礦產(chǎn)資源開發(fā)引起的地質(zhì)災(zāi)害問題分析

藍(lán)書開

（重慶六零七工程勘察設(shè)計(jì)有限公司，重慶 400054）

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，礦產(chǎn)資源開發(fā)利用進(jìn)程加快，礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用得到高度重視。但是由于我國地質(zhì)災(zāi)害比較嚴(yán)重，特殊地質(zhì)環(huán)境會(huì)在一定程度限制井下礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用，尤其是資源的開發(fā)深度、規(guī)模。我國特殊地質(zhì)主要有活動(dòng)斷裂、地裂縫和地面沉降等，活動(dòng)斷流地質(zhì)的省份有深圳、福建、新疆、陜西等，地裂縫地質(zhì)的省份有山西、北京、陜西等，地面沉降的省份有天津、陜西和上海等，這些特殊地質(zhì)環(huán)境的存在，對(duì)于礦產(chǎn)資源開發(fā)而言，特別是礦山井下空間資源的開發(fā)與利用，成為礦山安全發(fā)展的威脅與隱患[1]。

1 特殊地質(zhì)條件下礦產(chǎn)資源開發(fā)引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害問題

在特殊地質(zhì)條件下進(jìn)行礦產(chǎn)資源開發(fā)利用引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害具有突發(fā)性和脆弱性的特征，很容易受到人為因素、外動(dòng)力的影響，發(fā)生地面塌陷。另外特殊地質(zhì)環(huán)境下存在各種不良地質(zhì)現(xiàn)象，尤其是在礦山井下空間開發(fā)建設(shè)時(shí)，會(huì)經(jīng)常性出現(xiàn)暗河、溶洞、溶槽、溶溝，從而影響到整體進(jìn)度，輕則影響機(jī)械設(shè)備，重責(zé)造成人員傷亡。

在特殊地質(zhì)礦山中，武漢地區(qū)最具有代表性，由于地理位置比較特殊，地處鄂東丘陵山地與江漢平原交接地，加上礦山開挖工程活動(dòng)和長(zhǎng)江水位波動(dòng)的影響，導(dǎo)致地面塌陷事故頻繁發(fā)生。在湖北礦山開發(fā)利用過程中，大部分已建和在建的礦井都在一定程度上受到地質(zhì)環(huán)境的影響，從而影響到井下生產(chǎn)安全。當(dāng)然在廣州、長(zhǎng)沙、深圳等地均受到同樣問題的影響，為礦山井下資源開發(fā)利用帶來一定的挑戰(zhàn)。

2 特殊地質(zhì)條件下礦山井下資源開發(fā)利用避免引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的實(shí)施方案

從我國科研工作者的研究?jī)?nèi)容和成果來看，在避免地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生方面也取得了一定成果，尤其是地下水的遷移變化規(guī)律和地面塌陷的力學(xué)機(jī)制。但是由于不同地區(qū)地質(zhì)條件有所差異，相關(guān)檢測(cè)技術(shù)還不夠成熟，檢測(cè)難度系數(shù)大，同時(shí)缺乏系統(tǒng)性研究，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)，尚未建立安全評(píng)估方法體系，因此當(dāng)下需要重點(diǎn)解決關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)，具體如下：

2.1 礦山井下空間工程

建立安全評(píng)價(jià)方法體系；建立地基防治關(guān)鍵技術(shù)，建立地基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法；建立地面塌陷的力學(xué)預(yù)防機(jī)制。

2.2 技術(shù)

研發(fā)特殊地質(zhì)區(qū)域地下水監(jiān)測(cè)技術(shù)和動(dòng)態(tài)模擬技術(shù)；研發(fā)全新物探技術(shù)；研發(fā)三維地質(zhì)建模技術(shù)。

2.3 地面塌陷

建立易發(fā)性評(píng)價(jià)理論與方法體系；建立危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)理論與方法體系。

3 礦產(chǎn)資源開采引發(fā)的活動(dòng)斷裂

所謂的活動(dòng)斷裂是指第四紀(jì)以來一直處于活動(dòng)狀態(tài)的地質(zhì)，在未來很可能繼續(xù)活動(dòng)的斷層或者是斷裂。由于我國地理位置比較特殊，是一個(gè)地震多發(fā)國家，我國有20多個(gè)礦井處于活動(dòng)斷裂地帶，而地震發(fā)生根源是活斷層的活動(dòng)，且主要分布在活斷層帶內(nèi)?；顢鄬右坏┌l(fā)生地震，就會(huì)造成極為強(qiáng)烈的破壞性，嚴(yán)重情況下會(huì)導(dǎo)致礦井坍塌，并帶來嚴(yán)重的生命財(cái)產(chǎn)損失。

