(nóng)業(yè)項(xiàng)目開挖挖損小，風(fēng)險(xiǎn)性低。

5.3 礦區(qū)采空區(qū)導(dǎo)致的塌陷風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

煤礦采空區(qū)是調(diào)查區(qū)內(nèi)最為嚴(yán)重的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題，礦井采空破壞區(qū)范圍內(nèi)由于上部覆巖形成自由面并且應(yīng)力平衡被破壞，在重力作用下頂板巖石發(fā)生破裂冒落，從而導(dǎo)致上部巖層發(fā)生破裂、彎曲，最終地表發(fā)生沉降（如圖5、圖6，參考方星等人編著的《礦山生態(tài)修復(fù)理論與實(shí)踐》），形成比開采煤層上方地表移動(dòng)盆地，稱為下沉盆地。

參照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)范》（“三下”采煤規(guī)范）（2017年5月）表4-2中Ⅱ類煤田，選用走向移動(dòng)角δ=上山移動(dòng)角γ=70°、下山移動(dòng)角β=δ-K×α= 70°-0.6×20°≈58°（式中：K為系數(shù)，取0.6；α為礦層平均傾角，取20°）。考慮到山區(qū)礦山的影響，移動(dòng)角折減5°～10°，綜合考慮礦山開采技術(shù)條件，移動(dòng)角折減5°，最后取走向移動(dòng)角δ及上山移動(dòng)角γ為65°，下山移動(dòng)角β為58°，即δ=γ=65°，β=58°。本次報(bào)告結(jié)合礦區(qū)地形地質(zhì)圖、井下巷道圖進(jìn)行對(duì)照、比較，用移動(dòng)角結(jié)合物探采空區(qū)邊界來(lái)確定覆巖移動(dòng)變形影響范圍，作為地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。

由上述地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀分析可知：礦山地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)中地面不均勻沉降（塌陷）為主要不良地質(zhì)環(huán)境類型。礦山水資源、水環(huán)境、土地（土壤）資源損毀、地形地貌景觀破壞，生物多樣性失衡等風(fēng)險(xiǎn)，主要取決于礦山采空區(qū)分布、規(guī)模和冒落導(dǎo)水裂隙帶的最大高度等因素。根據(jù)《中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》（GB12719-91）礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范，冒落帶導(dǎo)水裂隙最大經(jīng)驗(yàn)公式表，計(jì)算該煤礦冒落帶和導(dǎo)水裂隙帶最大高度的具體數(shù)值，結(jié)合礦區(qū)地面地質(zhì)調(diào)查與物探異常區(qū)分布，評(píng)價(jià)該礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)為a、b、c、d及外推15.7m 范圍。余導(dǎo)水裂隙帶小于采空區(qū)埋藏深度，將來(lái)受采空區(qū)影響的可能性較小，將煤礦其他區(qū)域劃分為地質(zhì)環(huán)境低風(fēng)區(qū)域，且礦山關(guān)閉多年，再次發(fā)生新的地質(zhì)災(zāi)害與其他環(huán)境破壞的可能性小、風(fēng)險(xiǎn)小。

6 結(jié)論和建議

（1）本次地面地質(zhì)調(diào)查時(shí)，煤礦井口及礦區(qū)其他區(qū)域未發(fā)現(xiàn)有礦井水外流現(xiàn)象。不存在礦井排水，造成區(qū)域地下水位下降而引起泉點(diǎn)斷流的情況。

（2）通過(guò)瞬變電磁法勘，圈定煤礦的五個(gè)采空區(qū)位置與煤礦提供的井上下對(duì)照?qǐng)D采空位置基本對(duì)應(yīng)，結(jié)果可靠。

（3）結(jié)合礦區(qū)地面地質(zhì)調(diào)查與物探異常區(qū)分布，評(píng)價(jià)該礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)為a、b、c、d 及外推15.7m范圍。礦區(qū)其他區(qū)域?qū)?lái)受采空區(qū)影響的可能性較小，劃分為地質(zhì)環(huán)境低風(fēng)區(qū)域，且礦山關(guān)閉多年，再次發(fā)生新的地質(zhì)災(zāi)害與其他環(huán)境破壞的可能性小、風(fēng)險(xiǎn)小。

（4）建議該煤礦區(qū)域場(chǎng)地后期不再進(jìn)行大規(guī)模工程建設(shè)，尤其是高層建筑、大型建設(shè)選址應(yīng)避開采空區(qū)影響范圍。

（5）建議盡快組織實(shí)施煤礦復(fù)綠工程，應(yīng)對(duì)煤礦區(qū)域可見的塌陷坑進(jìn)行工程治理，并盡快實(shí)施礦區(qū)的生態(tài)修復(fù)治理工作，恢復(fù)自然景觀。