山東平邑地區(qū)某礦山地質(zhì)災(zāi)害成因類型與防治對策

劉文心

（山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濟(jì)南 250000）

礦產(chǎn)資源的開發(fā)與利用形成了大量的開采邊坡等，嚴(yán)重的損害了原有地質(zhì)體的受力結(jié)構(gòu)，使得原來穩(wěn)定的地質(zhì)體逐漸不穩(wěn)定，在其他因素的綜合影響下發(fā)生地面不均勻沉降、陷落和垮塌等地質(zhì)災(zāi)害[1]。因此，礦產(chǎn)資源利用過程中的礦山地質(zhì)災(zāi)害對礦山企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和安全施工影響較大。鑒于此，本文以山東平邑地區(qū)某礦山為例，分析其地質(zhì)災(zāi)害類型及防治對策。

1 礦體地質(zhì)概況

礦體嚴(yán)格受控于層位，礦體主要賦存在平邑斷陷盆地中的古近系卞橋組中，礦體產(chǎn)狀與圍巖地層產(chǎn)狀基本一致，總體走向呈北西—南動向展布，礦體傾向北東，傾角較緩，一般介于22°～33°之間。

總體上，礦體品位高，厚度達(dá)，埋藏淺，礦體頂板和底板均為雜色砂質(zhì)泥巖、鈣質(zhì)泥巖和粉砂巖，并夾有少量的灰白色泥灰?guī)r。礦體地表第四系覆蓋較厚，以殘坡積物、堆積物為主。

2 礦山地質(zhì)災(zāi)害成因類型及特征

由于礦體具有一定的埋藏深度，故采用井下開采的房柱采礦法。其中礦柱預(yù)留方式多樣，部分采用連續(xù)礦柱，部分采用間隔式礦柱[2]。由于礦體圍巖變化及周圍地質(zhì)條件的變化，導(dǎo)致預(yù)留的礦柱差異較大，由此誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害成因也存在較大差異。

因此，結(jié)合礦山開采方法、礦柱留設(shè)方法等可將礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害劃分3種成因類型，即地面不均勻沉降型、巖土體陷落型和礦房垮塌型。

2.1 地面不均勻沉降型

地面不均勻沉降型地質(zhì)災(zāi)害是最為常見的礦山地質(zhì)災(zāi)害之一，雖然地表沉降量相對較小，即地表巖土體形變量相對較小，形變發(fā)生過程極為緩慢，但是地面不均勻沉降型災(zāi)害的影響范圍較大，具有長期性和隱蔽性，屬于緩慢型漸變的過程，導(dǎo)致礦山安全監(jiān)管人員不易察覺，進(jìn)而可能引起巨大的安全事故[3]。

此外，地面不均勻沉降型災(zāi)害對礦山區(qū)域的建筑物或者其他工程設(shè)施影響較大，容易造成建筑物或者工程開裂、像變形甚至是破壞。因此，地面不均勻沉降型災(zāi)害監(jiān)測技術(shù)的有效利用至關(guān)重要。

地面不均勻沉降型災(zāi)害的誘發(fā)機(jī)制主要為：①隨著采礦活動的持續(xù)進(jìn)行，在礦山深部形成了一定規(guī)模的采空區(qū)，上覆巖土體的受力結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯的改變，在重力作用和側(cè)向擠壓作用下使得上覆巖土體具有向下沉的趨勢，同時由于礦坑中地下水處于長期的疏干狀態(tài)，即地下水賦存狀態(tài)長期處于失衡狀態(tài)下，不僅加快了地下水的流動速率，而且改變了地下水的流向；②礦區(qū)地淺表存在一層壓縮性較強(qiáng)的黏土層，由于井下排水系統(tǒng)使得黏土層中的水體疏排干凈，導(dǎo)致黏土層長期處于失水狀態(tài)，進(jìn)而引起巖土層失水收縮、飽水膨脹，加劇了巖土體結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的改變，進(jìn)而誘發(fā)地面不均勻沉降；③若房柱跨度較大，對上覆巖體的支撐力小于上覆巖體的重力及側(cè)向擠壓力時，容易造成上覆巖體彎曲變形，進(jìn)而引起不均勻沉降。

