廢棄露天礦山常見地質(zhì)災(zāi)害類型與監(jiān)測(cè)方法分析

張 天

甘肅工程地質(zhì)研究院 甘肅 蘭州 730000

在眾多由于礦產(chǎn)開采所造成的不利影響中，礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害是關(guān)注程度最高的問題。由于不當(dāng)開采和無效的維護(hù)，導(dǎo)致在礦區(qū)出現(xiàn)泥石流，滑坡，地面塌陷的地質(zhì)災(zāi)害。對(duì)于周邊區(qū)域人類的生產(chǎn)生活以及自然環(huán)境都會(huì)造成嚴(yán)重的影響[1]。每年我國(guó)由于礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害所造成的經(jīng)濟(jì)損失可以達(dá)到300億元，對(duì)于人民生命財(cái)產(chǎn)安全所造成的威脅更是無法計(jì)數(shù)。對(duì)于已經(jīng)廢棄的露天礦山，仍需在后續(xù)設(shè)置監(jiān)測(cè)機(jī)制，派遣專業(yè)人員定期對(duì)礦山當(dāng)前穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，掌握礦山結(jié)構(gòu)當(dāng)前的實(shí)際變化情況，以便及時(shí)作出干預(yù)和控制，防止災(zāi)害進(jìn)一步發(fā)展。

1 礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查

1.1 崩塌

造成礦區(qū)出現(xiàn)崩塌的原因是由于前期的不合理開采，主要是由于過度開采導(dǎo)致另外在不合理結(jié)構(gòu)進(jìn)行開采，也會(huì)導(dǎo)致崩塌情況的出現(xiàn)，崩塌情況主要出現(xiàn)在山坡和懸崖區(qū)域，在自身重力的影響下，山體的巖石和巖層會(huì)發(fā)生滾動(dòng)在開采過程中開采的，巖體往往厚度較大，質(zhì)地脆硬，在開采完成后剩余區(qū)域會(huì)出現(xiàn)陡峭的巖坡[2]。在重力的持續(xù)作用下，沿坡表面結(jié)構(gòu)會(huì)不斷滾落在其前緣部位會(huì)出現(xiàn)扎拉型縫隙與巖體的原生結(jié)構(gòu)結(jié)合，逐漸形成聯(lián)通的分離面。在開采過程中大型機(jī)械設(shè)備的擾動(dòng)會(huì)造成這種穩(wěn)定性降低的分里面出現(xiàn)崩塌。在極少數(shù)情況下，極端天氣和自然氣候也會(huì)造成這種崩塌情況的出現(xiàn)。崩塌的形成與所處地形具有很大關(guān)系，一般地面坡度大于60°。在高差明顯的區(qū)域，地形切割較為劇烈的環(huán)境內(nèi)，容易出現(xiàn)崩塌情況[3]。礦區(qū)在開采過程中受風(fēng)化作用影響較大，風(fēng)化作用會(huì)持續(xù)使得斜坡前沿的縫隙加寬，加速內(nèi)部穩(wěn)定性的破壞，加快崩塌災(zāi)害的形成。除此之外還有人工作業(yè)原因，當(dāng)開展過程處于無序混亂狀態(tài)時(shí)，由于不能正確按照當(dāng)前結(jié)構(gòu)受力點(diǎn)分布規(guī)律來進(jìn)行開采，無序的勞動(dòng)會(huì)導(dǎo)致開采過程持續(xù)對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成影響，另外一些錯(cuò)誤的開采形式和區(qū)域選擇會(huì)使得開采地區(qū)形成陡峭的懸崖，這部分巖石經(jīng)風(fēng)化之后形成垂直巖壁，在分化滲透的作用下，縫隙逐漸擴(kuò)大，最終導(dǎo)致崩塌情況的出現(xiàn)。在礦山地區(qū)過去進(jìn)行開采，作業(yè)主要是應(yīng)用大型機(jī)械設(shè)備，這類設(shè)備由于自重較大，在使用環(huán)節(jié)其荷載會(huì)持續(xù)對(duì)身體結(jié)構(gòu)造成影響，尤其是隨著開采過程的深入，地下結(jié)構(gòu)出現(xiàn)巨大的空隙，使得其應(yīng)對(duì)外部荷載的能力進(jìn)一步降低。

1.2 滑坡

造成滑坡的影響原因較為復(fù)雜，一般分為地質(zhì)條件，地貌條件，又受到外應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力的影響，人類的工業(yè)活動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生滑坡。

（1）巖性

滑坡產(chǎn)生與所處自然條件下，土壤分布和土質(zhì)條件有密切關(guān)系，當(dāng)所處區(qū)域大部分為抗堿強(qiáng)度低且松散的巖土體時(shí)，例如在地表覆蓋的粘土、泥巖、板巖，就容易產(chǎn)生滑坡情況。

