采礦導(dǎo)致的地質(zhì)災(zāi)害及綜合治理措施研究

陳少華

（安徽省地勘局第二水文工程地質(zhì)勘查院，安徽 蕪湖 241000）

煤炭開(kāi)采為我國(guó)經(jīng)濟(jì)繁榮、人民生活改善提供了物質(zhì)保障，但資源開(kāi)采使得原巖應(yīng)力失衡亦加劇地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)代煤炭地質(zhì)災(zāi)害與防治嚴(yán)重制約煤炭企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，亦對(duì)礦區(qū)周?chē)用竦纳町a(chǎn)生較大影響。明確采礦導(dǎo)致的地質(zhì)災(zāi)害，制定地質(zhì)災(zāi)害綜合治理措施為地質(zhì)部門(mén)關(guān)注的重點(diǎn)。

1 地質(zhì)災(zāi)害成因及危害

采礦地質(zhì)災(zāi)害多因開(kāi)采時(shí)挖掘煤田破壞地質(zhì)造成的，嚴(yán)重威脅了煤礦員工的生命安全，亦造成了煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失。煤炭生產(chǎn)過(guò)程中圍巖原演應(yīng)力平衡遭到破壞使垮落帶、裂隙帶和下沉帶遭到破壞，引起地表下沉、地下水下降、瓦斯爆炸、山體滑坡等災(zāi)害發(fā)生。故加強(qiáng)采礦地質(zhì)災(zāi)害防護(hù)已是新時(shí)代必然要面對(duì)的問(wèn)題。例如：朝陽(yáng)全市露天礦坑1259個(gè)，面積30839987m2，生產(chǎn)礦山392個(gè)，面積16900203m2，無(wú)主礦山869個(gè)，面積13939759m2，排巖場(chǎng)399個(gè)，堆放量138536247m3。礦山地質(zhì)災(zāi)害多種多樣，含礦山地裂、塌陷、崩塌等[1]。且礦山工程建設(shè)亦出現(xiàn)不同程度影響，如地下水位上升、大面積泥石流等。

2 地質(zhì)災(zāi)害種類(lèi)分析

2.1 山體滑坡

煤炭開(kāi)采過(guò)程中采動(dòng)區(qū)的原始應(yīng)力被認(rèn)為打破故部分區(qū)域出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。因煤炭開(kāi)采活動(dòng)造成的山體滑坡屬煤炭開(kāi)采的次生災(zāi)害，將造成國(guó)家的巨大損失，故應(yīng)加強(qiáng)重視。例如：撫順西露天礦區(qū)開(kāi)采視地應(yīng)力收到干擾造成礦區(qū)北邊頻繁滑坡。據(jù)悉，我國(guó)自20世紀(jì)30年代至今采礦出現(xiàn)滑坡事件近50多次，最大塌方量高達(dá)130萬(wàn)立方米。尤以20世紀(jì)90年代初采礦期間發(fā)生滑坡伴泥石流最為嚴(yán)重，嚴(yán)重影響礦區(qū)經(jīng)濟(jì)效益，亦威脅到礦區(qū)及附近工廠(chǎng)工作人員的人身及財(cái)產(chǎn)安全。

2.2 地面沉降、坍塌

礦坑巷道及煤炭才出過(guò)程中可破壞周?chē)鷰r層的原始應(yīng)力，影響應(yīng)力平衡。故開(kāi)采上覆巖層時(shí)垮落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶受到嚴(yán)重破壞，造成地表不同程度沉降及塌陷。另采礦區(qū)不斷擴(kuò)大規(guī)模將導(dǎo)致地下水抽排，地下水失衡導(dǎo)致采礦區(qū)結(jié)構(gòu)失衡，引發(fā)地面沉降及地表塌陷。近年我國(guó)采礦區(qū)附近出現(xiàn)大大小小的煤窯，煤窯在開(kāi)采時(shí)機(jī)械化作業(yè)不規(guī)范、技術(shù)及防護(hù)不到位嚴(yán)重暴露采礦區(qū)地面沉降現(xiàn)象，相應(yīng)引發(fā)一系列采礦次生災(zāi)害，加劇人們的重視[2]。

