礦山地質(zhì)災(zāi)害對工程施工的影響分析

羅建林

摘要：隨著各類資源的開采，我國礦山地質(zhì)生態(tài)環(huán)境正急劇變化，礦山地質(zhì)災(zāi)害正成為地質(zhì)災(zāi)害的重要組成部分。在社會發(fā)展過程中，工程建設(shè)施工會不可避免地找遭遇到礦山地質(zhì)問題，防范和治理礦山地質(zhì)災(zāi)害已經(jīng)成為工程施工中的必要工作。本文開展典型礦山地質(zhì)災(zāi)害類型及特征分析，根據(jù)各類礦山地質(zhì)災(zāi)害的特點，分析其對工程施工的影響，以《地質(zhì)災(zāi)害危險性評估規(guī)范》（DZT 0286-2015）為基礎(chǔ)，提出對應(yīng)的災(zāi)害防范措施。

關(guān)鍵詞：礦山；地質(zhì)災(zāi)害；工程施工；影響；防范

Analysis of the impact of mine geological disasters on engineering construction

Luo Jian-Lin

Jiangxi College of Applied Technology， Ganzhou 341000， China

Abstract： With the exploitation of various resources， the geological and ecological environment of mines in China is changing rapidly， and mine geological disasters are becoming an important part of geological disasters. In the process of social development， engineering construction will inevitably find problems in mine geology， and prevention and control of mine geological disasters has become a necessary task in engineering construction. This paper analyzes the types and characteristics of typical mine geological disasters， analyzes the impact on the construction of the mines according to the characteristics of various types of mine geological disasters， and proposed corresponding disaster prevention measures based on the Code of Geological Hazard Assessment （DZT 0286-2015）.

Key words： mine； geological disaster； engineering construction； influence； prevention

1.引言

我國礦山資源豐富，這些礦山中，分布著數(shù)量極大的規(guī)模小、安全管理水平參差不齊，盡管近年來我國應(yīng)急管理部門加強了對礦山地質(zhì)災(zāi)害的排查與監(jiān)管[1]，但各類礦山地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)的安全事故依然還是時有發(fā)生，礦山地質(zhì)災(zāi)害社會造成了嚴(yán)重的安全威脅和經(jīng)濟(jì)財產(chǎn)損失[2]。隨著我國大量工程項目建設(shè)的實施，不可避免地會遭遇到存在礦山地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險的情況?；诖?，本文開展礦山地質(zhì)災(zāi)害對工程施工的影響分析，以期為我國開展工程施工中的礦山地質(zhì)災(zāi)害防范與治理提供借鑒與參考。

2.典型礦山地質(zhì)災(zāi)害類型及特征

礦山地質(zhì)災(zāi)害的成因主要分為兩類：其一，客觀原因。當(dāng)前的礦山開采技術(shù)不可避免地會破壞自然平衡的地殼、破壞地下水平衡，導(dǎo)致礦山地質(zhì)的不穩(wěn)定，這是礦山地質(zhì)災(zāi)害誘發(fā)的本質(zhì)原因。其二，主觀原因。礦山開采不加節(jié)制，大量私營礦山只關(guān)注產(chǎn)量不注重安全，這是礦山地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的重要原因之一。根據(jù)礦山地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的形式、機理不同，將常見的礦山地質(zhì)災(zāi)害分為9類，主要包括：采空區(qū)塌陷、巖爆、滑坡、煤與瓦斯突出、泥石流、水土流失、崩塌、瓦斯爆炸、煤層自燃等。在本文中，主要探討工程施工過程中常遭遇的礦山地質(zhì)災(zāi)害，以分析這類礦山地質(zhì)災(zāi)害對工程施工的影響。

