地質(zhì)災(zāi)害勘查方法及預(yù)防思路探討

劉鵬++于新明++金國(guó)華

摘 要：礦山資源開(kāi)發(fā)中的安全形勢(shì)相當(dāng)嚴(yán)峻，地表塌陷、山體崩塌、礦山邊坡滑坡、廢石場(chǎng)泥石流、尾礦庫(kù)垮塌、采場(chǎng)冒頂、巷道坍塌、礦山地震、巖爆、采空區(qū)大面積地壓、井下突水、深井高溫等災(zāi)害，給社會(huì)穩(wěn)定和人民生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了嚴(yán)重影響。該文以礦山地質(zhì)災(zāi)害勘查為研究對(duì)象，首先分析了礦山地質(zhì)災(zāi)害中存在的問(wèn)題，包括其誘發(fā)因素，地質(zhì)災(zāi)害特征和治理措施，在此基礎(chǔ)上，探討了3種勘查方法，包括地球信息技術(shù)綜合方法、水文地質(zhì)與巖土力學(xué)試驗(yàn)方法和地球物理勘查方法。

關(guān)鍵詞：礦山 環(huán)境地質(zhì) 災(zāi)害 問(wèn)題 勘查

中圖分類號(hào)：P694 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）12（a）-0081-02

我國(guó)是地質(zhì)災(zāi)害的多發(fā)國(guó)家之一，地質(zhì)災(zāi)害種類多、分布廣、影響大、造成損失嚴(yán)重。礦山地質(zhì)災(zāi)害是地質(zhì)災(zāi)害的一個(gè)小分支，是人類開(kāi)采礦山而直接誘發(fā)的人為地質(zhì)災(zāi)害。我國(guó)是采礦大國(guó)，開(kāi)采技術(shù)和設(shè)備相對(duì)落后，導(dǎo)致礦山開(kāi)采環(huán)境不斷惡化。近年來(lái)，各種礦山地質(zhì)災(zāi)害明顯上升，該文作者結(jié)合在湖南省多年礦山勘查的工作經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)介紹了礦山各種地質(zhì)災(zāi)害的類型、產(chǎn)生、危害和防治對(duì)策，并提出相應(yīng)的勘查方法。

1 地質(zhì)災(zāi)害誘發(fā)因素

采礦時(shí)對(duì)地下水必須進(jìn)行疏干排水，甚至要深降強(qiáng)排，由此而出現(xiàn)了一系列的地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題。首先是礦井突水事故不斷發(fā)生。許多煤礦的上覆和下伏地層為含水豐富的石灰?guī)r，特別是北方石炭二疊紀(jì)煤系地層，不僅煤系內(nèi)部有含水性強(qiáng)的地層，其下伏為巨厚的奧陶紀(jì)灰?guī)r。這些礦床隨著開(kāi)采的延伸，地下水經(jīng)深降強(qiáng)排，產(chǎn)生了巨大的水頭差，使煤層受到來(lái)自下部灰?guī)r地下水高水壓的威脅，在一些構(gòu)造破碎帶和隔水薄層的地段發(fā)生突水事故，嚴(yán)重威脅著礦井和職工生命的安全。其次是由于疏干排水，使許多巖溶充水礦區(qū)引起地面塌陷，嚴(yán)重影響地面建筑、交通運(yùn)輸以及農(nóng)田耕作與灌溉。各礦區(qū)附近均有地面塌陷現(xiàn)象，水位下降很多，使廠礦、工業(yè)和生活供水原有系統(tǒng)發(fā)生吊泵，形成無(wú)法供水的局面。

2 主要地質(zhì)災(zāi)害特征和治理措施

2.1 泥石流

泥石流災(zāi)害具有很強(qiáng)的破壞性，但人們并不是被動(dòng)地去接受泥石流災(zāi)害，而是通過(guò)科學(xué)研究，不斷認(rèn)識(shí)其成災(zāi)機(jī)理和成災(zāi)規(guī)律，提高預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)水平，加強(qiáng)防御建設(shè)，與泥石流災(zāi)害進(jìn)行斗爭(zhēng)。礦山建設(shè)對(duì)泥石流形成條件的影響主要有以下幾個(gè)方面：

