礦山地質災害的勘察與防治技術探討

張萬平 林樹芳

（桂林國達礦產(chǎn)勘探有限公司 廣西桂林 541004）

礦山地質災害的勘察與防治技術探討

張萬平 林樹芳

（桂林國達礦產(chǎn)勘探有限公司 廣西桂林 541004）

礦業(yè)的經(jīng)濟發(fā)展在我國整體經(jīng)濟發(fā)展中占有較大比重，但隨著我國采礦事業(yè)不斷擴大，礦山的地質災害也在不斷增多，因此，對地質災害的勘察與防治能有效控制由地質災害帶來的問題，找到科學先進的防治技術也是國家需要重視的任務。本文對礦山地質災害的勘察與防治技術進行探討。

礦山；地質災害；勘察；防治

礦山地質災害可以分為人為的和自然環(huán)境造成的災害。其中，自然因素占絕大部分，而自然因素可以監(jiān)控和預測卻很難避免，常見的自然因素造成的礦井災害主要包括地面坍塌、沉降、裂縫，泥石流，礦坑突水、突泥，地震等，損害范圍廣，強度大，因此，科學正確地應對礦山地質災害，以及地質災害的監(jiān)測與防治對礦業(yè)的發(fā)展以及人類的安全、環(huán)境的保護有重大意義。

1 礦山地質災害主要類型

自然因素：

1.1 采空區(qū)塌陷

礦山采空塌陷是指由于礦井的挖掘，形成空間，造成巖土層在自重作用下引起的地面塌陷現(xiàn)象。地面坍塌是采空區(qū)最主要的地質災害。礦層挖掘后，原有的平衡被破壞，當上覆巖層承受的壓力超過此時礦坑頂板的承載能力后，上方巖層先形成冒落帶，而當冒落帶也無法支撐上部的巖石層時，整個巖石層開始出現(xiàn)斷裂，隨即形成彎曲帶，之后造成坍塌，甚至會形成“地裂”。采空區(qū)坍塌后，會帶來很多如透水、巖爆、自燃等后續(xù)問題，會造成巨大損失。例如，2015年4月19日18時50分左右，山西姜家灣煤礦發(fā)生透水事故，21人遇難。該事故是由上層采空區(qū)積水透水所致。

1.2 坑內巖爆

20世紀末以來，礦山開采過程中巖爆現(xiàn)象越來越嚴重，巖爆，廣義上來講，是指一種巖體中聚積的彈性形變勢能在一定條件下突然釋放，是演示爆裂并彈射的現(xiàn)象；坑內巖爆，又稱礦山?jīng)_擊，主要可以分為壓制拉裂、壓制剪切拉裂、彎曲折鼓三種基本形式。由于硬脆性巖石隨抗壓強度高，但塑形變性很小，一旦在礦井挖掘和開采過程中，稍微改變圍巖分布，就可使硬脆性巖體產(chǎn)生彈性能快速、突然釋放，造成礦內巖石向周圍彈射的突發(fā)狀況。

1.3 礦坑突水、突泥

礦坑突水是常見的礦山災害之一，是指在挖掘過程中導水斷裂、積水老隆、富水溶洞等大量地下水涌入礦井的現(xiàn)象。首先，石灰?guī)r分布是不均勻的，而位于富水區(qū)的礦井，所受壓力遠大于貧水區(qū)的壓力，因此，在巖層承受不住過大壓力或者由于挖掘工作中觸碰到敏感巖層時，就會發(fā)生突水現(xiàn)象；另外，研究表明，一般井下突水的源頭往往經(jīng)過一個復雜的路徑到達突水直接出口，而直接出水口是部分已經(jīng)失去隔水性能的隔水層破壞帶上，一旦發(fā)生碰撞，突水口就會從縫隙中涌出大量水源；當然，由于鉆井失誤是底下水管道破裂也是發(fā)生突水現(xiàn)象的原因。突泥往往是伴隨著突水現(xiàn)象發(fā)生，大量泥沙隨水一起涌入，使坑道內泥沙阻塞，機器、人員等被埋，對人員安全、經(jīng)濟等造成威脅。

