采礦活動誘發(fā)的地質(zhì)災害問題及防治措施探討

龐仙笛，王 健

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊，吉林 長春 130033）

自改革開放以來，我國礦產(chǎn)行業(yè)迅猛發(fā)展，依托能源開采行業(yè)發(fā)展，形成了上百個礦業(yè)城市，每年的總產(chǎn)值高達2.8個億，一躍成為世界上重要的礦業(yè)大國之一。但由于礦產(chǎn)資源的開采活動十分密集，特別是前期受計劃經(jīng)濟影響，許多不合理的開采手段，對礦山和礦山周圍的生態(tài)環(huán)境造成了非常嚴重的破壞，進而誘發(fā)了多種地質(zhì)災害[1]。

隨著社會的不斷發(fā)展，人們對礦產(chǎn)資源的需求會逐步增加，礦產(chǎn)資源的開采由淺層向深層發(fā)展，與之而來的就是礦產(chǎn)資源開發(fā)所帶來的地質(zhì)環(huán)境問題越來越明顯，礦區(qū)周邊的生態(tài)環(huán)境日益嚴峻，慢慢成為制約我國國民經(jīng)濟能夠持續(xù)發(fā)展的重要因素。礦山的開采活動會直接涉及社會人口、生態(tài)環(huán)境、和資源利用等多個方面，有序的開采活動能夠維護礦山環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，使得礦區(qū)內(nèi)的人們擁有良好的生活質(zhì)量和經(jīng)濟條件。為了實現(xiàn)我國礦山資源開采和礦山生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，避免和減少因礦山開采活動引發(fā)的地質(zhì)災害，本文通過調(diào)查研究的方法，了解目前我國一部分礦區(qū)開采活動誘發(fā)的各種地質(zhì)災害問題，并針對調(diào)研結果整理出一套防治措施，為我國礦山的開采提供科學依據(jù)。

1 采礦活動誘發(fā)的地質(zhì)災害問題

1.1 地面塌陷

地面塌陷是礦山開采誘發(fā)的主要地質(zhì)災害類型，礦山在開采時，由于開采過程中設置的通道和圍巖支護都是暫時性的，在山體開采完畢后會形成采空區(qū)，采空區(qū)上方的巖層在自身重力的作用下，逐漸對巖土層釋放壓力，使巖體發(fā)生向下的彎曲和移動[2]。當上層巖體的拉伸張力超過本體巖層拉伸極限時，上層巖體就會發(fā)生斷裂和脫落，形成脫落區(qū)、裂縫區(qū)和變形區(qū)。

隨著采空區(qū)的逐漸變大，其移動巖層隨之變大，在地表會形成一個比采空區(qū)域更大的下沉坑，地表下沉區(qū)域是根據(jù)中心地區(qū)的垂直點向下方移動，所以形成凹陷形式的下沉坑，主要表現(xiàn)形式分為波浪型和階梯型兩種。

1.2 地裂縫

地裂縫產(chǎn)生受開采方法的影響，我國采用的長壁式頂帽開采，這與地裂縫的產(chǎn)生存在直接關系，和礦山表土層的性質(zhì)與厚度成反比關系。一般而言，深厚比越大其裂縫的密度越小，地裂縫演變的速度也就越小。而且地裂縫的產(chǎn)生一般和地面塌陷相伴，常以組合的形式出現(xiàn)，具體可分為兩類：移動式和組合式地裂縫，如圖1所示。