3.1 礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中出現(xiàn)活動(dòng)斷裂的影響

我國對(duì)活動(dòng)斷裂的研究時(shí)間比較晚，隨著地球化學(xué)、GIS、GPS、無人機(jī)等一些新技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了活斷層監(jiān)測(cè)水平的提升。從目前對(duì)礦井活斷層的研究狀況來看，主要以活斷層對(duì)道路的影響機(jī)制、震后地震地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與評(píng)價(jià)、斷裂破裂擴(kuò)展機(jī)制、地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和礦井活斷層的探測(cè)為主，卻由于受到監(jiān)測(cè)技術(shù)的限制，導(dǎo)致礦山井下資源開發(fā)利用缺乏前瞻性[3]。

目前我國在礦山井下資源開發(fā)利用中，對(duì)引發(fā)活動(dòng)斷裂研究較少，針對(duì)活斷層問題主要以超挖設(shè)計(jì)、柔性連接、分段鉸接、隔振消能、圍巖加固為主。

活動(dòng)斷裂地質(zhì)一旦發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，將會(huì)產(chǎn)生地表位錯(cuò)和大地震，嚴(yán)重情況下可毀一座城，所以對(duì)礦井防震減災(zāi)來說特別重要，礦山井下資源開發(fā)利用進(jìn)行中出現(xiàn)活動(dòng)斷裂需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。

3.2 礦山井下資源開發(fā)利用中避免出現(xiàn)活動(dòng)斷裂措施

在地質(zhì)復(fù)雜、強(qiáng)干擾的活動(dòng)斷裂層中，必須要突破礦井活斷層的識(shí)別、精準(zhǔn)探測(cè)、監(jiān)督、危險(xiǎn)評(píng)估等方面技術(shù)的限制，準(zhǔn)確地說包括以下幾個(gè)方面：①實(shí)現(xiàn)活斷層有效的探測(cè)和精確定位，具體包括斷層的長(zhǎng)度、寬度、產(chǎn)狀和具體的位置；②活斷層的活動(dòng)性評(píng)價(jià)；③活斷層在發(fā)生地震的情況下對(duì)地下空間工程的破壞程度；④活動(dòng)斷層地質(zhì)、地表影響范圍；⑤建立活動(dòng)斷裂場(chǎng)地抗震安全性評(píng)價(jià)方法體系；⑥建立各種地震響應(yīng)、防災(zāi)減災(zāi)和應(yīng)急預(yù)警機(jī)制。

4 地裂縫出現(xiàn)所引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害問題

在全球范圍內(nèi)我國是一個(gè)地裂縫嚴(yán)重的國家之一，有19個(gè)省處于地裂縫地帶，一旦發(fā)生嚴(yán)重的地裂縫將會(huì)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，其中比較嚴(yán)重的省份有：江蘇、山西、陜西北京，最為嚴(yán)重的省份是陜西[4]。地裂縫對(duì)礦井的影響主要崩塌、滑坡、泥石流等，給礦山井下資源開發(fā)利用帶來嚴(yán)重的安全威脅。

4.1 地裂縫對(duì)礦產(chǎn)資源開發(fā)的影響

地裂縫的廣泛分布，對(duì)我國礦山井下資源開發(fā)利用來說，尤其是礦井的建設(shè)，帶來重大的挑戰(zhàn)和嚴(yán)重的安全隱患。雖然我國在地裂縫的勘探和調(diào)查評(píng)價(jià)工作方面投入了大量的人力、物力和技術(shù)設(shè)備，并取得一定的成果，但是研究?jī)?nèi)容主要以宏觀定性為主，包括防治措施、成因機(jī)理、分布發(fā)育特征、地表調(diào)查等等，而對(duì)于相關(guān)監(jiān)測(cè)技術(shù)和探測(cè)技術(shù)方面卻表現(xiàn)出明顯的不足之處，相關(guān)防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)部完善，無法為礦產(chǎn)資源開發(fā)利用提供相應(yīng)的理論支撐。另外地下空間工程種類較多，地裂縫具有典型的地域性，不同地區(qū)有不同的地裂縫特征，所以在關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)上也面臨一定的問題。