2.3 瓦斯泄露

瓦斯多存留在密閉的系統(tǒng)內(nèi)，可吸附或游離于每層空縫隙之中。煤炭開(kāi)采時(shí)地應(yīng)力可見(jiàn)明顯失衡，巖層儲(chǔ)氣封閉狀態(tài)遭受破壞，故蓄積氣體外衣。若礦井內(nèi)高溫、沖擊波、有害氣體安全防護(hù)措施不到位可引起瓦斯爆炸，造成重大人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。例如：我國(guó)20世紀(jì)80年代～90年代間共出現(xiàn)煤礦瓦斯爆炸10萬(wàn)余次，使得煤礦行業(yè)嚴(yán)重虧損，我國(guó)經(jīng)濟(jì)遭受重創(chuàng)。目前瓦斯事故尚未得到根本解決，瓦斯泄露仍制約著煤炭開(kāi)采事業(yè)的發(fā)展，需加強(qiáng)重視。

2.4 泥石流

采礦區(qū)夏季或梅雨季節(jié)可因雨水過(guò)于猛烈引發(fā)暴雨及山洪，暴雨沖刷采礦區(qū)山體可將石體、泥土引入井下，形成井下泥石流?；蛞虮┯隂_刷山體引起滑坡或泥石流，阻塞采礦洞口，造成人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。

2.5 礦坑突水

采礦時(shí)因預(yù)判失誤打穿老窿可導(dǎo)致地下水或地面水大量通入礦坑，即礦坑突水。隨開(kāi)采深度增加，地下水位隨之下降，通水量則不斷增大。例如：九中段因?qū)τ克抗烙?jì)不足導(dǎo)致巷道斷面和排水溝斷面設(shè)計(jì)不合理，引發(fā)上涌水排泄不暢，運(yùn)輸難度增大。亦或是采礦時(shí)遇透水?dāng)鄬踊虻亓芽p時(shí)可使沉積物隨地表徑流涌入孔內(nèi)，機(jī)器被泥沙掩埋，礦山遭受巨大打擊[3]。

2.6 冒頂片幫

礦坑周邊或頂板受強(qiáng)大的地殼應(yīng)力時(shí)可被強(qiáng)烈壓縮，若采礦挖空視既有可能呢出現(xiàn)延時(shí)地應(yīng)力驟然釋放，使大量巖石破裂并向孔內(nèi)噴射，加劇礦山災(zāi)難。如：21世紀(jì)初八中斷開(kāi)采時(shí)因施工過(guò)程中支護(hù)不及時(shí)導(dǎo)致巷道大面積冒頂，加劇上部開(kāi)采難度，造成超百萬(wàn)元損失。

3 地質(zhì)災(zāi)害防治措施

3.1 山體滑坡防治

第一，如遇山體滑坡應(yīng)開(kāi)啟緊急處理措施。拆除滑坡體上重大危害的通信塔，停止施工，對(duì)滑坡體加蓋防雨布，設(shè)置簡(jiǎn)易截水溝。第二，構(gòu)建災(zāi)害預(yù)警機(jī)制。建立專(zhuān)業(yè)檢測(cè)隊(duì)伍，實(shí)施對(duì)山體運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)管理，確保無(wú)死角監(jiān)管。借助科學(xué)手段對(duì)山體地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。第三，建立地質(zhì)災(zāi)害分析制度。及時(shí)召集專(zhuān)家分析評(píng)估山體滑坡?lián)p失，啟動(dòng)聯(lián)動(dòng)機(jī)制，在礦區(qū)領(lǐng)導(dǎo)統(tǒng)一指揮下各級(jí)部門(mén)整體聯(lián)動(dòng)，積極治理，將損失降至最低。