圖1 兩種地裂縫實物圖

如圖所示，移動式地裂縫的斷裂面多形成I和V型，和兩側的土地有明顯的位移變化。組合式地裂縫的兩側土地沒有位移，一般以樹枝狀為表現(xiàn)形式，裂縫寬度較窄。

2 采礦活動誘發(fā)的地質(zhì)災害防治措施

2.1 減小礦體開采厚度

因礦山開采的巖層厚度不同，使得采礦區(qū)覆蓋的巖層裂縫程度有所差異，巖層的裂縫程度對地表的形態(tài)變化起到了一定的影響作用。

為了降低地面塌陷和地裂縫發(fā)生的可能性，在開采前需要對巖層厚度加以測量，考慮礦山開采深度和開采厚度之間的比值關系，不能就單一問題進行單一處理，避免出現(xiàn)二者分離情況，減少開采誤差的出現(xiàn)[3]。開采深度會隨著開采厚度的增加而增加，開采厚度較大時，其地表移動速度會加大，造成地表巖層變薄。一般厚度和深度的比值小于30時，地表環(huán)境會呈現(xiàn)連續(xù)移動致使沉陷發(fā)生，因此需要對礦體的開采厚度進行一定的調(diào)整。首先了解礦區(qū)內(nèi)每個巖層結構的黃土沉積范圍，根據(jù)松散層抵抗能力逐漸變小的特征，減少礦山的自身重力，將松散層在地質(zhì)層內(nèi)的范圍擴大，減緩礦山上層的移動速度。

2.2 建立多個開采工作面

正常礦山開采作業(yè)為了加強山體的利用次數(shù)，在開采前尋找作業(yè)點后，基本只設置單個或者兩個開采面，但是長時間的一側工作，會導致礦體結構發(fā)生偏移，致使一側山體巖層過厚，另一側山體過薄，是為影響開采地表沉陷破壞的重要原因之一[4]。

由于目前我國礦山的主要開采方法為傾向型長壁分層或者一次性全高采，促使開采面呈長壁式發(fā)展狀態(tài)，所以根據(jù)礦山開采實際情況建立多個開采工作面，減輕山體壓力，使每個層面的工作走向和巖層裂縫走向呈垂直發(fā)展，讓兩者的壓力達到平衡。一般選擇采礦工作面的高度為6米以下，讓開采礦層上方的巖層能夠和地表的移動進程的充分融合，當?shù)V山的開采區(qū)達到一定面積后，根據(jù)巖層移動的速度逐漸對開采工作面進行整合，在開采前對多個開采點進行勘探，只是為了最大程度的維護山體平衡。

隨著開采強度的不斷增大，要及時更換開采工作面，讓每個工作面之間形成線性關系，達到聯(lián)動。而在開采地表的中央能夠形成推舉的平衡區(qū)域，最終將開采工作面以盤形的形態(tài)存在[5]。

2.3 加強監(jiān)測工作

除了對礦山開采工作步驟的改進，最重要的防治措施應該是加強對地質(zhì)的監(jiān)測機制。在整個開采過程中，每個礦區(qū)內(nèi)都應該有一套完備的動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，及時預測礦區(qū)開采進度和開采工作對礦山厚度和深度變化的影響。其中最重要的一點是國家相關部門要制定一套完備的監(jiān)管體系，使得礦山開采工作要以法律章程為依據(jù)，對開采過程所引發(fā)的地面塌陷承擔責任，對不合理的開采工作起到制約作用[6]。其次礦山產(chǎn)業(yè)要形成良性開采鏈，不能過度的對單一礦山進行開采，每個礦山的開采深度和厚度需要有一定的指標限制，在開采過程中要實時對開采人員進行技術監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)不當操作行為，讓整個礦區(qū)的工作人員對地面塌陷和地裂縫等地質(zhì)災害，有深刻的認識和早期特征發(fā)生的判斷能力。

3 結語

在對礦山區(qū)的開采過程調(diào)研中了解到，受長期大規(guī)模開采作業(yè)的影響，礦山開采區(qū)的地質(zhì)災害問題越來越突出。在調(diào)研結果上針對采礦活動引發(fā)的地質(zhì)災害制定了詳細的防治措施，為礦區(qū)開采活動提供安全保障。本次調(diào)研中對地質(zhì)問題的梳理僅局限于三方面，并沒有涵蓋所有地質(zhì)災害，在研究上不夠徹底。

在后續(xù)的研究中會收集更多的礦山因礦山開采誘發(fā)地質(zhì)災害的相關資料，對易發(fā)地質(zhì)災害類型進行更深一步的研究，制定出更加合理的地質(zhì)災害防治措施，為礦區(qū)生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展提供有效依據(jù)。