礦山開采中地質(zhì)災(zāi)害防治措施

杜 敏，王鳳嬌，張志飛，張曉凱，付少杰

（河北省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，河北 石家莊 050011）

隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)礦產(chǎn)資源的需求量也在不斷增加，這直接推動(dòng)了我國的礦業(yè)發(fā)展。企業(yè)要充分利用礦產(chǎn)資源，順應(yīng)時(shí)代發(fā)展需要，加強(qiáng)安全生產(chǎn)，提高職工的勞動(dòng)能力，只有如此，礦山地質(zhì)災(zāi)害的防治作用才能得到最大程度地發(fā)揮，從而提高企業(yè)在市場上的競爭力。我國礦山多位于地質(zhì)條件較為復(fù)雜的地區(qū)，制約著礦產(chǎn)資源的開發(fā)，有關(guān)部門要落實(shí)好礦山地質(zhì)災(zāi)害防治和地質(zhì)環(huán)境保護(hù)措施，保證生產(chǎn)的安全性。如此便可有效提升員工的工作效率，保證員工的安全。

1 礦山地質(zhì)災(zāi)害類型

我國目前的礦業(yè)活動(dòng)主要局限于地表和巖石圈內(nèi)。在礦產(chǎn)資源開發(fā)以前，礦山的地質(zhì)條件一直保持著一個(gè)穩(wěn)定的平衡。而礦山資源開采則是將大量的土石方從地球表面土層和巖石圈層中挖掘出來，在一定程度上會(huì)改變當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有的地質(zhì)環(huán)境，打破原有的平衡。其中，不論鉆井開采、掘坑開采、注液開采，還是露天開采，都會(huì)使地質(zhì)環(huán)境發(fā)生變化，這種失衡會(huì)造成地殼結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，從而引起地質(zhì)災(zāi)害[1]。礦山地質(zhì)災(zāi)害種類繁多，僅從其發(fā)生速度上進(jìn)行區(qū)分，一是突變型地質(zhì)災(zāi)害，如礦坑突水、瓦斯爆炸、巖爆等，二是采空區(qū)地表塌陷、地裂縫等緩發(fā)型礦山地質(zhì)災(zāi)害。但是，目前人們對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的劃分，往往是根據(jù)其空間、時(shí)間、成因等因素進(jìn)行劃分。通過對(duì)不同類型的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行分類，可以更好地研究其成因，并據(jù)此制定相應(yīng)的防治對(duì)策。以下所介紹的地質(zhì)災(zāi)害主要是由礦山開采導(dǎo)致的地質(zhì)環(huán)境發(fā)生變化，而造成了地質(zhì)災(zāi)害。

1.1 采礦誘發(fā)地震造成地質(zhì)災(zāi)害

由于采礦活動(dòng)導(dǎo)致巖土圈層結(jié)構(gòu)性失衡，這種失衡的狀況表現(xiàn)為誘發(fā)地震和斷裂錯(cuò)位。短時(shí)間內(nèi)發(fā)生強(qiáng)烈的斷層錯(cuò)位，極易誘發(fā)地震。和自然地震相比，誘發(fā)地震的地震源較淺，范圍較小，但是危害和破壞力卻巨大，誘發(fā)性地震的發(fā)生，就會(huì)導(dǎo)致地表巖土層發(fā)生較大改變，對(duì)周邊的建筑物和地表結(jié)構(gòu)帶來一定程度的危害。