2.1滑坡

礦山滑坡主要是礦山地質(zhì)結(jié)構(gòu)遭到破壞后，巖土的滲透力、構(gòu)造力與自重不再處于平衡狀態(tài)，在重力及水體或地震等內(nèi)外部條件的作用下，山體會沿著結(jié)構(gòu)軟弱的一面發(fā)生不同程度的位移。在進(jìn)行邊坡開挖之前，山體內(nèi)部的巖土力學(xué)結(jié)構(gòu)是處于平衡狀態(tài)的，隨著山體的開挖，部分結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)臨工，此時的山體力學(xué)結(jié)構(gòu)逐漸失去平衡，當(dāng)這種平衡狀態(tài)不能夠通過巖土內(nèi)部的力學(xué)調(diào)整與變化重新歸于平衡時，會在坡頂與坡腳的位置出現(xiàn)應(yīng)力集中，進(jìn)而造成山體的滑坡[3]。

2.2泥石流

礦山采礦過程中產(chǎn)生的渣土、廢渣等是礦山泥石流的主要物質(zhì)來源。在暴雨、水流的作用下，這些沉積物的力學(xué)平衡會遭到破壞。當(dāng)沉積物沉積在斜坡上時，其自重將產(chǎn)生垂直于斜坡表面的向下正壓力，沿斜坡向下運動的分離和向下滑動的力，而沉積物和斜坡表面產(chǎn)生的摩擦力會阻止泥石流的產(chǎn)生[4]。但是，當(dāng)這種向下運動的力大于阻止泥石流運動的摩擦力時，泥石流地質(zhì)災(zāi)害就會產(chǎn)生。

2.3崩塌

礦山崩塌通常發(fā)生在采礦步驟的尾聲階段以及高陡的邊坡之上。它們通常以泥巖、風(fēng)化破裂等礦石為主，這種崩塌地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生難以觀察和預(yù)測，其發(fā)生往往具有突發(fā)性。從地質(zhì)角度來看，塌陷通常發(fā)生在斷裂帶的突出部分，這部分結(jié)構(gòu)在力學(xué)上處于薄弱位置；另外，在邊坡或其他軟弱結(jié)構(gòu)面的突出部分，也容易發(fā)商這種崩塌災(zāi)害[5]。

2.4采空區(qū)塌陷

在礦山開采過程中，當(dāng)開采規(guī)模達(dá)到上限時，就可能發(fā)生大規(guī)模的坍塌災(zāi)害，這種坍塌災(zāi)害危害極大，往往會造成大的人員傷亡。采空區(qū)塌陷坑通常為橢圓形，坍塌的面積一般會大于采空區(qū)[6]。當(dāng)?shù)V山底層的礦石被開采后，采空區(qū)上部的建筑物、巖石自重會對采空區(qū)產(chǎn)生造成向下的壓力，造成采空區(qū)頂板彎曲、移動，當(dāng)這些向下的力超過頂板極限強度時，就會出現(xiàn)采空區(qū)坍塌地質(zhì)災(zāi)害。

3.我國礦山地質(zhì)災(zāi)害分布及影響數(shù)據(jù)

根據(jù)已有的統(tǒng)計資料，統(tǒng)計了2012年全國礦山地質(zhì)災(zāi)害（見表1）的分布情況[7]，并對典型礦山地質(zhì)災(zāi)害（崩塌、泥石流、滑坡、采空區(qū)塌陷）造成的人員死亡數(shù)據(jù)進(jìn)行了整理（見圖1）。

上述數(shù)據(jù)可知，煤礦資源豐富的山西省和有色金屬資源豐富的湖南省發(fā)生的礦山地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量最多。從事故死亡人數(shù)上看，地處喀斯特地貌的云南地區(qū)，由于礦山泥石流、滑坡造成的人員死亡數(shù)量最大。在工程施工領(lǐng)域，為應(yīng)對可能存在的礦山地質(zhì)災(zāi)害影響，應(yīng)做好施工前的調(diào)查及勘探，以盡可能的規(guī)避由于礦山地質(zhì)問題引發(fā)的施工風(fēng)險。

4.工程施工中礦山地質(zhì)災(zāi)害因素的影響

國家已經(jīng)頒布了《地質(zhì)災(zāi)害危險性評估規(guī)范》（DZT 0286-2015），在工程施工之前，必須根據(jù)建設(shè)項目重要性與地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜程度，參照《地質(zhì)災(zāi)害危險性評估規(guī)范》（DZT 0286-2015）條款要求，開展地質(zhì)災(zāi)害危險性評估[8]。

