露天礦山地質(zhì)災(zāi)害防治對策初探

胡 坤，龐 威

（1.湖北省鄂西地質(zhì)工程勘察院， 湖北 宜昌市 443002；2.宜昌市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測站，湖北 宜昌市 443000）

礦山開采主要有地下開采和露天開采兩種方式?？傮w而言，相對于地下開采，露天開采先天安全條件較好，發(fā)生安全事故的概率要低［1］。但是，露天開采同樣存在較大的安全隱患，露天礦山礦業(yè)活動可能引發(fā)或加劇地質(zhì)環(huán)境問題，礦山本身也可能遭受地質(zhì)災(zāi)害。一旦露天礦山遭受地質(zhì)災(zāi)害，對礦山及周邊將會產(chǎn)生難以估量的危害。下面初步探討露天礦山的災(zāi)害防治對策。

1 露天礦山地質(zhì)災(zāi)害成因分析

礦山是人類工程經(jīng)濟活動中對生態(tài)環(huán)境影響最為強烈的一種場所［2］。目前我國露天礦山的開采均為大面積剝離表層土后進行開采，故露天礦山開采有可能引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。露天礦山目前涉及較廣、危害較大的地質(zhì)災(zāi)害主要有滑坡、崩塌、泥石流等［3］。

1.1 滑坡

露天礦山在開挖過程中，往往會進行大面積的開挖。若開采礦層上部存在覆蓋層，大面積開挖后覆蓋層前緣往往直接臨空，隨著礦山的不斷開挖，這些結(jié)構(gòu)松散的表土層極易沿巖土結(jié)合面等軟弱層面向下滑動，輕者產(chǎn)生表層垮塌，重則產(chǎn)生沿基巖面的土質(zhì)滑坡。同時，這些剝離的表土一般隨意堆砌，隨著露天礦山的不斷開挖，剝離的表土越堆越多，逐漸形成不穩(wěn)定堆積體。這些堆積體未經(jīng)過壓實且未做任何防護設(shè)施，其整體結(jié)構(gòu)較松散，易開挖，穩(wěn)定性差，受暴雨及工程活動影響，易產(chǎn)生表層滑動，形成表層滑坡。

露天礦山巖質(zhì)滑坡的產(chǎn)生主要與巖體開挖方式及其自身物質(zhì)組成有關(guān)。露天開采礦層其傾向與開挖邊坡坡向相同，且礦層傾角小于坡角，而礦層上部或其中往往含有軟弱夾層。順向緩傾角露天礦山開挖多屬于不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，隨著礦山的進一步開采，在大雨暴雨、地震等不利因素影響下，這種巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性將進一步降低，極易產(chǎn)生向下滑動，產(chǎn)生巖質(zhì)滑坡。

1.2 崩塌

露天礦山產(chǎn)生崩塌也與巖體開挖方式及其自身物質(zhì)組成有關(guān)。由于考慮經(jīng)濟的因素，露天采場邊坡一般開挖坡度在80°以上，邊坡未按設(shè)計要求分臺階，往往形成高而陡的邊坡。當?shù)V產(chǎn)傾向與開挖邊坡坡向相反或相切，而巖層中卸荷裂隙發(fā)育，巖體穩(wěn)定性較差，在大雨暴雨、地震和礦山爆破等不利因素影響下，這種高而陡的采場邊坡極易形成不穩(wěn)定楔形體向下滑動，輕者產(chǎn)生掉塊，重者產(chǎn)生大面積崩塌。

1.3 泥石流

露天礦山開采對土地與植被的占用和破壞面積較大，改變了礦區(qū)原生態(tài)的地形地貌。隨著露天礦山的大面積開采，其自身植被固土保水的能力不斷降低，隨著大雨暴雨的沖刷，露天礦山的開采區(qū)水土流失將不斷擴大，這種沖刷出來的表土、泥沙、石塊等固體物質(zhì)構(gòu)成了泥石流的物質(zhì)來源。同時，露天礦山剝離的覆蓋層隨意堆砌形成不穩(wěn)定堆積體，這種松散堆積體表層易垮塌，隨著雨水的沖刷，亦構(gòu)成露天礦區(qū)泥石流的物質(zhì)來源。露天礦山開挖后多為三面環(huán)山，前緣地形開闊，周圍山體陡峻，地形上便于水和碎屑物質(zhì)的集中。若礦山下游存在狹窄陡深的沖溝或河流，則在雨季露天礦山的下游溝谷泥石流較易發(fā)育。一旦礦山開發(fā)造成泥石流，將會對其下游村莊和農(nóng)田造成難以估計的災(zāi)難。