3.2 地面沉降、坍塌防治

第一，調(diào)整開(kāi)采層次，合理開(kāi)發(fā)地下水資源，減少地下水開(kāi)采量；第二，若地面沉降劇烈時(shí)應(yīng)停止開(kāi)采；第三，人工補(bǔ)給地下水時(shí)應(yīng)注意回灌水源的水質(zhì)，防治地下水被污染；第四，應(yīng)加強(qiáng)企業(yè)內(nèi)部對(duì)地面沉降、坍塌的重視度，有效制定地面沉降、坍塌應(yīng)急措施，保證防治工作的經(jīng)費(fèi)支持；第五，建立地面沉降、坍塌檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)，充分利用企業(yè)資源監(jiān)管區(qū)域地面異常，如出現(xiàn)遺產(chǎn)應(yīng)停止開(kāi)采，行相應(yīng)幕布；第六，要重視地面沉降新技術(shù)、新方法、新設(shè)備的開(kāi)發(fā)利用，落實(shí)國(guó)際交流，在防治過(guò)程中如遇重點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題可及時(shí)向有關(guān)部門(mén)反映，申請(qǐng)立項(xiàng)支援；第七，加強(qiáng)綜合管理，地面沉降多因超采地下水所致，故企業(yè)內(nèi)部應(yīng)加強(qiáng)對(duì)地下水的管理，積極向上政府匯報(bào)情況，在政府同意領(lǐng)導(dǎo)支持下采取有效措施治理地面沉降。

3.3 瓦斯泄露防治

第一，可通過(guò)調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)葉片角度及掛風(fēng)簾、引風(fēng)杖等措施增加工作面風(fēng)力，降低封閉墻瓦斯泄露風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)改良后保證工作面風(fēng)量由原來(lái)的800立方米/分增加到1100立方米/分。第二，設(shè)立新封閉墻。保護(hù)煤柱及兩巷之間的媒體若產(chǎn)生蕾西可導(dǎo)致巷道松動(dòng)圈擴(kuò)大，墻體及巷道周?chē)鷰r體產(chǎn)生裂縫，形成瓦斯泄露。故改變傳統(tǒng)封閉墻工藝，在原來(lái)的封閉墻外150cm處另增加一道封閉墻，中間空間打“#”字木垛，以羅克休灌注巷道消除瓦斯積聚。同時(shí)將封閉墻掏槽深度增加到1m，于外側(cè)封閉墻預(yù)留注漿孔灌注羅克休，預(yù)防瓦斯泄露。就封閉墻外開(kāi)裂、漏氣的巷道需進(jìn)行噴漿堵漏，厚度應(yīng)在2m左右。噴漿結(jié)束后將瓦斯抽放管理接入封閉墻內(nèi)實(shí)施瓦阿斯抽放。第三，強(qiáng)化通風(fēng)防控。定期巡查礦井通風(fēng)系統(tǒng)、通風(fēng)設(shè)施，對(duì)巷道來(lái)壓、開(kāi)裂的封閉墻行噴漿堵漏。建立瓦斯監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)機(jī)制，如遇異常立刻處理。第四，樹(shù)立才開(kāi)人員安全意識(shí)，落實(shí)“多抽一方瓦斯，少擔(dān)一分風(fēng)險(xiǎn)”的治理理念，使瓦斯集中抽出，降低瓦斯泄露隱患。第四，加強(qiáng)給你工作人員瓦斯泄露安全教育，指導(dǎo)工作人員在發(fā)覺(jué)異常后及時(shí)防護(hù)，避免安全事故出現(xiàn)。

