礦山地質災害形成條件及發(fā)育規(guī)律研究

羅 帥，梁倍源

（浙江省第四地質大隊，浙江 紹興 312000）

礦產資源的開發(fā)，不僅提高人民的生活水平，也帶動了地方經濟發(fā)展，促進國民經濟水平的提高。但礦山開發(fā)也面臨一定問題，尤其在地質環(huán)境方面存在嚴重的弊端。在礦山開發(fā)過程中，由于一味追求經濟效益，不科學的開采策略以及技術手段的欠缺，導致礦山周邊地質環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)被破壞，嚴重影響周邊居民的生活，嚴重時還會誘發(fā)地質災害，對此，需要采取有效的保護和治理措施，恢復礦山周邊的地質和生態(tài)環(huán)境。為制定高效、有針對性的治理恢復措施，需要確定礦山地質災害的形成條件以及發(fā)展規(guī)律，了解礦山地質災害的影響因素和破壞程度的差異性，提前對不同類型的地質災害進行預警，最大程度地降低地質災害風險和破壞力，減少礦山地質災害帶來的危害[1]。因此，本文對礦山地質災害形成條件以及發(fā)育規(guī)律進行研究，為地質防護和治理提供理論參考。

1 礦山地質災害形成條件

根據對以往礦山地質災害的調查和研究，可將其形成條件區(qū)分為自然因素和人為因素，多數情況下，地質災害是在二者共同作用下形成的，下面對其進行具體說明。

1.1 河流侵蝕作用

礦山的地層演變與地質構造的形成，離不開河流和坡谷的演變。在河流不斷侵蝕的過程中，會誘發(fā)滑坡和崩塌等地質災害。根據地層運動時期，可以將河流侵蝕作用，分為以下三種類型：下方侵蝕、側方侵蝕和溯源侵蝕。在地層向上運動階段，侵蝕進準面下降，此時下方侵蝕作用為主導；在地層穩(wěn)定階段，側方侵蝕作用為主導；在上述兩個階段中，均有溯源侵蝕作用對地層產生影響。側方侵蝕作用對坡谷造成強烈的沖擊力，坡體受到沖擊作用力，當所受的沖擊作用力大于坡體抗滑力時，坡體易出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象從而導致滑坡災害[2]。下方侵蝕作用不斷向下沖刷河道和坡谷，形成的裂隙陡峭且狹窄，易出現(xiàn)崩塌災害。溯源侵蝕作用導致河流源頭不斷向礦山中心區(qū)域延伸，切割坡谷平坦區(qū)域地層，切割速度快，進而誘發(fā)滑坡災害。

1.2 降雨作用

降雨作用對地質災害的形成具有重大影響，其作用機理主要為以下幾種類型。首先，降雨增加坡體重量，在降雨量高的區(qū)域，容易出現(xiàn)滑坡災害。降雨量減少了坡體自身的力學強度，承重能力和抗滑能力下降，隨降雨量的滲入，坡體滑落的概率增加。其次，礦山地層中常發(fā)育節(jié)理和裂隙等結構，為礦產資源提供富集空間和流動通道，同時也為降雨滲入礦山地層提供通道，并經由此過程形成地下水。隨著降雨滲透作用，雨水與地下水產生水動力壓力，并作用于坡體與圍巖裂隙，當裂隙貫穿量過大時，出現(xiàn)滑坡災害的風險增大。然后，雨水滲透進地表，進一步軟化泥化夾層等軟弱結構層，導致坡體和圍巖的穩(wěn)定性下降，加劇堆積層滑坡的風險。最后，經過降雨補給作用，礦山地區(qū)地下水達到新的平衡，地下水通過遷移作用，形成不穩(wěn)定飽和帶，降雨量過大時，不穩(wěn)定飽和帶含水量增大，易形成泥石流災害。

1.3 凍融作用

在水文地質影響因素中，凍融作用對地質災害的形成具有周期性影響?，F(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，礦山地區(qū)溫度回升時，有可能出現(xiàn)黃土災害。其原因在于，溫度較低的階段，液態(tài)水會以固態(tài)冰的狀態(tài)長期賦存于礦山地層中，由于凍結作用使礦山坡體和圍巖的結構發(fā)生變化，坡體和圍巖體積膨脹變大，節(jié)理和裂隙等地質結構擴張。隨溫度升高，固態(tài)冰熔化為液態(tài)水狀態(tài)，固態(tài)時期形成的裂隙通道，加速了液態(tài)水滲透，同時破壞了原有的穩(wěn)定結構，使坡體和圍巖強度降低，增大黃土災害風險。

1.4 地質構造運動

礦山地區(qū)資源的形成與富集離不開地質構造運動，一些幅度巨大的構造活動具有繼承性的表現(xiàn)。從宏觀構造格局上看，地質構造運動在礦山地區(qū)形成隆起單元和斷陷單元，礦產資源多形成于斷陷單元包圍的區(qū)域。從演化時間上看，地質構造運動一般較為緩慢，這一類構造運動對地質災害形成的影響較小。但差異性升降運動和地震動力荷載是形成地質災害的主要原因。