（1）產(chǎn)生并加速松散固體物質(zhì)的積累。露天開(kāi)采及坑采剝離廢石速度較快，產(chǎn)生大量廢土，是泥石流源地的主要形成原因，另外礦山修筑公路破壞山坡植被，產(chǎn)生大量棄土，礦山選礦排出的廢渣也是泥石流物質(zhì)來(lái)源。（2）增大了水體補(bǔ)給量。礦山建設(shè)中植被遭到嚴(yán)重破壞，改變了地面結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)雨水的能力顯著降低，匯流時(shí)間縮短，洪峰流量和洪水總量增大，暴發(fā)泥石流的可能性也增大；礦山廢石堵溝成湖，蓄積了大量的水體；有時(shí)在掘進(jìn)坑道的過(guò)程中，掘開(kāi)了地下水的主要通道，形成地下水突涌，使水體補(bǔ)給量增大。（3）礦山建設(shè)改變了地形條件，增強(qiáng)了動(dòng)力條件。大量的礦山廢石堆放使山坡變陡，地面高差增大，從而加強(qiáng)了侵蝕能力；大量礦山廢石壓縮溝床，增大流深和流速，也就增強(qiáng)了流體的動(dòng)能和沖刷力，廢石堆放減少了過(guò)流斷面，使流體受壓縮，流速增大，側(cè)蝕和下蝕能力加強(qiáng)。

泥石流的治理措施包括工程措施和生物措施，以及生物措施和工程措施相結(jié)合，如金屬礦圍巖一般為較硬的巖石，開(kāi)采過(guò)程中開(kāi)采堆積物除了上覆土層和風(fēng)化巖石外，均為較大塊的難風(fēng)化的塊狀堆積物，易形成的地質(zhì)災(zāi)害為崩塌、滑坡以及泥石流，另外有些金屬礦床在開(kāi)采和冶煉過(guò)程中對(duì)土和地下水造成一定的污染，也需要進(jìn)行治理；非金屬礦多數(shù)為沉積形成，其開(kāi)采要挖掘較多的松散沉積生成物，而且開(kāi)采出來(lái)的物質(zhì)也較易風(fēng)化，易形成地面塌陷、泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。

2.2 塌陷

當(dāng)?shù)叵碌V層被采出之后，采空區(qū)的頂板巖層在自身重力和其上覆巖層的壓力作用下，產(chǎn)生向下的彎曲和移動(dòng)。當(dāng)頂板巖層內(nèi)部所形成的拉張應(yīng)力超過(guò)該層巖層的抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，直接頂板首先發(fā)生斷裂和破碎并相繼冒落。接著是上覆巖層相繼向下彎曲、移動(dòng)，進(jìn)而發(fā)生斷裂和離層。隨著采礦工作面向前推進(jìn)，受到采動(dòng)影響的巖層范圍不斷擴(kuò)大。當(dāng)?shù)V層開(kāi)采的范圍擴(kuò)大到某一時(shí)刻，在地表就會(huì)形成一個(gè)比采空區(qū)大得多的塌陷盆地，從而危及地表的各種建筑物和農(nóng)田等。

巖溶塌陷是巖溶充水礦床疏排地下水所引起的。塌陷不僅出現(xiàn)在煤炭礦山而且也出現(xiàn)在有色金屬、黑色金屬、化工及核工業(yè)礦山。從地理方面看，幾乎遍布南方各省，尤以湘、粵、鄂、桂、贛諸省居多。

對(duì)礦山采空區(qū)塌陷的治理方案很多，但較常用的方法是充填復(fù)墾法。這種方法是利用礦區(qū)附近的煤矸石、粉煤灰、露天礦剝離物等可供利用的充填材料充填采空塌陷地復(fù)田。這種方法多用于有足夠的充填材料且充填材料無(wú)污染，可經(jīng)濟(jì)有效防護(hù)治理的地區(qū)，因其既解決了塌陷地復(fù)墾問(wèn)題，又解決了礦山固體廢棄物的處理問(wèn)題，所以經(jīng)濟(jì)效益最佳。

