成海芳 張富有

（1.河南乾寧勘測(cè)技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450016；2.河南省地質(zhì)局礦產(chǎn)資源勘查中心，河南 鄭州 450006）

0 引言

我國(guó)是世界上自然災(zāi)害最為嚴(yán)重的國(guó)家之一，災(zāi)害種類多，分布地域廣，發(fā)生頻率高，造成損失重大。而在自然災(zāi)害類型中，地質(zhì)災(zāi)害又是一種危害性大、破壞性強(qiáng)的自然災(zāi)害。地質(zhì)災(zāi)害防治工作是生態(tài)文明建設(shè)和自然災(zāi)害防治的重要內(nèi)容，是防災(zāi)減災(zāi)體系建設(shè)的重要組成部分，事關(guān)人民生命財(cái)產(chǎn)安全和社會(huì)和諧穩(wěn)定。我國(guó)非常重視地質(zhì)災(zāi)害防治工作，先后頒布了《地質(zhì)災(zāi)害防治管理辦法》《地質(zhì)災(zāi)害防治條例》等地質(zhì)災(zāi)害防治方面的規(guī)章制度，并制定了《地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估技術(shù)要求（試行）》《地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估規(guī)范》等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。根據(jù)《地質(zhì)災(zāi)害防治條例》，在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)進(jìn)行各類工程建設(shè)，需要開展建設(shè)項(xiàng)目場(chǎng)地地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估，涵蓋地質(zhì)災(zāi)害類型為崩塌、滑坡、泥石流、巖溶塌陷、采空塌陷、地裂縫、地面沉降、不穩(wěn)定斜坡等。本研究以濟(jì)源市某礦區(qū)光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)場(chǎng)地為評(píng)估區(qū)，對(duì)區(qū)內(nèi)的地質(zhì)環(huán)境背景和地質(zhì)災(zāi)害特征進(jìn)行了分析，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估和場(chǎng)地建設(shè)適宜性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并提出了地質(zhì)災(zāi)害防治措施建議。

1 地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 地層巖性

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，除北側(cè)有基巖出露外，評(píng)估區(qū)范圍內(nèi)全為第四系地層覆蓋，評(píng)估區(qū)地層層序自下而上分別為寒武系（∈）、奧陶系（O）、石炭系（C）、二疊系（P）和第四系（Q）。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

評(píng)估區(qū)位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)山西臺(tái)隆鐵山河拱褶斷束，主要褶皺為椿樹莊向斜、石河背斜、康村向斜3 個(gè)次級(jí)褶皺構(gòu)造。評(píng)估區(qū)位于椿樹莊向斜南東翼，石河背斜西翼。區(qū)域主要斷層為近東西向的盤古寺—新鄉(xiāng)斷裂，傾向南，地表傾角60～70°，為一鏟形正斷層，斷裂沿山前地帶斷續(xù)出霉，所見破碎帶寬度20～70 m，兩盤基巖落差大于70 km。盤古寺—新鄉(xiāng)斷裂距評(píng)估區(qū)較遠(yuǎn)。擬建工程建設(shè)場(chǎng)地距盤古寺—新鄉(xiāng)斷裂西段較近，盤古寺—新鄉(xiāng)斷裂西段為非全新活動(dòng)斷裂。本區(qū)地震動(dòng)峰值加速度0.10 g，地震基本烈度Ⅶ度。

1.3 工程地質(zhì)條件

根據(jù)勘查鉆孔資料，擬建場(chǎng)地5.0 m 深度范圍內(nèi)地層均為第四系，根據(jù)其成因、時(shí)代、巖性和物理力學(xué)性質(zhì)的不同，將地基土劃分為兩全個(gè)工程地質(zhì)層。第1 層為碎石土，棕黃色～褐黃色，稍密，含大量次棱角、次圓狀碎石，碎石含量40%～50%，粒徑2～30 cm，分選差，基質(zhì)為含砂粉質(zhì)黏土。場(chǎng)區(qū)普遍分布，厚度0.90～1.30 m，平均1.14 m；層底標(biāo)高128.97～146.11 m，平均137.67 m；層底埋深0.90～1.30 m，平均1.14 m。第2 層為碎石土，灰白色～紅褐色，中密，含大量碎石及漂石，大者粒徑30～50 cm，并有不同程度風(fēng)化。本層從1.14 ～5.00 m 以下，鉆孔未揭穿該層。該層土承載力較低，結(jié)構(gòu)疏松。因該建設(shè)場(chǎng)地已發(fā)生采空塌陷，土體已經(jīng)過下沉變動(dòng)，故評(píng)估區(qū)土體工程地質(zhì)性質(zhì)不良。