1.4 礦震

采礦誘發(fā)的地震稱為礦震。造成地震的主要原因有：①開采引起的崩塌和瓦斯突出；②人為的改變了地殼結構，導致地殼結構異常，并積累了一定沖擊力后將能量突然釋放，造成巖層震動。礦震主要發(fā)生在存在地震斷裂現(xiàn)象的復雜地質結構的地區(qū)；由采礦活動引發(fā)的地震強度雖不大，但是發(fā)生頻繁，會引起瓦斯爆炸等一系列問題。突發(fā)性、連鎖性是礦震的特點，監(jiān)測與防范起來都面臨很大困難。

1.5 瓦斯爆炸

瓦斯爆炸是一定濃度的甲烷和空氣中度作用下產(chǎn)生的激烈氧化反應。當瓦斯?jié)舛鹊陀?%時，會在火焰外圍形成燃燒層，當瓦斯?jié)舛却笥?.5%小于16%時，爆炸威力達到最大，此時氧和瓦斯完全反應，要對火區(qū)嚴格管理，在無明火的情況下啟封。造成瓦斯爆炸的因素大多為人為因素，由于礦產(chǎn)企業(yè)的裝備不足或管理不到位等，造成瓦斯抽放裝備不能有效利用，而且，部分企業(yè)施工人員安全意識薄弱，沒有進行合理的通風處理，使礦井內瓦斯大量積累；企業(yè)監(jiān)管力度不夠，有的礦井內仍有明火、明電現(xiàn)象，與大量聚集瓦斯反應，發(fā)生爆炸。

2 礦山地質災害的勘察技術

2.1 GPS

GPS又叫全球定位系統(tǒng)，是指一種在全球范圍內進行定位導航的系統(tǒng)。是一種高精度、全天、全球的多功能系統(tǒng)，GPS主要由天線、接受單元和CPU以及一些應用軟件組成，為導航、定位、授時做出巨大貢獻，因此，在礦業(yè)中，得到廣泛運用，主要運用于工程測量、資源搜索、導航、定位、面積量算等范圍，由于在礦業(yè)中GPS的運用屬于初級階段，所以操作起來較為簡單。

實時動態(tài)RTK系統(tǒng)是GPS中應用最廣的系統(tǒng)，由基準站和移動站組成，RTK可以獲得厘米級的動態(tài)定位精度，雖然耗電量大，價格昂貴，但憑借測量結果直接明了、測量精準的優(yōu)勢在工程測量、海洋測量等方面被采用。在礦業(yè)方面，RTK系統(tǒng)與GIS系統(tǒng)結合使用，對礦權、地形、地塊面積進行精準測量，而節(jié)省了大量的財力、人力。

2.2 RS

遙感技術是指運用傳感器對物體的電磁波的輻射進行非接觸的、遠距離探測技術，以解決監(jiān)測、勘察及預測問題，因此，遙感技術已涉及到全球各個經(jīng)濟領域中，在礦業(yè)的運用中也逐漸成熟。

遙感技術在采礦中金屬、煤炭、石油等資源的調查方面發(fā)揮重大作用，憑借其包含的遙感技術、遙感信息處理、遙感應用的有效配合，即使是難以進行勘測的地質工作也不在話下；其次，遙感技術在礦區(qū)塌陷方面也有很大應用，由于礦業(yè)的大規(guī)模開采，形成眾多采空區(qū)，破壞地質結構，使坍塌現(xiàn)象時有發(fā)生，采礦過程中，很難對這些坍塌地區(qū)進行實時掌控，而遙感技術（最有效的是航空遙感圖像）提供了大量相關信息，有效避免了部分礦山地質災害的發(fā)生。