2.3 滑坡

滑坡活動(dòng)受多種因素影響，主要發(fā)生在雨季。而軟硬相間巖層，由于差異風(fēng)化，堅(jiān)硬巖體突出，由結(jié)構(gòu)面切割或重力蠕變，堅(jiān)硬巖體就會(huì)產(chǎn)生崩塌、落石。地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育使完整巖石被分割成割裂體，割裂體在誘發(fā)因素下失穩(wěn)而形成崩場(chǎng)，因此構(gòu)造越發(fā)育，巖體越破碎，越易產(chǎn)生崩塌、落石。人為影響主要是開(kāi)挖坡腳、改變應(yīng)力場(chǎng)，使坡體內(nèi)積存的彈性應(yīng)變能釋放而造成應(yīng)力重新分布，巖體產(chǎn)生卸荷裂隙，它們多張開(kāi)且平行于邊坡面并使原有裂隙擴(kuò)展和張開(kāi)，由其所切割的巖體，可能失穩(wěn)而形成崩塌滑坡。

露天礦邊坡，必須對(duì)其進(jìn)行經(jīng)常性的檢查和維護(hù)，用以保證邊坡穩(wěn)定，防止災(zāi)害發(fā)生。建立一支邊坡維護(hù)專業(yè)隊(duì)伍，加強(qiáng)檢查維修，必要時(shí)進(jìn)行人工放坡，鋪上草皮，植上灌木，砌筑局部擋土墻或者預(yù)埋防滑坡的木樁。要設(shè)置排水網(wǎng)絡(luò)，防止地表雨水流入礦坑沖刷邊坡，潤(rùn)滑層理深凹露天礦要在坑外周圍設(shè)置防山洪、防泥石流的阻擋或者疏導(dǎo)的設(shè)施。

3 礦山地質(zhì)災(zāi)害的勘查方法

3.1 地球信息技術(shù)綜合方法

GIS，GPS和RS技術(shù)的應(yīng)用，可以從宏觀上掌握地質(zhì)災(zāi)害的分布、發(fā)生、發(fā)展規(guī)律。如GPS可以對(duì)災(zāi)害發(fā)生地進(jìn)行精確定位；RS技術(shù)可以利用礦區(qū)的多時(shí)相遙感圖像進(jìn)行疊加分析，獲取礦區(qū)不同時(shí)期的地貌破壞程度、塌陷區(qū)的形態(tài)、面積、礦業(yè)廢棄物的類型及分布狀況、環(huán)境污染狀況及生態(tài)環(huán)境狀況；GIS技術(shù)可以對(duì)礦山災(zāi)害信息數(shù)據(jù)進(jìn)行空間有效分析，方便管理人員迅速掌握災(zāi)情，有效進(jìn)行防災(zāi)減災(zāi)工作。3S技術(shù)的應(yīng)用彌補(bǔ)了以前常規(guī)的技術(shù)手段（如地形測(cè)量等）難以勝任的空白，特別是對(duì)危險(xiǎn)地帶礦山災(zāi)害的調(diào)查，如礦山積水塌陷區(qū)等。

3.2 水文地質(zhì)與巖土力學(xué)試驗(yàn)方法

水文地質(zhì)與巖土力學(xué)試驗(yàn)類型很多，是礦山地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查的重要手段之一，許多調(diào)查成果的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和資料，均需水文地質(zhì)與巖土力學(xué)試驗(yàn)而獲得。

在礦山地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作中，水文地質(zhì)試驗(yàn)主要包括水質(zhì)測(cè)試、淋濾試驗(yàn)、浸泡試驗(yàn)、含水層吸附試驗(yàn)、含水層頂板滲透性試驗(yàn)、采礦引起周圍地層滲透性變化試驗(yàn)、礦石及固體廢棄物中有毒有害元素測(cè)試試驗(yàn)、土壤污染試驗(yàn)、溶質(zhì)遷移與富集規(guī)律試驗(yàn)等；巖土力學(xué)試驗(yàn)主要包括室外原位力學(xué)試驗(yàn)和室內(nèi)巖土物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)等。