2.2 巖土體陷落型

巖土體陷落型地質(zhì)災(zāi)害在礦山井下開采中較為少見，一般塌陷規(guī)模較小，在地表呈現(xiàn)出近似圓形或者橢圓形的陷坑，單個陷坑大小規(guī)模差異較大，一般單個面積為數(shù)十平方米，陷落深部也相對較淺，一般在1m左右。

導(dǎo)致巖土體陷落的誘發(fā)因素在于：①在資源開采過程中，巷道與回采礦房布置位置過于靠近地表，導(dǎo)致地表與礦體之間僅有第四系殘坡積物，當(dāng)采礦揭穿第四系系，可造成礦坑內(nèi)大規(guī)模涌水，進(jìn)而導(dǎo)致涌水部位出現(xiàn)塌陷等災(zāi)害；②由于第四系中潛水帶攜帶有大量的泥砂，并將其排泄至礦坑中，因此以出水點為中心形成了一個降落漏斗；③由于采礦過程中井下排水系統(tǒng)的影響，使得第四系潛水帶的潛水位下降，導(dǎo)致原來洞穴失去了地下水的作用，進(jìn)而引起巖土體力學(xué)性能的降低，使得洞穴無法支撐上覆巖石的重壓，進(jìn)而引起洞穴塌陷。

2.3 房柱垮塌型

房柱垮塌型地質(zhì)災(zāi)害是極為常見的礦山災(zāi)害之一，對礦山安全生產(chǎn)影響較大。

房柱垮塌型地質(zhì)災(zāi)害形成的塌陷區(qū)域比較大，并且以采空區(qū)為中心向四周擴(kuò)散，一般伴隨有大量的放射狀、環(huán)狀或者平行狀地裂縫[4]。

同時，塌陷區(qū)域?qū)χ煽諈^(qū)域的規(guī)模、埋深以及圍巖力學(xué)性能等存在較大差異。

房柱垮塌型在礦山地質(zhì)災(zāi)害中極為常見，具有規(guī)模大、突發(fā)性強(qiáng)、危害重和不可預(yù)測的特點。導(dǎo)致房柱垮塌的誘發(fā)因素包括：①由于礦山開采活動時間較長，形成了大量的采空區(qū)，導(dǎo)致采空區(qū)上覆巖土體的受力結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯的轉(zhuǎn)變，進(jìn)而使得各種綜合應(yīng)力集中在采空區(qū)上覆巖體中，在綜合應(yīng)力的作用上覆巖體具有向下彎曲的趨勢，若巖石的抗張性能小于綜合應(yīng)力，則容易引起上覆巖體向下彎曲、變形、離層甚至是斷裂，進(jìn)而影響房柱塌陷；②礦區(qū)斷裂構(gòu)造極為發(fā)育，當(dāng)?shù)V體被開采完后，由于受力結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變而引起斷裂拉張應(yīng)力的變化，同時隨著采礦爆破震動作用影響，使得采空區(qū)上覆巖層逐漸疏松并破碎，進(jìn)而引起房柱塌陷事故；③礦山企業(yè)為了追求資源量，導(dǎo)致采礦過程中未能按照設(shè)計預(yù)留礦柱，或者礦柱設(shè)計本身不合理，造成礦柱留設(shè)過小，甚至出現(xiàn)楔形礦柱等，加之礦房跨度較大，采空區(qū)高度較高等，留設(shè)礦柱受壓大于承壓極限時開始劈裂、變形倒塌，進(jìn)而引起上覆巖體塌陷。

3 礦山地質(zhì)災(zāi)害防治對策分析

通過對礦山已發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害綜合分析認(rèn)為，雖然礦山災(zāi)害的誘發(fā)機(jī)制不盡相同，但是均與采礦活動密切相關(guān)。由于采礦活動不規(guī)范等，最終造成礦山區(qū)域道路變形破壞，房屋開裂，地下水環(huán)境破壞污染嚴(yán)重，不僅降低了礦山企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，而且對礦山區(qū)域生態(tài)環(huán)境破壞極為嚴(yán)重。因此，為了有效的降低礦山地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生率以及對礦山安全生產(chǎn)產(chǎn)生較大影響，本文提出了如下礦山地質(zhì)災(zāi)害防治對策，為提高礦山安全生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

