CN109242247A - 一种煤矿区地面塌陷破坏程度评价方法 - Google Patents

一种煤矿区地面塌陷破坏程度评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种煤矿区地面塌陷破坏程度评价方法，目的是评价因煤矿开采造成的地面塌陷的破坏程度。包括以下步骤：一、野外调查，对矿区工作面地面塌陷破坏程度进行调查；二、等级评定，即根据调查数据，采用给出的地面塌陷程度分级标准进行等级评定。本发明针对煤矿区地面塌陷中各种破坏表现形式提出了系统的评价标准，具有较强的适用性。

Description

一种煤矿区地面塌陷破坏程度评价方法
技术领域
本发明属于矿山地质灾害技术领域，具体涉及一种煤矿区地面塌陷破坏程度评价方法。
背景技术
煤炭作为我国主要的一次性消费能源，能源利用占比60％以上。煤炭大规模、高强度开采的同时，其诱发的岩层移动破坏、水位下降、地面塌陷等问题给煤矿区的生态环境造成了巨大的影响。所以，一种合理科学的评价地面塌陷破坏程度显得尤为重要。现行的《地质灾害分类分级》(DZ0238-2004)、《矿山地质环境调查评价规范》(DD2014-05)、《地质灾害排查规范》(DZ/T0284-2015)、《地质灾害危险性评估规范》(DZ/T0286-2015)等国家相关规范以及多年来诸多学者在地面塌陷的研究成果中，均对地面塌陷破坏程度进行了评价分级方面的阐述。但是，这些评价分级标准存在一定的不足，主要表现为：一是评价使用的指标较少缺乏综合性，没有综合、系统地考虑地面塌陷的表现形式对地面塌陷破坏程度的影响。比如《地质灾害排查规范》是对地质灾害规模类型划分，未涉及到地面塌陷破坏程度；《地质灾害分类分级》规范中只采用地裂缝的影响范围、地面沉降面积以及最大沉降量累积作为评价地质灾害灾变等级；而《矿山地质环境调查评价规范》中只利用地面塌陷面积和地裂缝长或影响宽度作为评价指标；导致同一地区在不同的评价分级标准下可能有不同的评价等级。二是评价过程中获取指标数据的难易程度不同且缺乏直观性，比如《地质灾害危险性评估规范》中利用水平变形、地表曲率、倾斜变形值等指标作为评价分级指标时，不仅增加了获取数据的难度且缺乏直观性；三是小范围评价分级结果的准确性难以保证。现行的规范和前人的评价分级标准多适用于矿山或者大范围区域调查评价，而煤矿区工作面而煤矿区的地面塌陷主要是由工作面煤层回采造成的，受煤层的赋存条件和工作面的地质条件约束，有其特殊性，且不同地质条件下采煤造成的地面塌陷破坏程度不同。比如《矿山地质环境调查评价规范》中地裂缝长度指标都大于1km，而煤矿区中有的工作面长度要小于1km，更不可能造成1km长度的地表裂缝。故以上评价分级标准及方法在评价煤矿区工作面地面塌陷破坏程度时具有一定的局限性。
如何快捷、方便、高效以及准确地对煤矿区地面塌陷破坏程度评价分级，为煤矿塌陷区治理与环境的恢复提供可靠的指导，已经成为本领域研究人员一直渴望解决的问题。鉴于此，本发明在前人的研究成果和煤矿区回采工作面地面塌陷调查结果的基础上提出了一种煤矿区地面塌陷破坏程度评价方法，较为系统地评价因采煤造成的地面塌陷破坏程度。
发明内容
本发明的目的是提供一种煤矿区地面塌陷破坏程度评价方法，较为系统全面的地评价因采煤造成的地面塌陷破坏程度，具有简单易行、系统全面的技术特点，快捷、方便、高效以及准确地对煤矿区地面塌陷破坏程度评价分级，为煤矿塌陷区治理与环境的恢复提供可靠的指导。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种煤矿区地面塌陷破坏程度评价方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
第一步，对工作面地面塌陷情况进行调查，调查要素主要包括裂缝密度、塌陷型裂缝错台高度、裂缝宽度、裂缝宽度、地表沉陷量、伴生灾害和其他特征。
其中，裂缝密度可通过无人机遥感技术进行调查，单位为条/km2；具体做法如下：
