煤矿采空区地质灾害隐患识别与风险评估体系构建

引言：煤矿开采推动经济发展，但带来严重地质环境问题，煤矿采空区地质灾害尤显突出。采空区是煤炭采出后的空洞区，随开采规模扩大、深度增加，其范围和数量增多。采空区破坏岩体原始应力平衡，致使上覆岩层变形、移动和破坏，引发地面塌陷、地裂缝等地质灾害。这些灾害威胁周边居民生命财产安全，破坏生态环境，影响土地资源利用和工程建设安全。所以，构建科学合理的煤矿采空区地质灾害隐患识别与风险评估体系，对及时发现隐患、准确评估风险和采取有效防治措施有重要现实意义。

一、煤矿采空区地质灾害类型及成因分析

1.1 地质灾害类型

地面塌陷：采空区上覆岩层受重力作用，经弯曲、断裂、塌落，致地面下沉凹陷。其突发性强、破坏范围大，常使建筑物倒塌、道路断裂、农田毁坏，影响生产生活。

地裂缝：采空区引发地面不均匀沉降，在地表形成裂缝。它会破坏建筑物基础、切断地下管线，影响建筑物安全及基础设施运行。

崩塌：采空区周边岩体受应力重新分布、风化、雨水侵蚀等影响，失稳崩落。崩塌会堵塞道路、摧毁建筑，危害过往车辆和行人。

滑坡：采空区在山坡或斜坡地带，可能改变斜坡应力状态、降低岩土体稳定性，引发滑坡。滑坡会使岩土体滑动，掩埋村庄、农田和道路，造成经济损失和人员伤亡。

1.2 成因分析

地质因素：地层岩性、地质构造等影响地质灾害发生。软弱岩层易变形破坏，增加地面塌陷和滑坡可能性；断层、褶皱等使岩体破碎，降低稳定性，为灾害发生创造条件。

开采因素：开采方法、深度、范围等开采活动是引发地质灾害的直接原因。不合理开采方法易致上覆岩层塌落；开采深度越大、范围越大，发生灾害风险越高、地面变形破坏越严重。

环境因素：降雨、地震等诱发或加剧地质灾害。降雨增加岩土体重量、降低抗剪强度、软化岩土体，促进滑坡和崩塌；地震震动使岩体松动、破坏结构，引发地面塌陷和滑坡等灾害。

二、煤矿采空区地质灾害隐患识别方法

2.1 资料收集与分析

收集煤矿开采的历史资料，包括开采时间、开采方法、开采深度、开采范围、顶板管理方式等；收集地质勘察资料，了解采空区所在区域的地层岩性、地质构造、水文地质条件等；收集周边地区的灾害历史资料，分析灾害发生的规律和特点。通过对这些资料的综合分析，初步判断采空区可能存在的地质灾害隐患类型和分布范围。

2.2 现场勘查

采用实地踏勘、访问当地居民等方式，对采空区周边地区进行详细勘查。观察地面的变形情况，如是否有裂缝、塌陷、隆起等；检查建筑物的损坏情况，如墙体开裂、基础下沉等；了解地下管线的变形和破坏情况。同时，记录勘查点的位置、地形地貌、地质条件等信息，绘制地质灾害隐患分布图，为后续的分析和评估提供直观的依据。

2.3 地球物理探测

地球物理探测方法具有快速、经济、无损等优点，可用于探测采空区的位置、范围和形态。常用的地球物理探测方法包括高密度电阻率法、瞬变电磁法、地震勘探法等。高密度电阻率法通过测量地下介质的电阻率差异来推断采空区的存在；瞬变电磁法利用电磁感应原理探测地下导电体的分布，对采空区中的积水区域有较好的探测效果；地震勘探法通过分析地震波在地下介质中的传播特性来确定采空区的位置和形态。

2.4 监测技术

建立长期的监测系统，对采空区的变形、位移、应力等参数进行实时监测。常用的监测技术包括全球定位系统（GPS）监测、合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术、水准测量等。GPS 监测可以精确测量地面的三维位移，实时掌握地面的动态变化情况；InSAR 技术具有大面积、高精度、全天候监测的优势，能够及时发现地面的微小变形；水准测量则用于监测地面的垂直位移，为评估地面塌陷的风险提供数据支持。

三、煤矿采空区地质灾害风险评估体系构建

3.1 评估指标选取

评估指标的选取应综合考虑地质条件、开采活动、环境因素等多方面的影响。常见的评估指标包括：

地质条件指标：地层岩性、地质构造复杂程度、岩体完整性、岩土体物理力学性质等。

开采活动指标：开采方法、开采深度、开采范围、开采时间、顶板管理方式、采空区处理情况等。

环境因素指标：地形坡度、降雨量、地震烈度、人类工程活动强度等。

灾害历史指标：历史上灾害发生的频率、规模、损失情况等。

3.2 评估模型建立

采用层次分析法（AHP）确定各评估指标权重。AHP 是将复杂问题分解为多层次，通过两两比较确定元素相对重要性的方法。先构建层次结构模型，划分评估目标、指标和对象层次；再构造判断矩阵，通过专家打分确定指标相对重要性；最后计算判断矩阵特征向量和最大特征根，得出指标权重。基于评估指标和权重，建立模糊综合评价模型进行风险评估，该模型可处理评估中的模糊性和不确定性。

具体步骤：确定评价因素集（即评估指标）和评语集（按风险等级分低、中、高、极高四个等级）；建立隶属函数，确定指标对不同风险等级隶属度；构建模糊矩阵，组合指标隶属度；根据指标权重和模糊矩阵计算综合评价结果，确定采空区地质灾害风险等级。

3.3 风险等级划分

根据风险评估结果，将煤矿采空区地质灾害风险划分为四个等级：

低风险：发生地质灾害的可能性较小，即使发生，造成的损失也较轻。

中风险：有一定的发生地质灾害的可能性，可能会造成一定的损失。

高风险：发生地质灾害的可能性较大，造成的损失较为严重。

极高风险：发生地质灾害的可能性很大，造成的损失极其严重。

不同风险等级对应不同的防治措施和建议，为地质灾害防治提供科学依据。

四、实际应用与效果验证

以某煤矿采空区为例，运用上述构建的隐患识别与风险评估体系进行实际应用。首先通过资料收集与分析、现场勘查、地球物理探测和监测技术等方法，识别出该采空区存在的地面塌陷、地裂缝等地质灾害隐患。然后选取合适的评估指标，采用层次分析法确定各指标的权重，建立模糊综合评价模型进行风险评估。评估结果表明，该采空区部分区域属于高风险和极高风险等级。根据评估结果，制定了相应的防治措施，如对高风险区域进行加固处理，采用注浆加固、锚索加固等方法提高岩体的稳定性；设置监测预警系统，实时监测地面的变形情况，一旦发现异常及时发出预警；搬迁受威胁的居民，确保人民群众的生命安全。经过一段时间的实践验证，所采取的防治措施取得了良好的效果，有效地降低了地质灾害的发生风险，保障了周边地区的安全和稳定。

结论

本文构建的煤矿采空区地质灾害隐患识别与风险评估体系，运用资料收集分析、现场勘查等方法识别隐患，采用层次分析法确定指标权重、建立模糊综合评价模型评估风险并划分等级。实际应用表明该体系准确可靠，能为灾害防治提供支持与依据。未来，需完善该体系，一方面优化隐患识别方法，如研发先进设备与技术；另一方面加强风险评估模型研究，引入新技术。同时，要加强部门协作与信息共享，形成全社会参与格局，降低灾害风险，保障安全与发展。

参考文献

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