1.2 采礦導(dǎo)致地面圈層形變?cè)斐傻刭|(zhì)災(zāi)害

在地下采礦中，不按規(guī)范建設(shè)與開采，導(dǎo)致地下巖土圈層的形變，從而使地表巖土圈層下陷、沉降、開裂等，進(jìn)而引發(fā)具有一定危害性的礦山地質(zhì)災(zāi)害。在采空區(qū)，如果礦柱的數(shù)目不夠或者有一定程度的破壞，那么整個(gè)采空區(qū)的承載力就會(huì)降低，如果沒有足夠的支撐力，就會(huì)發(fā)生地表沉降；在礦體埋藏較淺的區(qū)塊，則容易直接發(fā)生坍塌，若采空區(qū)不及時(shí)回填，就算埋得再深，也會(huì)造成地表一定程度的下陷。一旦發(fā)生下陷，會(huì)對(duì)道路、周邊建筑環(huán)境、耕地資源等產(chǎn)生重大影響。在采礦活動(dòng)中，若有不合理的采掘情況，就有可能造成礦場的邊坡不穩(wěn)定導(dǎo)致坍塌，尤其是在礦山露天開采的地質(zhì)環(huán)境中，更是如此。其中，地面塌陷、開裂，不但會(huì)對(duì)土壤、建筑物造成破壞，還會(huì)對(duì)道路、水庫等公共資源和建筑物造成破壞。

1.3 采礦不合理導(dǎo)致斜坡巖土體失穩(wěn)造成地質(zhì)災(zāi)害

該類型的災(zāi)害主要由于采礦不合理導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)造成崩塌、滑坡、泥石流等。不按規(guī)范開采礦山邊坡，往往會(huì)造成邊坡的巖土滑坡、崩塌等災(zāi)害，甚至形成泥石流。造成這種地質(zhì)災(zāi)害的主要原因是采剝失調(diào)，邊坡角度太陡，從而導(dǎo)致了不穩(wěn)定的構(gòu)造。這一類型的礦山地質(zhì)災(zāi)害主要集中在露天或挖坑礦山。這些災(zāi)難往往是瞬間的，但其后果卻更加嚴(yán)重，如礦山山崩，往往使礦產(chǎn)毀于一旦，造成了大量的人員傷亡，非常危險(xiǎn)，這是一種非常典型的災(zāi)害[2]。

2 不同類型地質(zhì)災(zāi)害的防治方式

2.1 地表沉陷防治方式

2.1.1 房柱開采法

地下采礦普遍采用房柱開采法，房柱采礦法是由礦柱和礦房互相交錯(cuò)布置的，礦柱可為矩形、條形或圓形，礦柱的寬度為3m～6m，礦房寬度為6m～12m。如果在礦井里進(jìn)行回采，通常情況下，礦柱是不會(huì)被回收的，但是這種開采方式有一定的局限性，因?yàn)檫@種開采方式會(huì)導(dǎo)致一部分的巖層礦體流失，企業(yè)就會(huì)有一定的資源損失，而對(duì)于那些圍巖和礦石利用率比較低的礦山，采用這種方法是比較合適的。且這種開采法可有效的防止地面沉降的發(fā)生。

2.1.2 協(xié)同開采法

建立多個(gè)相鄰工作面，合理地規(guī)劃相鄰工作面之間的間距、位置關(guān)系和采掘次序，稱之為協(xié)同開采法。采用此方法，一工作面開采造成的地面變形可以由另一工作面開采造成的地面變形互相抵消，這樣可以減小整體的地表位移，并對(duì)地面建筑進(jìn)行了保護(hù)，可以有效的降低地表沉陷的發(fā)生。

2.2 山體滑坡防治方式

為避免礦山開采而引發(fā)山體滑坡，可采取如下防治方式：

2.2.1 建設(shè)減壓角

大部分的滑坡都是由于其抗滑性差所致。通常，可以在阻滑段上設(shè)置減壓角，去除一些土石，再將其壓入阻滑段。其主要目的在于使斜坡整體下滑力小于抗滑力，對(duì)滑坡的抵抗作用更大。同時(shí)，為保證工程的穩(wěn)定性和安全性，必須結(jié)合滑坡腳壓，確定具體的開挖量[3]。

2.2.2 利用擋墻

在工程施工中，擋土墻是一種優(yōu)良的施工方法，其主要原料為石塊或水泥、鋼筋等。從材質(zhì)上來說，可以設(shè)計(jì)成干砌石、漿砌石、鋼筋混凝土擋土墻等。一般將其設(shè)置在斜坡的邊沿，可有效地防止滑坡。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮到滑坡本身的推動(dòng)力，以提高其合理性為前提，充分利用滑坡的阻隔效應(yīng)。