将需要调查区域的范围坐标输入无人机系统中，并根据气候、调查范围和无人机续航能力等条件设计航线，航高与重叠率等参数，然后对研究区进行航拍，获得地表调查照片，其次在室内对航拍照片进行校正、拼合得到完整区域的航拍照片，最后将影像照片导入CAD软件中，对其进行地表裂缝解译，得到该调查区域的裂缝密度。
塌陷型裂缝的错台高度、裂缝宽度通过实地测量来获得，单位为m；
地表沉陷量可通过实地观测或者概率积分法求得，单位为m；
伴生灾害主要为因工作面开采造成的崩塌等地质灾害，单位为处/km2；
其他特征主要为工作面内道路、建筑物等附着物的破坏情况。
以上评价因子中裂缝密度、裂缝宽度、地表沉陷量为必须调查内容，其他因子若在工作面不存在，则可以不调查。
第二步，结合《地质灾害分类分级》(DZ0238-2004)、《矿山地质环境调查评价规范》(DD2014-05)、《地质灾害排查规范》(DZ/T0284-2015)、《地质灾害危险性评估规范》(DZ/T0286-2015)等国家相关规范和地面塌陷野外调查数据，基于第一步所述六个评价指标，提出一种新的煤矿山地面塌陷破坏程度等级评价标准。
其中，当裂缝密度小于20条/km2、裂缝最大宽度小于0.01m、地表沉最大陷量小于0.1m、无伴生灾害且区域内建筑物、道路无明显影响时，该工作面地面塌陷破坏程度定为极轻微；
当裂缝密度在20～50条/km2之间、最大错台高度在0.01m以内、裂缝最大宽度在0.01～0.1m之间、地表最大沉陷量在0.1～0.5m之间、伴生灾害小于10处/km2、区域内建筑物、道路基本无影响时，该工作面地面塌陷破坏程度定为轻微；
当裂缝密度在50～100条/km2、最大错台高度在0.01～0.25m之间，裂缝最大宽度在0.1～0.2m之间、地表最大沉陷量在0.5～1.5m之间、伴生灾害在10～30处/km2之间、区域内建筑物、道路有变形时，该工作面地面塌陷破坏程度定为中等；
当裂缝密度100～300条/km2之间、最大错台高度在0.25～0.5m之间、裂缝最大宽度在0.2～0.5m之间、地表最大沉陷量在1.5～3m之间、伴生灾害30～50处/km2、区域内建筑物开裂、道路变形严重时，该工作面地面塌陷破坏程度定为严重；
当裂缝密度大于300条/km2之间、最大错台高度大于0.5m、裂缝最大宽度大于0.5m、地表最大沉陷量大于3m、伴生灾害大于50处/km2区域内建筑物开裂、道路变形严重、地表出现塌陷坑时，该工作面地面塌陷破坏程度定为极严重。
表1煤矿区地面塌陷破坏程度类型划分表
在评定塌陷程度时，按照“就高不就低”的原则，按照调查内容的最高评定等级来划分当前工作面地面塌陷破坏程度。
综上所述，本发明较为系统全面的对采煤造成的地表塌陷破坏程度进行评价，提供地表塌陷破坏程度详细的评价指标，可为实际生产提供较为科学的依据，对煤矿安全生产具有一定的指导作用。
本发明提出的一种煤矿区地面塌陷破坏程度评价方法，较为系统全面的地评价因采煤造成的地面塌陷破坏程度。快捷、方便、高效以及准确地对煤矿区地面塌陷破坏程度评价分级，为煤矿塌陷区治理与环境的恢复提供可靠的指导。
附图说明
图1是地面塌陷破坏程度评价流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
如图1所示，以某煤矿区为例，对煤矿区现开采工作面进行地面塌陷破坏程度的评定，方法如下：
第一步，煤矿区工作面地面塌陷调查：即选取完成回采的工作面进行地面塌陷调查，调查内容包括裂缝密度、错台高度、裂缝宽度、地表沉陷量、伴生灾害以及建筑物等损坏情况。其中错台高度、裂缝宽度、伴生灾害以及建筑物等损坏采用野外人工调查记录；裂缝密度可以通过无人机遥感技术进行调查，具体做法如下：根据目标工作面范围和地形地貌情况设计无人机飞行航高、重叠率等参数。然后进行数据采集，对目标工作面进行航拍，完成航拍后在室内利用专门的处理软件，比如pix4D软件，对获得的照片进行拼合，拼合完成后利用人工解译的方式对该区域的裂缝进行解译，得到该区域的裂缝密度
第二步，煤矿区工作面地面塌陷破坏程度等级评定：即按照基于国家现行行业规范和煤矿区地面塌陷实际调查结果得到的新的评价标准对第一步得到的各评价指标结果进行等级评定。最后采用“就高不就低”的原则确定该目标工作面的地面塌陷破坏等级。