（1）礦山地質(zhì)災(zāi)害防治必須堅持“預(yù)防為主、防治結(jié)合”的基本原則，加強(qiáng)礦山工作人員的安全施工意識，對常見的礦山災(zāi)害發(fā)展過程中以及判別標(biāo)志進(jìn)行講解、宣傳，使得礦山工作均能較清楚的認(rèn)識安全事故的重要性。

（2）對于礦山中已經(jīng)發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害來說，必須堅持“誰誘發(fā),誰治理”的基本原則，即根據(jù)礦山地質(zhì)災(zāi)害類型分析誘發(fā)災(zāi)害的主要原因，通過成因類型分析找出誘發(fā)因素，針對具體的誘發(fā)因素進(jìn)行治理措施制定。同時根據(jù)已發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害類型、范圍、規(guī)模等對其余區(qū)域進(jìn)行摸排工作，防治地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)一步擴(kuò)大。在地質(zhì)災(zāi)害危險區(qū)域，將影響范圍圈定出來，并做好警示標(biāo)志，若在未采礦區(qū)域，在需要進(jìn)行預(yù)先治理工作。

（3）塌陷礦區(qū)治理過程中，需要及時考慮動態(tài)變化規(guī)律，即將塌陷區(qū)域平整治理后要預(yù)防后期的沉降災(zāi)害，這與治理平整充填物的密實度等關(guān)系較大。

（4）基于礦山已發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害，因根據(jù)礦山災(zāi)害成因差異等采取不同的治理措施，一般包括：①若災(zāi)害類型為礦房垮塌型，應(yīng)及時補(bǔ)充查明礦區(qū)內(nèi)的地層巖性以及構(gòu)造分布規(guī)律，并對礦體頂?shù)装暹M(jìn)行合理計算，確保礦柱留設(shè)充足，同時盡可能的降低采高，嚴(yán)禁盲采、強(qiáng)采和亂采等，在條件允許的條件下盡可能的引進(jìn)先進(jìn)的采礦工藝；②若災(zāi)害類型為巖土體陷落型，則應(yīng)加強(qiáng)礦區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查研究工作，查明礦區(qū)的水文地質(zhì)條件，可采用帷幕注漿堵水法或者全面疏干法對礦區(qū)地下水進(jìn)行治理，盡可能的阻止第四系潛水向礦坑注水；③若災(zāi)害類型為地面不均勻沉降型，則必須對礦山周邊的村莊進(jìn)行整體搬遷，同時加強(qiáng)地表沉降形變監(jiān)測以及采空區(qū)頂板形變動態(tài)監(jiān)測，并及時做好地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測工作。

（5）在礦山范圍內(nèi)開展詳細(xì)的地質(zhì)災(zāi)害評估調(diào)查工作，查明礦區(qū)內(nèi)與地質(zhì)災(zāi)害成因有一定關(guān)聯(lián)的地層、巖性、構(gòu)造、采空區(qū)分布范圍以及礦區(qū)工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件等內(nèi)容。在調(diào)查的基礎(chǔ)上合理布設(shè)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測控制點，加強(qiáng)現(xiàn)代化監(jiān)測技術(shù)的綜合應(yīng)用，提高遠(yuǎn)程自動化監(jiān)測技術(shù)。根據(jù)獲得的礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)展演化規(guī)律，制定出合理的治理措施。

（6）礦山所在區(qū)域政府部門加強(qiáng)督促監(jiān)督力度，通過嚴(yán)格的監(jiān)管力度加強(qiáng)礦山災(zāi)害預(yù)防。同時，嚴(yán)禁礦山企業(yè)采礦過程中采富棄貧等違規(guī)現(xiàn)象，督促采礦活動按部就班的推進(jìn)。

4 結(jié)束語

綜上所述，礦山地質(zhì)災(zāi)害是影響礦山采礦活動的主要因素之一，不僅對采礦工人的生命財產(chǎn)安全帶來了嚴(yán)重的威脅，而且降低了礦山企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

因此，必須加強(qiáng)礦山地質(zhì)災(zāi)害成因類型研究，并針對具體的誘發(fā)機(jī)制等采取合理的治理措施。礦山地質(zhì)災(zāi)害治理必須遵循“預(yù)防為主，防治結(jié)合”的基本原則，政府部門督促礦山企業(yè)應(yīng)用先進(jìn)的監(jiān)測技術(shù)方法，提高預(yù)防能力，降低礦山安全發(fā)生事故率。