4.2 避免地裂縫災(zāi)害的解決方案

目前對(duì)地裂縫災(zāi)害防治已經(jīng)擁有相對(duì)成熟的防治措施，但是在關(guān)鍵技術(shù)上存在明顯的不足，所以要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行解決：①提高地裂縫探測(cè)技術(shù)的抗干擾、高可靠度、高精度；②開發(fā)并完善相關(guān)新技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)隱伏地裂縫的科學(xué)合理判別；③開展礦井地裂長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)工作；④建立地裂縫活動(dòng)的安全預(yù)警和高精度監(jiān)測(cè)機(jī)制；⑤建立一套完整的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和安全判據(jù)；⑥有效設(shè)防地下空間工程與地裂縫兩者之間相互作用力學(xué)機(jī)制；⑦開展系統(tǒng)的防治關(guān)鍵技術(shù)研究。

5 礦山不合理開采引發(fā)的地面沉降

目前，我國大部分礦山處于地面沉降區(qū)域內(nèi)，主要原因在于不合理開采地下水導(dǎo)致，故我國是世界上地面沉降最嚴(yán)重的國家之一。

地面沉降主要分布在河谷平原和山谷盆地、東南沿海平原、黃淮海平原和松嫩平原以及長(zhǎng)江三角洲。其中最為嚴(yán)重的地區(qū)是汾渭盆地、華北平原和長(zhǎng)三角地區(qū)。

地面沉降會(huì)導(dǎo)致風(fēng)暴潮災(zāi)害加劇、洪澇、井管抬升報(bào)廢、地下管道破損等各種問題，因此要高度重視地面沉降問題。地面沉降主要表現(xiàn)在恢復(fù)難度系數(shù)大、防治難度大、影響范圍廣，對(duì)礦產(chǎn)資源開發(fā)利用而言，危害巨大，所以在礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用中，必須要充分考慮地面沉降災(zāi)害問題。

5.1 地面沉降地質(zhì)災(zāi)害的具體研究方向

為了滿足礦山地下空間資源開發(fā)利用發(fā)需求，我國政府高度重視地面沉降災(zāi)害問題，并投入了大量的人力和物力對(duì)地面沉降進(jìn)行全面的勘查和監(jiān)測(cè)。

從地面沉降的調(diào)查和監(jiān)測(cè)結(jié)果來看，基本上已經(jīng)掌握我國各個(gè)礦山地面沉降的發(fā)展規(guī)律和分布特征，并開展大量的試驗(yàn)和理論研究工作，成果明顯可觀。但是研究方向主要以地面沉降發(fā)生機(jī)理和監(jiān)測(cè)等方面的研究，卻沒有形成系統(tǒng)的檢測(cè)，也沒有建立合適的地面沉降預(yù)測(cè)模型，加上相關(guān)探測(cè)新技術(shù)和監(jiān)測(cè)新技術(shù)的缺陷，無法為礦產(chǎn)資源開采提供有效幫助。

5.2 因礦產(chǎn)資源開采出現(xiàn)地面沉降問題的防治措施

在地面沉降地質(zhì)災(zāi)害防治措施上，我國主要以動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)地面沉降和地下水、調(diào)整含水層開采層次、減少地下水開采量、相關(guān)法律法規(guī)和政策保障為主。但是對(duì)于礦企而言，目前現(xiàn)有的防治措施根本無法有效保障礦產(chǎn)資源開發(fā)利用，所以必須要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行解決：①加大地面沉降精細(xì)化檢測(cè)技術(shù)研究力度；②研究礦井重點(diǎn)點(diǎn)狀工程的互饋?zhàn)饔脵C(jī)制，并提出具體的防治關(guān)鍵技術(shù)；③基于地面沉降環(huán)境，形成一套完整的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論方法；④建立科學(xué)合理的地面沉降預(yù)測(cè)模型；⑤大力開發(fā)地下水動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)、探測(cè)技術(shù)。

6 結(jié)語

綜上所述，我國是一個(gè)地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜的國家，特殊地質(zhì)的存在嚴(yán)重影響到我國礦產(chǎn)資源開發(fā)利用，為了滿足我國“三深”國家戰(zhàn)略的實(shí)施與推進(jìn)，本文從活動(dòng)斷裂、地裂縫和地面沉降等方面進(jìn)行詳細(xì)的分析，合理開發(fā)礦產(chǎn)資源，避免地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生。