2.2.3 固定邊坡

要提高邊坡的穩(wěn)定性，首先要做的就是加固斜坡的穩(wěn)定性。在實(shí)際治理中，可以先在地表上種植植物，使坡面土壤穩(wěn)定，防止水土流失。另外，對(duì)于有些地段可采用噴漿法，固定邊坡上的松散物質(zhì)。最后，結(jié)合周邊的地形條件，對(duì)斜坡坡度進(jìn)行合理的減緩，并對(duì)斜坡進(jìn)行開挖，減少自重，提高邊坡的抗滑力。

2.2.4 做好監(jiān)測

對(duì)于可能出現(xiàn)山體滑坡的區(qū)域需做好監(jiān)測工作，其中，需對(duì)可能出現(xiàn)滑坡的區(qū)域及影響區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)地調(diào)查，并派專人定期巡查，可因地制宜的使用簡單的觀測方法進(jìn)行監(jiān)測，也可借助于有關(guān)的設(shè)備和儀器進(jìn)行監(jiān)測。

2.2.5 綜合性對(duì)策

（1）當(dāng)發(fā)生山體滑坡的現(xiàn)象時(shí)，要針對(duì)具體情況采取相應(yīng)措施，防止這種現(xiàn)象所造成的危害進(jìn)一步擴(kuò)大。

（2）要從影響滑坡的主要原因著手，加大對(duì)滑坡的控制。在進(jìn)行整治的同時(shí)，要充分考慮措施的有效性和實(shí)用性，盡可能地確保一次治理。

（3）在采用減載方法進(jìn)行滑坡治理時(shí)，如果滑坡下面沒有可靠的抗滑區(qū)域，僅僅采用減荷措施，就只是減緩了滑坡的下滑速度，并不能達(dá)到穩(wěn)定滑坡的目的。所以，卸荷措施要與排水、支擋等措施有機(jī)地結(jié)合起來，才能取得較好的效果。

（4）降雨后，降雨直接滲入土壤，使土體容重增大，滑移力也增大。從某種意義上講，降雨是引起邊坡失穩(wěn)的根本原因，因此，要加強(qiáng)對(duì)邊坡的排水管理，預(yù)防滑坡。

（5）在進(jìn)行礦山開采等重要建筑施工前，一定要對(duì)施工現(xiàn)場進(jìn)行詳細(xì)的勘察，檢查施工現(xiàn)場有沒有出現(xiàn)滑坡征兆，并對(duì)施工現(xiàn)場進(jìn)行規(guī)范、科學(xué)地選址，盡可能地遠(yuǎn)離可能出現(xiàn)滑坡的地區(qū)[4]。

（6）在進(jìn)行斜坡開挖和填方施工時(shí)，必須事先了解坡體的巖土情況和排水情況。要加強(qiáng)邊坡治理和排水工程的設(shè)計(jì)，不要隨意對(duì)邊坡進(jìn)行開挖，防止出現(xiàn)滑坡。