1.4 水文地質(zhì)條件

評(píng)估區(qū)淺層地下水類型為松散巖類孔隙水，砂礫石層及底部的礫巖為主要含水層，含水層累計(jì)厚5～15 m，孔隙發(fā)育，富水性強(qiáng)，單位涌水量最高可達(dá)1.51 L/s·m，在工程地質(zhì)勘查深度范圍內(nèi)，未見地下水。淺層地下水以大氣降水入滲及側(cè)向徑流補(bǔ)給為主，其次為引沁濟(jì)漭渠水的漏水下滲補(bǔ)給。地下水的排泄主要是徑流排泄、蒸發(fā)排泄、越流排泄和人工開采。下部基巖裂隙水為承壓水，水位埋深較大，水量較小，含水巖層組為二疊系上統(tǒng)石英砂巖、細(xì)粉砂巖夾紫紅色頁巖，巖石裂隙不發(fā)育，含水微弱，鉆孔單位涌水量0.005 6～0.014 0 L/s·m，滲透系數(shù)0.023 99 m/d，水化學(xué)類型為HCO3—Ca·Mg型水，礦化度0.3～0.4 g/L，水質(zhì)良好?；鶐r裂隙含水層以側(cè)向徑流及松散巖類孔隙水越流補(bǔ)給，以煤礦疏干排水、徑流排泄為主。場(chǎng)地內(nèi)水位埋深較大，松散巖類孔隙水和基巖裂隙水對(duì)工程建設(shè)的影響均不大，評(píng)估區(qū)水文地質(zhì)條件良好。

2 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估

2.1 現(xiàn)狀評(píng)估

評(píng)估區(qū)地質(zhì)災(zāi)害主要是采空塌陷。評(píng)估區(qū)南部和中部位于煤礦采空塌陷區(qū)，北部位于煤礦采空塌陷區(qū)外。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)評(píng)估區(qū)中部有一處采空塌陷，呈微凹陷的鍋底形狀，東西長(zhǎng)約100 m，南北寬約125 m，塌陷的底部比原始地面低約3 m。塌陷區(qū)北部邊界東西向展布一條長(zhǎng)50 m、寬0.1～0.3 m的地裂縫。

根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》，地表移動(dòng)延續(xù)時(shí)間T用公式進(jìn)行估算，如式（1）。

式中：H為工作面平均采深，m。

該礦區(qū)工作面平均采深398 m，煤層開采引起的地表移動(dòng)時(shí)間約2.4 a，該采區(qū)已停采8 a，采空塌陷已基本穩(wěn)定?，F(xiàn)狀條件下，評(píng)估區(qū)南部和中部采空塌陷較發(fā)育，使得大量村民房屋開裂，大片耕地荒蕪，造成一定的經(jīng)濟(jì)損失；評(píng)估區(qū)北部地質(zhì)災(zāi)害不發(fā)育。

2.2 預(yù)測(cè)評(píng)估

2.2.1 工程建設(shè)引發(fā)或加劇地質(zhì)災(zāi)害的可能性預(yù)測(cè)評(píng)估。根據(jù)煤炭科學(xué)研究總院唐山研究院騰永海等提出的附加應(yīng)力分析法，建筑物荷載影響深度H影和垮落斷裂帶高度H裂密切相關(guān)，二者的重疊程度決定了新加建筑荷載擾動(dòng)對(duì)垮落斷裂帶的影響，進(jìn)而影響到采空區(qū)地基的穩(wěn)定性，據(jù)此可確定建筑物的適宜層數(shù)。建筑物荷載影響深度和垮落斷裂帶高度之間存在3 種情況：當(dāng)建筑物荷載影響深度與垮落斷裂帶頂界面之間有一定的距離，表示最小采深大于垮落斷裂帶高度與建筑荷載影響深度之和，垮落斷裂帶穩(wěn)定，垮落斷裂帶不再因新加建筑荷載擾動(dòng)而重新移動(dòng)；當(dāng)二者正好接觸時(shí)，建筑物荷載處于臨界狀態(tài)；當(dāng)建筑物荷載影響深度位于垮落斷裂帶內(nèi)時(shí)，建筑物會(huì)因采空區(qū)垮落而受到影響。