2 露天礦山滑坡防治對策

露天礦山一旦滑坡，危害十分嚴重，首先應(yīng)以防為主，防治大規(guī)?；碌漠a(chǎn)生。治理露天礦山滑坡，首先要做好礦山的截排水工作。為了防止降雨對采場邊坡產(chǎn)生不利影響，在露天礦山開采前應(yīng)在其擬開挖采場邊坡上部及采場內(nèi)開挖防洪截水溝，防治大面積的水流對采場的沖刷，降低采場邊坡的穩(wěn)定性。同時應(yīng)在露天采場下部修建排水溝，將采場內(nèi)匯集的雨水及礦山自身生活用水排放到指定的位置。其次，針對滑坡自身的特點，采取相應(yīng)的工程治理措施。下面分述土質(zhì)滑坡和巖質(zhì)滑坡的防治對策。

2.1 土質(zhì)滑坡防治對策及建議

露采場的上覆第四系松散堆積物在邊坡開挖后極易沿著巖土結(jié)合面產(chǎn)生滑移，形成土質(zhì)邊坡。對于人工開挖形成的覆蓋層土質(zhì)滑坡，建議采取重力式抗滑擋墻進行治理。對于中厚層的土質(zhì)滑坡，建議采取抗滑樁進行治理。

若露天礦山在建設(shè)過程中剝離的表土隨意堆砌在山坡溝谷地帶，日積月累將形成不穩(wěn)定堆積體，其結(jié)構(gòu)松散，不穩(wěn)定堆積體極易沿表層發(fā)生垮塌，建議在其前緣修建擋渣墻或擋渣壩。

2.2 巖質(zhì)滑坡防治對策及建議

露天采場的巖質(zhì)滑坡一般是工程開挖形成的高陡邊坡造成，為了節(jié)約開采成本，有不少露天礦山邊坡開挖未嚴格按照開采利用方案進行，其開挖臺階高度、臺階坡面角均超過開挖標準，這些臺階高度一般超過20m，臺階坡面角在80°以上［4］。同時由于巖層中夾有軟弱夾層，露天采場的巖質(zhì)邊坡極易沿軟弱夾層產(chǎn)生滑動，危害非常大。對于這種高陡巖質(zhì)邊坡，建議采用抗滑樁，并輔以預(yù)應(yīng)力錨索（錨桿）和格構(gòu)錨固等治理措施。

3 露天礦山崩塌防治對策

露天礦山形成的高陡逆向或切向巖質(zhì)邊坡極易發(fā)生崩塌破壞。礦山巖質(zhì)邊坡往往裂隙較為發(fā)育，這些裂隙面與邊坡臨空面和巖層面往往相互切割形成楔形體，隨著人類開采活動的加劇，這些楔形體極易發(fā)生掉塊、落石甚至崩塌。

對于礦區(qū)的潛在崩塌體的治理首先應(yīng)選擇徹底根治，對其進行徹底清除，消除后患。對于規(guī)模不大的潛在崩塌體，優(yōu)先考慮人工清除的防治方案。當其規(guī)模較大或者人工清除困難時，應(yīng)考慮采用控制爆破，避免爆破造成次生地質(zhì)災(zāi)害。

當潛在崩塌體不能清除時，對中小型崩塌體可采取下列綜合措施：在其坡角或半坡處設(shè)置落石平臺或擋石墻、防護網(wǎng)；對易風化的軟弱層，可對其裂隙灌漿或漿砌石護面；設(shè)置排水設(shè)施以攔截疏導(dǎo)山坡的地表水和地下水等。對于大型的潛在崩塌體，在防護設(shè)施不宜實施的情況下，建議搬遷避讓。

4 露天礦山泥石流防治對策

露天礦山開采對地表破壞極其嚴重，同時露天礦山一般地處山區(qū)，存在較多易形成泥石流的溝谷地帶。因此，礦產(chǎn)開發(fā)活動中亂采亂挖破壞植被，廢石廢渣隨意堆砌等，都可能誘發(fā)泥石流或加大原有泥石流的規(guī)模。

泥石流的防治應(yīng)從源頭上進行，首先應(yīng)盡量減少礦山固體廢棄物排放，其次對于產(chǎn)生的固體廢棄物不應(yīng)隨意堆砌于溝谷地帶，應(yīng)將固體廢棄物堆砌于修建好支擋措施的廢棄物堆場。同時，對礦山及周邊陡峻、固體物質(zhì)堆積較多的溝谷地帶應(yīng)及時進行疏導(dǎo)，對其岸坡應(yīng)采取護坡等防護手段防止其進一步垮塌。