（2）地質(zhì)構(gòu)造

構(gòu)成斜坡的巖土體，在地質(zhì)構(gòu)造作用下形成各種截面，由于不同的作用原理，造成巖體不連續(xù)為滑坡形成制造了條件。部分結(jié)構(gòu)面還會(huì)為降水提供通道，使大量雨水滲透到巖土體內(nèi)部破壞內(nèi)部穩(wěn)定[4]。

（3）水文地質(zhì)

在雨水的持續(xù)沖刷和地下水滲透的雙重作用下，滑坡災(zāi)害的形成概率會(huì)大幅度提升，當(dāng)巖土體遇到水后，內(nèi)部會(huì)軟化強(qiáng)度降低，隨之還會(huì)產(chǎn)生動(dòng)水壓力和浮力。

1.3 泥石流

泥石流較常出現(xiàn)在深度較大的溝谷地區(qū)，這些地區(qū)地勢(shì)險(xiǎn)峻是泥石流發(fā)生的天然場(chǎng)所，在夏季暴雨時(shí)節(jié)，水體浸潤(rùn)堆積物造成穩(wěn)定性降低，在水和泥沙的包裹下堆積物之間。接觸面的磨擦力逐步降低，最終在重力作用下形成滑動(dòng)和位移，大面積的泥土滑動(dòng)就會(huì)造成泥石流。泥石流具有流量大，破壞力強(qiáng)的特點(diǎn)，一旦發(fā)生會(huì)對(duì)周圍的。村莊道路造成巨大的破壞，嚴(yán)重威脅周圍居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

2 監(jiān)測(cè)手段

為了更好的預(yù)防廢棄礦區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)礦區(qū)不良地質(zhì)體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害的重要手段，進(jìn)行科學(xué)合理的監(jiān)測(cè)能隨時(shí)掌握巖土體的變形情況，確保礦區(qū)群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全[5]。一般可以進(jìn)行以下監(jiān)測(cè)。

2.1 地質(zhì)調(diào)查法

主要通過調(diào)查巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及發(fā)育情況，巖體破碎情況，巖石變質(zhì)情況等，運(yùn)用地質(zhì)作圖和構(gòu)造相關(guān)分析等方法對(duì)礦山開挖過后裸露的巖石的巖性、結(jié)構(gòu)面、水文情況進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查，以此判斷礦山巖體穩(wěn)定性。

2.2 地表變形監(jiān)測(cè)

在廢棄礦山易崩塌和滑坡地段的地表埋設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)礦山表層巖土體變形進(jìn)行監(jiān)控，進(jìn)而了解崩塌、滑坡等不良地質(zhì)體的變形。監(jiān)測(cè)前先在穩(wěn)定地段埋設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)。在易產(chǎn)生滑坡和崩塌的坡體上埋設(shè)地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)。然后利用高精度的全站儀按照規(guī)范規(guī)定的頻次進(jìn)行測(cè)量。

2.3 深層水平位移觀測(cè)

深部巖體位移觀測(cè)對(duì)于確定礦山邊坡滑面至關(guān)重要，在監(jiān)測(cè)中將先在不穩(wěn)定巖體中進(jìn)行定位、鉆孔、埋設(shè)測(cè)斜管。然后利用探頭深入測(cè)斜管，利用探頭的傾斜情況計(jì)算巖土體的水平位移，能夠較為準(zhǔn)確的滑面位置和變形趨勢(shì)。監(jiān)測(cè)前需要進(jìn)行鉆孔埋管，鉆孔可采用泥漿護(hù)壁，從而保證孔壁的穩(wěn)定性，下管時(shí)要保證傾斜度不大于1°，回填時(shí)可采用細(xì)砂回填，可用長(zhǎng)鋼筋進(jìn)行搗動(dòng)。全部埋設(shè)成功后，必須對(duì)導(dǎo)管的初始值進(jìn)行測(cè)定。這樣當(dāng)?shù)V山巖土體發(fā)生位移時(shí)，測(cè)斜管也會(huì)隨著移動(dòng)產(chǎn)生相應(yīng)的移動(dòng)。

2.4 遙感技術(shù)