①垮落斷裂帶發(fā)育高度的計(jì)算。垮落斷裂帶發(fā)育高度與開采煤層的厚度有關(guān)，計(jì)算公式如式（2）。

式中：∑M為開采煤層累計(jì)采厚，m。

本煤礦開采煤層為二1煤，最大累計(jì)采厚為8.61 m，為安全起見按9 m 計(jì)算，則有H裂=

即垮落斷裂帶的發(fā)育高度位于二1煤層之上55.6 m。該區(qū)域二1煤最小采深為220 m，所以垮落斷裂帶的頂界面距地表的垂直距離尚有164.4 m。

②建筑物荷載影響深度計(jì)算。擬建項(xiàng)目區(qū)標(biāo)準(zhǔn)樓層高按3 m，基底埋深按3 m，單層建筑面積荷載按18 kN/m2，綜合樓層數(shù)按3 層，電控樓層數(shù)按2層考慮。地面下深度Z處地基附加應(yīng)力等于或接近地基自重應(yīng)力10%時(shí)，地面下深度Z為建筑荷載影響深度。地基附加應(yīng)力從基礎(chǔ)底面算起，地基自重應(yīng)力從地面算起，兩者相差基礎(chǔ)埋深3.0 m。2層綜合樓和電控樓的荷載影響深度計(jì)算如表1所示。

表1 擬建建筑荷載影響深度計(jì)算一覽表

③采空區(qū)地基穩(wěn)定性。根據(jù)前面計(jì)算，煤層最小采深220 m，垮落斷裂帶發(fā)育高度55.6 m，綜合樓、電控樓的建筑荷載影響深度10 m，據(jù)此推斷礦區(qū)擬建綜合樓、電控樓的建筑荷載不會(huì)使采空區(qū)再次發(fā)生較大不均勻沉降。

④擬建工程建設(shè)加劇地面塌陷的可能性。評(píng)估區(qū)擬建工程建設(shè)加劇地面塌陷的可能性小。光伏陣列采用固定傾角方式安裝，陣列單元基礎(chǔ)形式采用雙柱聯(lián)合混凝土預(yù)制基礎(chǔ)，基礎(chǔ)開挖深度0.25 m，以碎石土層為持力層，基礎(chǔ)開挖施工過程中引發(fā)基坑邊坡崩塌的可能性小。該光伏電站升壓站為集裝箱式逆變器房基礎(chǔ)，箱變基礎(chǔ)為筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)開挖深度0.25 m，以碎石土層為持力層，綜合樓、電控樓基礎(chǔ)開挖深度3.0 m，覆蓋層厚度小于5.0 m，基礎(chǔ)開挖施工過程中引發(fā)基坑邊坡崩塌的可能性小。

2.2.2 工程建設(shè)可能遭受地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)。煤礦尚未閉坑，該光伏電站工程建設(shè)中和建成后有遭受采空塌陷危害的可能性，升壓站、綜合樓、電控樓布置在煤礦煤柱邊界以外，遭受采空塌陷的危險(xiǎn)性小；煤礦煤柱邊界以內(nèi)光伏陣列遭受采空塌陷的危險(xiǎn)性中等，煤礦煤柱邊界以外光伏陣列遭受采空塌陷的危險(xiǎn)性小。光伏陣列單元、升壓站、綜合樓、電控樓基礎(chǔ)開挖施工過程中引發(fā)基坑邊坡崩塌的可能性小。因此，光伏陣列單元、升壓站、綜合樓、電控樓基礎(chǔ)開挖施工過程中遭受基坑邊坡崩塌的危險(xiǎn)性小。

3 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性綜合分區(qū)評(píng)估

3.1 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性綜合評(píng)估原則與量化指標(biāo)的確定

依據(jù)“區(qū)內(nèi)相似，區(qū)際相異”的原則，考慮評(píng)估區(qū)的地質(zhì)環(huán)境條件、地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)特征及危害程度，綜合評(píng)估地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性，采用定性、半定量分析法，進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性等級(jí)分區(qū)（段）［2］。