5 露天礦山地質(zhì)災(zāi)害綜合防治對策

礦山地質(zhì)災(zāi)害防治工作是一項科學的、長期的、繁瑣的工作，應(yīng)嚴格按照“預(yù)防為主、防治結(jié)合”的原則進行治理。露天礦山地質(zhì)災(zāi)害，究其成因主要是露天礦山的無序的工程活動誘發(fā)。露天礦山開采較易誘發(fā)的次生地質(zhì)災(zāi)害，諸如滑坡、崩塌、泥石流，主要是開挖形成的高陡人工邊坡以及礦山固體廢棄物隨意堆砌形成的不穩(wěn)定堆積體造成。因此建議對露天礦山的高陡人工邊坡和不穩(wěn)定堆積體加強治理，防止礦山的次生地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。

5.1 高陡邊坡防治對策及建議

露天礦山高陡邊坡的形成很大程度上是礦山企業(yè)一味追求經(jīng)濟效益，壓縮投資造成的。大多數(shù)露天礦山對這種高陡邊坡只要不影響礦山的進一步開采，很少或者說基本上未采取任何治理措施，開采完成后則任由其發(fā)展，危害十分嚴重。因此，首先應(yīng)從源頭上盡量減少甚至避免高陡邊坡的產(chǎn)生，建議露天礦山開采過程中分臺階開采，邊剝離（擴幫），邊開采，對臺階高度超過規(guī)定的塊段必須先擴幫，后開采，開采邊坡的坡角控制在65°以內(nèi)，邊坡高度控制在10m以內(nèi)。

對于已經(jīng)形成的高邊坡，在邊坡周邊做好截排水工作，并采取相應(yīng)的工程治理措施，確保高邊坡的穩(wěn)定性。同時，對露天礦山開采已經(jīng)形成以及將要形成的高邊坡應(yīng)加強監(jiān)測。

5.2 不穩(wěn)定堆積體防治對策及建議［5］

由于大多數(shù)露天采場均不同程度地剝離表土，表土隨意堆砌形成的堆積體幾乎在每個礦區(qū)都存在。為了更好地整治堆積體問題，對不穩(wěn)定堆積體的治理提出以下幾點建議：

（1）在露天采場開采前，應(yīng)預(yù)先估計露天礦山固體廢棄物的排放量，規(guī)范廢棄物的堆放、排放，選擇安全隱患較小的地方修建廢棄物堆場，將剝離的表土運往廢棄物堆場堆放，不得隨意堆砌剝離的表土；

（2）將剝離的固體廢棄物進行合理利用，可以將剝離的固體廢棄物用于修建礦山公路和礦山周邊建設(shè)，減少固體廢棄物的堆砌量；

（3）在堆積體前緣修建擋渣墻或擋渣壩。

6 結(jié) 語

露天礦山存在較大的安全隱患，其地質(zhì)災(zāi)害防治工作是一項長期的、復(fù)雜的工作。礦山應(yīng)從源頭上減少地質(zhì)災(zāi)害安全隱患，嚴格按照開發(fā)利用方案的要求進行露天采場的開采，開采過程中分臺階分段進行開采，將剝離的表土集中堆放在設(shè)計好的廢棄物堆場中。對已經(jīng)形成的高陡邊坡和不穩(wěn)定堆積體，采取恰當?shù)闹卫泶胧┻M行治理，將地質(zhì)災(zāi)害的危險性降到最低。同時，露天礦山開采中一定要加強監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的前兆應(yīng)及時向相關(guān)部門反映。只有在露天礦山開采的每一個環(huán)節(jié)中加強對地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)管，才能將治理措施落實到實處。

［1］ 王福成，陳寶智.安全工程概論［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2002.

［2］ 施偉忠，方 紅.湖北省礦山環(huán)境地質(zhì)問題及防治對策［J］.湖北地礦，2003，17（9）：22－25.

［3］ 阮善菊，張福生.露天礦山的生態(tài)問題及解決對策探討［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2010（8）：81－85.

［4］ 王德元，郭玉森，何標慶.新羅區(qū)露天礦山災(zāi)害特點與防治技術(shù)研究［J］.安徽建筑工業(yè)學院學報，2011（4）：51－53.

［5］ 嚴 韜，嚴學清.礦山地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)對策研究［J］.采礦技術(shù)，2009，9（6）：42－44.