4.1礦山滑坡災(zāi)害對工程施工的影響

礦山滑坡災(zāi)害評價首先要對地質(zhì)環(huán)境條件、空間情況、滑坡組成要素等進(jìn)行調(diào)查和分析，以評估礦山滑坡災(zāi)害的潛在規(guī)模、促發(fā)災(zāi)害發(fā)生的潛在危險因素以及對周圍各類的影響。

礦山滑坡對工程施工有著極為重大的影響，不僅僅會在一定范圍內(nèi)造成人員傷亡，還會直接導(dǎo)致整個工程項目的施工極大延誤或完全中斷，尤其是對于大型的礦山滑坡災(zāi)害，可能導(dǎo)致整個工程施工計劃失敗。

要防范礦山滑坡災(zāi)害的影響，要根據(jù)《地質(zhì)災(zāi)害危險性評估規(guī)范》（DZT 0286-2015）中的要求，嚴(yán)格進(jìn)行滑坡危險性預(yù)測評估，具體內(nèi)容包含：（1）可能產(chǎn)生滑坡災(zāi)害的位置與工程施工位置是否有交集，正常的工程施工是否會誘發(fā)滑坡可能；（2）對滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行評估，確定施工時滑坡的發(fā)育程度；（3）對工程施工過程中可能誘發(fā)滑坡的因素進(jìn)行分析、評估；（4）根據(jù)上述幾個步驟，參考DZT 0286-2015中的地質(zhì)災(zāi)害危害程度分級表進(jìn)行分級評估。根據(jù)滑坡危險性預(yù)測結(jié)果，制定針對性的措施，以最大程度減少礦山滑坡對工程施工的影響。

4.2礦山泥石流災(zāi)害對工程施工的影響

礦山開采產(chǎn)生的廢土、廢渣等，一般會就近堆積，這些堆積物是形成礦山泥石流災(zāi)害的物質(zhì)來源。當(dāng)這些礦山開采過程中的棄土棄渣集中后，就使得原本的地形條件改變，使得非泥石流溝轉(zhuǎn)化為泥石流溝，這也是礦山地質(zhì)災(zāi)害中最為常見的類型。礦山泥石流災(zāi)害發(fā)生的規(guī)模一般較自然泥石流溝小，主要是取決于礦區(qū)棄土棄渣的堆積程度，但這種礦山的棄土棄渣較為松散，演化成災(zāi)害的頻率很高。一旦發(fā)生泥石流事故，將給附近的工程施工帶來毀滅性的嚴(yán)重威脅。往往一場暴雨過后，礦山泥石流就可能隨時爆發(fā)，這也使得工程施工的風(fēng)險上升。出于安全的角度考慮，一旦礦山泥石流風(fēng)險過高時，工程施工只能夠盡可能延期。

對于工程施工區(qū)的礦山泥石流災(zāi)害的防治，應(yīng)該從源頭著手，以攔擋為主排泄疏導(dǎo)為輔，對可能出現(xiàn)泥石流的方向和位置設(shè)置攔壩，以阻擋泥石流或改變泥石流的方向，降低災(zāi)害情況下的工程損失。同樣，對于礦山泥石流地質(zhì)災(zāi)害的防范，也需要根據(jù)《地質(zhì)災(zāi)害危險性評估規(guī)范》（DZT 0286-2015）中7.2.3的條款，開展泥石流危險性預(yù)測評估，根據(jù)評估結(jié)果制定對策。

4.3崩塌災(zāi)害對工程施工的影響

礦山坍塌地質(zhì)災(zāi)害的評價需要首先查明邊坡的巖性組合、結(jié)構(gòu)、植被、降雨情況以及高陡陡峭臨空面發(fā)育情況等，同時還要評估工程施工對巖體的影響。進(jìn)而評估可能存在的礦山崩塌災(zāi)害的規(guī)模、演化機理及過程、趨勢等，評估其可能存在的影響，為工程施工做出更加科學(xué)的準(zhǔn)備與應(yīng)對。