3.4 泥石流防治

第一，通過(guò)生物措施和工程措施保護(hù)和治理流域環(huán)境，抑制泥石流發(fā)生；第二，采用攔擋壩、停淤場(chǎng)、排導(dǎo)溝等工程措施調(diào)整和疏導(dǎo)泥石流，減少災(zāi)害破壞；第三，修建渡槽、涵洞、隧道、護(hù)坡、擋墻、順壩等工程重點(diǎn)保護(hù)高危地段，形成泥石流防護(hù)體系；第四，在泥石流流通段采用排導(dǎo)渠使泥石流順利下排；第五，及時(shí)疏散、保護(hù)遭泥石流危害的居民、企業(yè)和重要工程，將災(zāi)害損失將至隨地；第六，加強(qiáng)泥石流宣傳。定期開(kāi)展礦產(chǎn)企業(yè)內(nèi)部員工大會(huì)，就安全作業(yè)、泥石流防護(hù)等具體情況進(jìn)行宣傳教育。另可加強(qiáng)梅雨季節(jié)安全防護(hù)，增派夜間監(jiān)管人手，保證第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并向上級(jí)反映泥石流情況。第七，開(kāi)采后提倡封山育林、退耕還林，增加植被覆蓋率。

3.5 礦坑突水防治

礦坑突水時(shí)應(yīng)禁忌開(kāi)啟應(yīng)急預(yù)案，爭(zhēng)取最短時(shí)間內(nèi)抑制突水，避免人員傷亡。具體措施如下：第一，依照礦山的水文地質(zhì)情況做好坑道的排水設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)需掌握該礦山具體資料，明確礦山以前最大涌水量，依實(shí)際情況做好防護(hù)預(yù)案。第二，依工程揭露的導(dǎo)水?dāng)鄬蛹坝盟Y料制定開(kāi)采方案。施工時(shí)借助鉆孔實(shí)施放水，消除礦坑突水引發(fā)的涌泥潰沙事故。第三，借助探水孔探測(cè)具體情況，如遇到斷裂、裂隙、管狀溶洞充填泥質(zhì)時(shí)可采取回避開(kāi)采作業(yè)防礦坑突水?；蜷_(kāi)采時(shí)出現(xiàn)紫紅色裂隙時(shí)需立刻停止開(kāi)采。第四，開(kāi)采時(shí)出現(xiàn)泥漿上涌時(shí)應(yīng)加大探測(cè)孔密度，如見(jiàn)溶蝕裂隙、裂隙密集帶應(yīng)及時(shí)封堵。第四，如開(kāi)采時(shí)出現(xiàn)透水可進(jìn)行注漿封堵，滴水或流水采用聚氨酯法封堵，噴水或流量較大的涌水可采用泥沙泵水泥封堵。

3.6 冒頂片幫防治

第一，在坑道內(nèi)需做好支護(hù)，保證邊挖掘邊支護(hù)，如遇礦巖不穩(wěn)定地段需行短掘短支，預(yù)防因礦巖不穩(wěn)定產(chǎn)生的頂板坍塌、冒頂。第二，不同礦山可依礦巖穩(wěn)定情況選取不同支護(hù)方式，確保支護(hù)效果。常規(guī)支護(hù)有木支護(hù)、鋼架支護(hù)、噴射混凝土支護(hù)、鋼筋混凝土支護(hù)、噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)等。第三，樹(shù)立開(kāi)采工作人員冒頂片幫防治意識(shí)，強(qiáng)化該地質(zhì)災(zāi)害種類(lèi)、發(fā)生原因、危害程度及相關(guān)預(yù)防措施的宣傳，將煤礦地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生率降至最低，減少損失。第四，企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)煤礦開(kāi)采技術(shù)的科技投入，優(yōu)化煤礦開(kāi)采方法，合理布置生產(chǎn)工具，實(shí)現(xiàn)開(kāi)采的和諧運(yùn)作。

4 結(jié)論

綜上所述，煤炭產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴(kuò)大使開(kāi)采造成的地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害愈發(fā)嚴(yán)重。如：山體滑坡、地表沉陷、瓦斯突出、泥石流等。地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重影響礦區(qū)人民的生活，亦為下一代帶來(lái)安全隱患。故應(yīng)從多角度開(kāi)展地質(zhì)災(zāi)害綜合治理，有效落實(shí)地質(zhì)災(zāi)害的防治，為后續(xù)地質(zhì)安全提供保障。