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煤炭资源是我国的主要能源。全国煤田面积约有55万平方公里,占国土面积的近6%。多年的开采,煤炭资源为国家经济建设做出巨大贡献的同时,也产生了一系列地质环境问题,给矿区人民的生活造成危害。
山西省左云县的煤炭资源埋藏浅,煤质优,储量大,分布广,是该县的最主要矿产资源,现有煤矿171座,年产原煤1500万吨,煤炭销售1400余万吨。长期以来,左云县和全国几乎所有的资源型城市一样,把主要力量放在煤炭开采上,对支持国家建设以及提高人民生活需要做出巨大贡献。然而,左云县经过几十年的大规模、高强度、大面积开采,改变和破坏了矿区地质环境。矿产在开采过程中产生采空地面塌陷、地裂缝等地质灾害已成为制约当地经济社会发展、危及人民群众生产、生活的重要隐患。因而开展左云县地质灾害防灾减灾工作、进行地质灾害防治规划已是刻不容缓。
本文正是在大同煤矿东周窑矿区地质环境保护与治理工程项目中提炼了本论文的研究课题——左云县煤炭矿山地质灾害危险性综合评价研究。目的在于探索适合该矿区特殊地质环境的地质灾害评价方法,获得研究区的地质灾害危险性分区,为左云县煤炭矿山恢复治理规划提供决策依据,也可为类似矿山地质环境综合评价提供借鉴。
本文以左云县矿山开发及矿业权实地调查为基础,从调查左云县地质环境问题入手,结合左云县的地理位置、环境背景、矿产资源分布及区划等,并通过分析和研究,发现左云县主要地质灾害的成因是由于采空区塌陷引起地裂缝。通过对地面塌陷和地裂缝形成的机制与特征分析,选取合理的的评价因子和成熟的地质灾害评价模型,建立起适合该矿区的地质灾害评价体系,并根据相关规范、标准和参考专家意见,对参评因子进行分级和量化。本文用模糊综合评判法对研究区地质灾害进行综合评价分区,经过与综合指数法所得评价结果对比验证,最后获得左云县地质灾害危险性等级和分区。
通过对研究区的地质灾害危险性综合评价,得出以下结论:
(1)左云县是以煤炭开采为主的矿区城市,地质环境受矿山开采影响强烈,主要地质灾害成因是由地下大面积开采煤炭所造成,主要有崩塌、地面塌陷和地裂缝。
(2)筛选确定了8个独立且具有代表性的指标因子,分别为地貌类型、地层岩性、地质构造、地下水动力特征、人类工程活动、开采深度、降雨量、地质灾害现状,建立了三级评价指标体系,同时参考相关规范、标准和专家意见,对参评因子进行分级和量化,在具体应用中,证明了对指标的分级量化是合理的。
(3)模糊综合评价法在确定评价指标的权重时,采用了层次分析法(AHP)这种较为合理的定性定量相结合的系统分析方法,构建一个能够反应评价因子两两之间关系的判断矩阵,再通过层次分析,计算出各评价因子的权重。评价结果较为理想,证明这种确定权重的方法对研究区是可行的。
(4)本文运用层次分析—模糊综合评判法建立区域地质灾害危险性综合评价的数学模型来进行综合评价,与综合指数法的评价结果相互验证,对比结果基本相同,地质灾害危险程度分区的结果与地质灾害现状也基本吻合。
(5)本文采用的评价方法可形成一套完整的系统,一方面可以在计算机上利用软件实现所有算法,另一方面,可利用MAPGIS平台将原始数据和结果数据导入导出,实现危险性分区的可视化,为今后开展矿区地质灾害危险性综合评价提供了较高的参考价值。
(6)综合评价结果并结合定性分析,最终将左云县分为三个危险性等级7个区。其中,高危险性等级区(A1,A2),占评价总面积21%,中危险性等级区(B1,B2,B3,B4),占评价总面积10%,低危险性等级区(C),占评价总面积69%。低危险区域占多数,因此,左云县地质环境质量总体较好。
(7)地质灾害高危险区主要分布在鹊儿山镇小破堡村至马道头乡杜家沟村、水窑乡大南沟村一带(A1),东南部的水窑乡乡政府至水窑乡下山村一带(A2);中危险区主要分布在东部的鹊儿山镇草垛沟村一带(B1),小京庄乡东古城村一带(B2),马道头乡南辛窑至水窑乡的高崖湾一带(B3)和小京庄乡的柴家村至英格寨村一带(B4);低危险区主要为管家堡乡、云兴镇以及小京庄乡、三屯乡、马道头乡等部分地区,三屯乡陈家窑一带(C)。这些危险区域的分布基本符合野外调查实际结果,可为今后左云县矿区地质灾害防治工作和矿山恢复治理工作提供可靠合理的参考,具有很大的实用性。