數(shù)據(jù)收集是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，對(duì)于自然環(huán)境的地質(zhì)勘查過程能夠幫助修復(fù)人員確定，修復(fù)工作的覆蓋范圍，地質(zhì)條件分布以及潛在的地質(zhì)災(zāi)害特征。數(shù)據(jù)處理過程中可廣泛應(yīng)用[6]。近些年推廣入地質(zhì)勘查行業(yè)的新型設(shè)備材料，例如無人機(jī)遙感測(cè)控和衛(wèi)星定位技術(shù)。無人機(jī)這些年在勘察行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用和推廣，其原因之一在于無人機(jī)徹底顛覆了過去人工進(jìn)行地質(zhì)勘察時(shí)，受地面條件影響，不能擺脫近地表視線障礙物的困擾，通過低空飛行的方式將90%以上困擾人工進(jìn)行觀測(cè)的障礙物規(guī)避開。而且由于無人機(jī)的觀察視角是從空中鳥瞰的模式，所以其視角廣度要優(yōu)于傳統(tǒng)勘測(cè)的習(xí)慣。另一方面得益于近些年我國(guó)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的發(fā)展以及我國(guó)移動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)基站建設(shè)的成果，利用無人機(jī)可以實(shí)時(shí)將遙感測(cè)控，圖像傳輸至控制中心，實(shí)現(xiàn)及時(shí)的數(shù)據(jù)獲取和更新，并且是以直觀的圖像形式進(jìn)行，傳輸過程中不需再對(duì)數(shù)據(jù)圖像進(jìn)行處理，真實(shí)性準(zhǔn)確性提高，是過去人工勘查模式所無法實(shí)現(xiàn)的效果。采用信息化手段結(jié)合遠(yuǎn)程監(jiān)控的方式，能夠?qū)崿F(xiàn)大面積監(jiān)測(cè)，可以大幅度降低工作人員在進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)所需投入的勞動(dòng)強(qiáng)度，使其能夠?qū)⒏嗟臅r(shí)間和精力應(yīng)用到其他方面，而且整個(gè)數(shù)據(jù)鏈的銜接由于是由自動(dòng)化技術(shù)所維持的，所以數(shù)據(jù)處理效率更高，更加適合對(duì)于礦山這種特殊地區(qū)實(shí)行24小時(shí)不間斷監(jiān)控作業(yè)?？梢詭椭O(jiān)測(cè)單位在更短的時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)異常情況，并根據(jù)應(yīng)急預(yù)案對(duì)其進(jìn)行控制。

衛(wèi)星遙感勘測(cè)技術(shù)同樣也是一個(gè)重要的輔助勘察手段，衛(wèi)星勘察方式能夠以直觀全面的視角對(duì)勘察區(qū)域的地形地貌進(jìn)行快速準(zhǔn)確的定位和分析，為勘察人員認(rèn)識(shí)周圍地區(qū)的地質(zhì)情況和自然條件，提供了一個(gè)快捷有效的方式，同時(shí)衛(wèi)星勘察技術(shù)能夠無視丘陵山區(qū)地帶的地形變化情況，隨著信息交互技術(shù)的完善和升級(jí)獲取，衛(wèi)星勘察結(jié)果的速度越來越快，成為了完善補(bǔ)充數(shù)據(jù)庫(kù)，確保搭建準(zhǔn)確數(shù)據(jù)控制平臺(tái)的有效手段[7]。大地音頻電子法：以地震折射和高密度電法作為輔助，確定內(nèi)部結(jié)構(gòu)形態(tài)，判斷斷層所處位置和分布區(qū)域，對(duì)巖溶異常區(qū)進(jìn)行確認(rèn)。通過物探測(cè)，井地應(yīng)力測(cè)試，瓦斯測(cè)試，對(duì)測(cè)試地區(qū)的地質(zhì)水文地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行充分有效的獲取，對(duì)礦區(qū)的熔巖、熔巖水發(fā)育情況以及礦洞延伸區(qū)域進(jìn)行確認(rèn)。

另外響應(yīng)自然資源部要求，各地要強(qiáng)化措施，協(xié)同配合，突出重點(diǎn)，因地制宜，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，嚴(yán)防廉政風(fēng)險(xiǎn)，切實(shí)保障露天礦山生態(tài)修復(fù)工作成效。自然資源部強(qiáng)調(diào)，要根據(jù)礦山當(dāng)前存在的主要問題，“一礦一策”確定主要修復(fù)任務(wù)[8]。首先，要解決采礦造成的地質(zhì)災(zāi)害隱患以保證安全。其次，恢復(fù)土地、林草植被和解決水土污染，按照山水林田湖草是一個(gè)生命共同體的理念，使生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到自我運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)，體現(xiàn)生物多樣性，嚴(yán)禁以建設(shè)礦山公園為名大搞“盆景”建設(shè)。

3 結(jié)束語

對(duì)于廢棄露天礦山進(jìn)行勘測(cè)，主要是為了判斷當(dāng)前礦山區(qū)域地質(zhì)發(fā)展情況，推斷短期內(nèi)是否有出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的明顯特征。礦山地區(qū)由于地下自然結(jié)構(gòu)破壞程度較大，因此出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的可能性比其他區(qū)域更大，為保證周圍居民生命財(cái)產(chǎn)安全區(qū)對(duì)廢棄礦山進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害分類，并針對(duì)性的設(shè)置監(jiān)測(cè)。定期了解廢棄露天礦山的自然地質(zhì)條件變化情況。