目标工作面调查结果如下：裂缝密度约45条/km2，裂缝宽度最大约1.5m(出现在工作面顺槽处)，错台高度最大约2m(出现在工作面顺槽处，并且与最大裂缝宽度出现在同一侧)，最大下沉值约4.5m，该工作面内无明显伴生灾害，工作面附近有建筑物且变形明显。其中，工作面裂缝密度破坏等级为轻微，裂缝宽度破坏等级为极严重、错台高度破坏等级为极严重、地表沉陷破坏等级为极严重，其他特征破坏等级为严重，因该工作面无明显伴生灾害，故对该指标不进行破坏等级评价，综上所述，将该工作面地面塌陷破坏程度定级为极严重。
以上所述，仅是本发明的较佳实例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种煤矿区地面塌陷破坏程度评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，野外调查，对矿区工作面地面塌陷破坏程度进行调查，调查评价指标包括裂缝密度、塌陷型裂缝的错台高度、裂缝宽度、地表沉陷量、伴生灾害和其他特征六个评价指标；
第二步，结合国家相关规范和实地调查数据，基于第一步所述六个评价指标，采用给出的地面塌陷程度分级标准进行等级评定，等级评定分为极轻微、轻微、中等、严重、极严重五个等级；在评定地面塌陷破坏程度时，根据就高不就低的原则，按照调查内容的最大评定等级来划分当前矿区工作面地面塌陷破坏程度。
2.如权利要求1所述的煤矿区地面塌陷破坏程度评价方法，其特征在于，第一步中裂缝密度、裂缝宽度、地表沉陷量为必须调查内容，其他评价指标若在矿区工作面内不发育，则可以不进行调查；
其中，裂缝密度可通过无人机遥感技术进行调查，单位为条/km2；
错台高度、裂缝宽度通过实地测量来获得，单位为m；
地表沉陷量通过实地观测或者概率积分法求得，单位为m；
伴生灾害是因工作面开采造成的滑坡、崩塌地质灾害，单位为处/km2；
其他特征是矿区工作面区域内道路、建筑物附着物的破坏情况。
3.如权利要求1所述的煤矿区地面塌陷破坏程度评价方法，其特征在于，第二步地面塌陷程度分级标准为：
当裂缝密度小于20条/km2、裂缝最大宽度小于0.01m、地表最大沉陷量小于0.1m、无伴生灾害且区域内建筑物、道路无明显影响时，该矿区工作面地面塌陷破坏程度定为极轻微；
当裂缝密度在20～50条/km2之间、最大错台高度在0.01m以内、裂缝最大宽度在0.01～0.1m之间、地表最大沉陷量在0.1～0.5m之间、伴生灾害小于10处/km2、区域内建筑物、道路基本无影响时，该矿区工作面地面塌陷破坏程度定为轻微；
当裂缝密度在50～100条/km2、最大错台高度在0.01～0.25m之间，裂缝最大宽度在0.1～0.2m之间、地表最大沉陷量在0.5～1.5m之间、伴生灾害在10～30处/km2之间、区域内建筑物、道路有变形时，该矿区工作面地面塌陷破坏程度定为中等；
当裂缝密度在100～300条/km2之间、最大错台高度在0.25～0.5m之间、裂缝最大宽度在0.2～0.5m之间、地表最大沉陷量在1.5～3m之间、伴生灾害在30～50处/km2、区域内建筑物开裂、道路变形严重时，该矿区工作面地面塌陷破坏程度定为严重；
当裂缝密度大于300条/km2之间、最大错台高度大于0.5m、裂缝最大宽度大于0.5m、地表最大沉陷量大于3m、伴生灾害大于50处/km2、区域内建筑物开裂、道路变形严重、地表出现塌陷坑时，该矿区工作面地面塌陷破坏程度定为极严重。
4.如权利要求2所述的煤矿区地面塌陷破坏程度评价方法，其特征在于，采用无人机遥感进行调查的具体做法如下：将需要调查区域的范围坐标输入无人机系统中，并根据气候、调查范围和无人机续航能力条件设计航线、航高与重叠率参数，然后对调查区域进行航拍，获得地表调查照片，其次在室内对航拍照片进行校正、拼合得到完整的调查区域的航拍照片，最后将影像照片导入CAD软件中，对其进行地表裂缝解译，得到该调查区域的裂缝密度。
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