2.3 GIS

地理信息系統(tǒng)（GIS），又稱“地學信息系統(tǒng)”，是在計算機硬、軟件系統(tǒng)的支持下，對地球表層（包括大氣層）的有關數(shù)據(jù)進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的系統(tǒng)。在信息化的發(fā)展趨勢下，GIS應用廣泛，在礦業(yè)應用中，GIS主要對礦山地質、安全、電力供應、供風、供水、排水等系統(tǒng)的信息、數(shù)據(jù)進行采集、分析，并實行統(tǒng)一管理。通過GIS技術，將收集到的信息，包括地質信息、物理信息、各個數(shù)據(jù)等盡心匯總，并將數(shù)據(jù)圖層化，進行有效儲存。

在礦區(qū)環(huán)境監(jiān)測與礦山復墾方面，主要利用GIS分支下的MEIS系統(tǒng)，MEIS通過數(shù)據(jù)庫的建立，將礦圖數(shù)字化，并從生產(chǎn)管理、經(jīng)營的目標出發(fā)，對礦業(yè)數(shù)據(jù)分析后進行有效決策。在施工安全上，將GIS與GPS有效結合，對火災等突發(fā)性災害迅速定位，并提供有效的人員出逃方案，減少人員傷亡和財產(chǎn)的損失。

3 礦山地質災害的防治技術

3.1 防治坍塌技術

為了預防礦區(qū)坍塌現(xiàn)象的發(fā)生，施工各部門都要做好防御工作：①應當將3S技術有效利用，對特殊地質采取繞道挖掘；②縮短挖掘時間，盡量減少圍巖暴露的時間，當然，要合理判斷爆炸地點和時間，確保在爆破后不會出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，爆破完成后，進行有效檢查和量測。

若出現(xiàn)了坍塌事故，要防治坍塌范圍繼續(xù)擴大，在確保人身安全后，對圍巖等進行清理。另一種有效治理的方法是填充法，將環(huán)保、無污染的材料進行填充，防治繼續(xù)塌陷。

3.2 防治突水技術

礦井必須配備與其涌水量相配的排水管、水倉等設備，確保礦井可以正常排水，在地質條件復雜的礦井，還必須設置防水閘門或潛水電泵排水系統(tǒng)，在有突水潛在危險的礦區(qū)在附近設置閘門，并有專業(yè)人員進行定期檢查和維護。

水壓是造成礦坑突水的直接原因，因此，在發(fā)生突水狀況后，及時對現(xiàn)場狀況進行了解，找到出水源后，進行有效防治。“注漿堵水”是有效防治礦井突水的有效措施之一，將漿液壓入井下，以攔截、減少涌水量，一般選用水泥作為注漿堵水的原料。

3.3 防治瓦斯爆炸

瓦斯爆炸是礦井內傷亡最大、破壞力最強的礦井事故，因此對瓦斯爆炸的防治對礦業(yè)的發(fā)展發(fā)揮巨大的作用。瓦斯爆炸是由于一定的瓦斯?jié)舛?、引火溫度、氧氣三者共同具備所發(fā)生的反應，防治瓦斯的積累和熱源的出現(xiàn)是關鍵。為預防瓦斯爆炸的發(fā)生：①通風是基本方法，及時處理已經(jīng)積累的瓦斯，并按時抽放瓦斯；②加大監(jiān)管力度，對礦內現(xiàn)狀進行嚴格控制，杜絕一切非生產(chǎn)所必須的熱源，禁止使用電爐，禁止攜帶煙草和點火工具，禁止使用明火，瓦斯符合規(guī)定等；③企業(yè)一定要采用科學的防爆設備，積極做好預防瓦斯爆炸的準備。

4 總結

不止是礦業(yè)，政府也應做好礦山地質災害的監(jiān)管、勘察和防治工作，礦業(yè)也要配合政府，積極杜絕違章現(xiàn)象發(fā)生，導致災害的發(fā)生與擴大；合理的應用勘察技術，提高員工的安全意識，推動礦業(yè)開采工作向安全、穩(wěn)定的方向發(fā)展。

[1]嚴益平，姚麗娜，王劍峰，等.礦山地質災害的勘察與防治技術探討[J].地球，2015（4）：136，192.

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[3]李惠強.礦山地質災害的特征及防治技術發(fā)展趨勢研究[J].地球，2013（6）：189，200.

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1004-7344（2016）15-0173-02

2016-5-10