3.3 地球物理勘查方法

高密度電阻率法是以巖土體導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)的一類物探方法，該方法一次即可進(jìn)行多裝置數(shù)據(jù)采集，既可研究深度方向的電性變化，也可研究水平方向的電性變化，通過(guò)參數(shù)換算取得更多突出的有效異常的比值參數(shù)，利于潛在災(zāi)害的埋深、范圍等的推斷解釋。它對(duì)不太深的采空區(qū)、地下水系、巖石風(fēng)化層等的勘查十分有效。例如，山西平定礬土礦采空區(qū)，通過(guò)采用高密度電阻率法進(jìn)行測(cè)量，獲得深部的閉合圈異常，結(jié)合鉆探資料，圈定了該區(qū)采空區(qū)的平面分布范圍。

4 礦山地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防

政府主管部門要加大對(duì)礦山環(huán)境與災(zāi)害源的監(jiān)管與治理力度，防止新的隱患發(fā)生。礦山企業(yè)要規(guī)范開(kāi)采行為，合理開(kāi)發(fā)礦產(chǎn)資源，處理好短期經(jīng)濟(jì)利益和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的關(guān)系，將防災(zāi)減災(zāi)工作始于礦山設(shè)計(jì)并延續(xù)到閉坑之后。注重礦山地質(zhì)災(zāi)害的防治研究，將其列入礦業(yè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)性研究，把礦山災(zāi)害、環(huán)保、安全生產(chǎn)統(tǒng)一起來(lái)。災(zāi)害研究要充分依靠科技進(jìn)步，采用高新技術(shù)，研究災(zāi)害的發(fā)生機(jī)制，建立災(zāi)害的監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)和評(píng)估信息系統(tǒng)。

例如，將礦業(yè)開(kāi)發(fā)產(chǎn)生的地下空區(qū)改建尾礦庫(kù)，既能消除因地下空區(qū)給礦山帶來(lái)的安全隱患，又能減少尾礦庫(kù)建設(shè)、經(jīng)營(yíng)、災(zāi)害治理等費(fèi)用，改善礦山生產(chǎn)和生活環(huán)境，把礦山建設(shè)成為環(huán)保型和無(wú)公害型的新礦山，它將是我國(guó)今后開(kāi)發(fā)礦業(yè)的發(fā)展方向。確定了采空區(qū)的位置以后，防治礦山采空區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的方法很多，主要有以下幾種：（1）采礦過(guò)程中，及時(shí)回填采空區(qū)。（2）對(duì)可能造成塌陷的位置提出預(yù)警措施，對(duì)現(xiàn)有的建筑和設(shè)置采取必要的預(yù)防措施。（3）礦山設(shè)計(jì)應(yīng)避開(kāi)城市和重要設(shè)施。此外，構(gòu)建信息化礦山，開(kāi)創(chuàng)安全、高效、可持續(xù)的礦業(yè)發(fā)展新模式，是中國(guó)采礦業(yè)未來(lái)發(fā)展的必由之路。

5 結(jié)語(yǔ)

采礦引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的原因大都是由于采用不科學(xué)的采礦方法造成的，當(dāng)人們注意到了環(huán)境對(duì)人類生存的重要性，懂得如何正確解決資源需求與保護(hù)人類生存環(huán)境的矛盾時(shí)，科學(xué)的采礦方法將被越來(lái)越廣泛地采用，因?yàn)楝F(xiàn)有的技術(shù)手段完全可以避免礦山開(kāi)采引發(fā)的不良地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)生。在礦山開(kāi)采問(wèn)題上我們必須堅(jiān)持“誰(shuí)開(kāi)發(fā)誰(shuí)保護(hù)，誰(shuí)閉坑誰(shuí)復(fù)墾，誰(shuí)破壞誰(shuí)治理”的原則，加強(qiáng)對(duì)礦山環(huán)境的管理。只有解決好礦山開(kāi)采與環(huán)境保護(hù)之間的矛盾，才能促進(jìn)中國(guó)采礦業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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