防范崩塌災(zāi)害對工程施工的影響，應(yīng)根據(jù)《地質(zhì)災(zāi)害危險性評估規(guī)范》（DZT 0286-2015）中7.2.2的規(guī)定進(jìn)行。在具體的應(yīng)對措施方面，預(yù)防礦山坍塌地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生需要降低臺階的高度。當(dāng)工程施工處于風(fēng)化破碎或軟結(jié)構(gòu)面較多的區(qū)域時，可以采取降低高度或減緩坡度的措施，使得區(qū)域內(nèi)的巖土自重減輕。在工程施工中，還要防范滾石對工程人員及設(shè)備造成的影響，在經(jīng)常發(fā)生滾石的區(qū)域，應(yīng)該設(shè)置警示標(biāo)志及攔截裝置。當(dāng)工程作業(yè)需要使用爆破或會對邊坡造成破壞時，最好采用預(yù)分裂爆破和逐孔振動控制爆破技術(shù)，能夠最大限度地降低風(fēng)險。

4.4礦山采空區(qū)塌陷災(zāi)害對工程施工的影響

礦山采空區(qū)地面塌陷的評價需要對礦山采空區(qū)的地質(zhì)環(huán)境條件以及對應(yīng)的地下水動力條件等關(guān)鍵因素有著準(zhǔn)確的調(diào)查，確定礦山采空區(qū)坍塌地質(zhì)災(zāi)害可能的類型、范圍以及影響程度，并對地下水及地表水作用、地質(zhì)環(huán)境條件、工程活動等因素進(jìn)行分析，預(yù)估可能出現(xiàn)的采空區(qū)塌陷風(fēng)險。防范采空區(qū)塌陷災(zāi)害對工程施工的影響，應(yīng)根據(jù)《地質(zhì)災(zāi)害危險性評估規(guī)范》（DZT 0286-2015）中7.2.5的規(guī)定進(jìn)行。

當(dāng)工程施工在礦體采空區(qū)附近開展時，由于采空區(qū)附近的地質(zhì)環(huán)境已經(jīng)改變，采空區(qū)內(nèi)部極容易發(fā)生塌陷，塌陷過程會從中心向著周圍擴(kuò)展，并產(chǎn)生深淺不一的裂紋，進(jìn)而造成大面積的坍塌，從而波及正常的作業(yè)施工，給工程施工帶來額外的成本，甚至直接導(dǎo)致工程的停滯或計劃的變更。因此，在遭遇礦山采空區(qū)時，工程施工前需要做好采空區(qū)坍塌防治工作。一般而言，工程施工防范礦山采空區(qū)塌陷風(fēng)險的主要措施包括：（1）充填復(fù)墾法：對于直接經(jīng)過采空區(qū)的工程施工，如高速公路、鐵路等，應(yīng)該根據(jù)采空區(qū)的規(guī)模開展的充填，這種方法的可靠性較高，對工程后續(xù)施工的影響較小，適合于對工程施工影響較大且采空區(qū)較小的情況。（2）崩落法：采空區(qū)較大或充填復(fù)墾法難以實施的情況。（3）支撐法：在工程允許的情況下，以礦柱或支架等支撐加固采空區(qū)，可以避免工程浩大的采空區(qū)充填，降低工程施工的成本。

5.結(jié)論

工程施工中礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害因素的影響情形眾多，作用的機理也較為復(fù)雜，除本文中分析的典型的礦山滑坡、泥石流、崩塌、采空區(qū)塌陷等地質(zhì)災(zāi)害外，還有巖爆、煤與瓦斯突出、水土流失、瓦斯爆炸、煤層自燃等各類礦山地質(zhì)災(zāi)害，這些地質(zhì)災(zāi)害在不同的自然及水文條件、工程施工類型等情況下，災(zāi)害演化的過程和機理各有差異，在實際的工程施工中，應(yīng)充分考慮可能存在的地質(zhì)災(zāi)害影響因素，盡可能降低礦山地質(zhì)災(zāi)害的影響。

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