斷裂帶附近地層具有巨大的落差，為滑坡和崩塌等災害發(fā)育提供了結構空間。地震產生動力荷載，驅動結構松散的坡體和圍巖滑落，粉粒級顆粒在達到飽和含水量后，在地震動力作用下，易在地下淺水位和隔水層滑動，進而形成滑坡災害。

1.5 礦山工程建設與開采

除了上述自然因素外，人類活動也是地質災害形成的主要原因，具體包括礦山工程建設與礦山開采等。礦山坡腳開挖卸載和坡頂承重堆積等活動，是工程建設形成地質災害的主要形式。

礦山工程受到礦區(qū)地形條件的限制，通常在斜坡和兩側坡谷搭建房屋，并且礦山工程使用大型設施設備，體積和重量都較大，在一定程度上增加了坡體的重量[3]。在礦產資源持續(xù)開采的過程中，礦山內部形成臨空面和采空區(qū)，破壞礦山內部的原始應力平衡，使應力分布嚴重不均勻。在此條件下，受到外力作用、持續(xù)降雨和地表水滲透的影響，容易形成崩塌、滑坡和泥石流等災害。除此之外，為保障礦山工程的持續(xù)進行，還需要建設運輸礦山資源的交通道路，其路線一般按河岸和坡谷走向進行規(guī)劃。為形成運輸通道，需要挖掘坡體和坡腳，形成高陡邊坡具有不穩(wěn)定性，有潛在的地質災害風險。尾礦區(qū)域地質結構松散，形成大量人工邊坡，支護措施較少，不利于斜坡的穩(wěn)定性。

2 礦山地質災害發(fā)育規(guī)律

2.1 地質災害的空間展布規(guī)律

根據搜集的野外地質調查資料，可以看出地質災害在空間上，具有明顯的分布特征和規(guī)律，通常情況下，地質災害發(fā)生在河流帶線狀區(qū)域和斷裂帶分段區(qū)域內，并且在河流上、中、下游的分布情況不同。在河流上游區(qū)域，地塊隆起明顯，河谷下切作用強烈，發(fā)育有大型堆積體和滑坡帶，地質災害整體以滑動變形為主。河流中游區(qū)域，地形以高山、峽谷和盆地為主，呈階地式形狀發(fā)展，地質災害的形成與人類工程活動密切相關，主要發(fā)生斷裂和崩塌等災害。河流下游區(qū)域，地層相對高差較小，一般出現(xiàn)小規(guī)模的滑坡災害。經統(tǒng)計，大型地質災害集中巖河流發(fā)育，造成這種現(xiàn)象的原因在于河流臨空面為地層變形和運動提供了空間。特別在強烈抬升區(qū)，受到流體快速下切作用的影響，坡體和圍巖向臨空面回彈，當應力超過巖體抗拉強度時，礦上坡體內部出現(xiàn)拉張裂隙，導致地質災害的出現(xiàn)。斷裂帶為地質災害的形成提供了移動空間，隨著與斷裂帶距離的增大，地質災害出現(xiàn)的次數和規(guī)模都逐漸減少。

由上述分析可知，地質災害在空間上與距河流和斷裂帶的距離有關，坡度和起伏度高的區(qū)域，地質災害發(fā)生的頻率相對較高。

2.2 地質災害的時間展布規(guī)律

為研究地質災害的時間展布特征和規(guī)律，以某礦區(qū)為研究對象，統(tǒng)計地質災害的發(fā)生次數和時間，如圖1所示。

圖1 地質災害發(fā)生時間分布圖

根據圖1可知，礦山地質災害表現(xiàn)出明顯的時間分布規(guī)律。地質災害主要集中發(fā)生在2016年7～12月份，這是由于7～8月份為該地區(qū)的主汛期，持續(xù)性降雨和強降雨較多。通過上文對地質災害形成條件的研究可知，河流侵蝕作用和降雨作用是產生地質災害的主要因素，因此，在2016年7～12月份，地質災害發(fā)生次數最多，顯著高于其他年份。在2015年和2017年的1～6月份，地質災害發(fā)生次數也較少。綜合上述分析，地質災害在空間和時間分布上均具有一定規(guī)律性，根據不同階段特征，可采取有針對性多措施對地質災害進行預防和治理。

3 結語

本文主要研究了礦山地質災害的形成條件和發(fā)育規(guī)律，為地質災害預防和治理提供參考依據。本文研究雖然取得一定成果，但還存在不足之處，后續(xù)可進行更加深入的研究。由于礦山地質條件復雜多變，為準確分析其發(fā)育過程和特征，需要建立準確的評價體系和模型，未來可對地質災害發(fā)生次數較多的區(qū)域，建立災害預警和評估模型，得到準確的預測結果，提升礦山工程安全性。