3.2 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)評(píng)估

根據(jù)野外現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和對(duì)收集的資料整理分析，判斷評(píng)估區(qū)地質(zhì)災(zāi)害類型為采空塌陷。在此現(xiàn)狀條件下，評(píng)估區(qū)南部采空塌陷較發(fā)育，使大量村民房屋開裂，大片耕地荒蕪，造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，評(píng)估區(qū)北部地質(zhì)災(zāi)害不發(fā)育。

預(yù)測(cè)評(píng)估認(rèn)為，擬建工程建設(shè)加劇地面塌陷的可能性小；升壓站、綜合樓、電控樓布置在煤礦煤柱邊界以外，遭受采空塌陷的危險(xiǎn)性?。幻旱V煤柱邊界以內(nèi)光伏陣列遭受采空塌陷的危險(xiǎn)性中等，煤礦煤柱邊界以外光伏陣列遭受采空塌陷的危險(xiǎn)性小；光伏陣列單元、升壓站、綜合樓、電控樓基礎(chǔ)開挖引發(fā)基坑邊坡崩塌的可能性小，遭受基坑邊坡崩塌的危險(xiǎn)性小。綜合分區(qū)評(píng)估認(rèn)為，評(píng)估區(qū)煤礦煤柱邊界以內(nèi)為地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性中等區(qū)，煤柱邊界以外為地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性小區(qū)。

3.3 建設(shè)場(chǎng)地適宜性評(píng)價(jià)

評(píng)估區(qū)煤礦煤柱邊界內(nèi)為地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性中等區(qū)，該區(qū)域建設(shè)場(chǎng)地基本適宜光伏工程建設(shè)，但需要采取有效的地質(zhì)災(zāi)害防治措施；煤礦煤柱邊界外為地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性小區(qū)，該區(qū)域建設(shè)場(chǎng)地適宜光伏工程建設(shè)。

4 地質(zhì)災(zāi)害防治措施

為防止地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將升壓站、綜合樓、電控樓布置于煤礦煤柱邊界外的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性小區(qū)。同時(shí)采取預(yù)防地表沉陷變形的柔性和剛性技術(shù)措施，最大程度減少擬建工程受老采空區(qū)殘余沉陷變形的影響和破壞[3]。避開雨季施工，選擇合理的放坡參數(shù)，做好基坑支護(hù)，避免基坑邊坡發(fā)生崩塌。擬建區(qū)域下方及附近二1煤層還有未開采區(qū)域，并且該區(qū)域煤層開采時(shí)殘留了較多的煤柱，為了保證建設(shè)場(chǎng)地地基的穩(wěn)定性，防止不均勻沉降危及場(chǎng)地內(nèi)建筑物的安全，應(yīng)與有關(guān)礦山企業(yè)簽訂禁采協(xié)議，嚴(yán)禁在擬建區(qū)正下方及其周圍影響區(qū)域進(jìn)行煤層的開采或復(fù)采。

5 結(jié)論與建議

①評(píng)估區(qū)南部采空塌陷較發(fā)育，北部地質(zhì)災(zāi)害不發(fā)育。

②擬建工程建設(shè)加劇地面塌陷的可能性小；升壓站、綜合樓、電控樓布置在煤礦煤柱邊界以內(nèi)，遭受采空塌陷的危險(xiǎn)性大，建議布置在煤礦煤柱邊界以外；煤礦煤柱邊界以內(nèi)光伏陣列遭受采空塌陷的危險(xiǎn)性中等，建議布置在煤礦煤柱邊界以外；光伏陣列單元、升壓站、綜合樓、電控樓基礎(chǔ)開挖過程中引發(fā)基坑邊坡崩塌的可能性小，遭受基坑邊坡崩塌的危險(xiǎn)性小。

③評(píng)估區(qū)煤柱邊界內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性中等區(qū)基本適宜該工程建設(shè)，對(duì)工程建設(shè)可能引發(fā)和遭受的地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)采取避讓、抗變形結(jié)構(gòu)技術(shù)、禁采、基坑邊坡崩塌防治等有效措施；煤礦煤柱邊界以外為地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性小區(qū)，建設(shè)場(chǎng)地適宜該工程建設(shè)。