2.3 地裂縫防治方式

在采礦過程中，要盡量減小地裂縫發(fā)生的可能性，以下兩種方式對(duì)礦山地裂縫的防治具有一定的指導(dǎo)意義。

2.3.1 充填開采法

對(duì)于地下采礦，形成采空區(qū)的，根據(jù)回采技術(shù)要求，采用充填材料回填采空區(qū)的開采方法稱為充填開采法；充填體在采空區(qū)中具有降低采場壓力、支護(hù)圍巖、減少、延緩和阻止圍巖變形的功能；既能有效地回收礦柱，又能很好地處理工程垃圾，保護(hù)環(huán)境，還能防止地裂縫的發(fā)生。依據(jù)采場結(jié)構(gòu)、回采方向、充填方法、所采用的充填材料等，可將充填開采法可劃分為上向分層充填法、下向分層充填法、嗣后充填法、壁式充填法等。上向分層充填法是目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的充填采礦法之一，將礦塊劃分為礦房、礦柱，先采礦房，后采礦柱。礦房由底向上分層開采，每次開采一層或多層后，及時(shí)進(jìn)行充填，以維持上、下盤的圍巖穩(wěn)定，創(chuàng)造連續(xù)開采的工作環(huán)境；礦柱部分也要采用充填法或其它適當(dāng)?shù)姆椒?，并按照適當(dāng)?shù)幕夭纱涡蜻M(jìn)行開采。而對(duì)于礦體中價(jià)值極高，但礦巖不穩(wěn)定的礦床，如果采用上向水平分層充填方法無法確保采礦的安全，則應(yīng)考慮下向進(jìn)路充填。它的主要特點(diǎn)是：在各階段，采用分層人工假頂?shù)谋Ｗo(hù)，由上往下依次進(jìn)行回采，進(jìn)路充填。由于施工環(huán)節(jié)較多，對(duì)人造假頂?shù)膹?qiáng)度和整體性要求很高，所以制造費(fèi)用很高。而分層充填法雖然回收率高，貧化率低，但其充填過程復(fù)雜，且每一次充填后都要經(jīng)過一段時(shí)間的維護(hù)，才能繼續(xù)進(jìn)行下一步的開采，從而提高了生產(chǎn)成本，也降低產(chǎn)量。當(dāng)?shù)V巖穩(wěn)定性良好時(shí)，可采取嗣后充填法，其特點(diǎn)如下：先將礦體分為礦房和礦柱，采用空?qǐng)龇ɑ夭傻V柱，當(dāng)整個(gè)礦體開采完成后，進(jìn)行一次膠結(jié)充填，形成一種人造礦柱。當(dāng)膠結(jié)物達(dá)到一定的維護(hù)期后，采用相同的方式，在人工礦柱的保護(hù)下再次回采，回采結(jié)束后再進(jìn)行一次非膠結(jié)充填。由于充填工作是在礦塊的整個(gè)階段內(nèi)一次完成，又稱為階段充填法。充填開采法保證了采空區(qū)圍巖的穩(wěn)定性，可避免礦區(qū)閉坑后產(chǎn)生地裂縫。

2.3.2 灌漿法

對(duì)某些老礦場，尤其是正在開采中的礦場，對(duì)已發(fā)育的地裂縫進(jìn)行治理是非常必要的。在進(jìn)行治理之前，必須對(duì)其幾何特征、成因進(jìn)行研究。在有裂縫或是沉降區(qū)域的邊沿地帶，可以采取注漿處理。

2.4 泥石流防治方式

對(duì)礦區(qū)易發(fā)生泥石流區(qū)域進(jìn)行一定治理，可有效預(yù)防礦區(qū)因發(fā)生泥石流而造成損失。

2.4.1 生態(tài)生物防治

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，必須適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要，采用先進(jìn)的技術(shù)和方法，以達(dá)到防治泥石流災(zāi)害的目的。在規(guī)劃與施工中，一般都是以植被為根本，根據(jù)不同的泥石流發(fā)育類型及其特定的分布特征，科學(xué)、合理地構(gòu)建和種植各類植被群落[5]。充分利用樹木對(duì)土壤的固持力，促進(jìn)其本身的抗滑性，比如，通過水土保持，可以形成一套可以抵御泥石流的生物防御系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中，生物控制泥石流的方法主要是對(duì)植物的合理利用，通過對(duì)地表植物的改良，可以有效地提高土壤的滲透性和持水性。堅(jiān)持因地制宜的基本原理，促進(jìn)各類功能各異的植被得到合理利用，只有這樣，才能有效地保護(hù)土壤，同時(shí)也能控制洪水，逐步實(shí)現(xiàn)控制泥石流的基本目標(biāo)。

2.4.2 工程防治

在治理礦山泥石流的過程中，因其本身的物質(zhì)來源通常是土、石、渣等，在礦山開采中，由于廢棄的固體物質(zhì)持續(xù)積累且堆放不合理，在遇到強(qiáng)降雨時(shí)，極有可能會(huì)引發(fā)泥石流。因此必須綜合考慮周圍的環(huán)境和植被，對(duì)礦山開采過程中產(chǎn)生的土、石、渣進(jìn)行科學(xué)、合理的堆放，使其符合礦山管理的規(guī)定，避免泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。應(yīng)加強(qiáng)對(duì)場地排水的管護(hù)，并對(duì)其進(jìn)行有效的管理與控制。在廢石場附近，可以修建引水工程，將排污場上游的水流有組織地引至下游，減弱水流所造成的影響，這樣可以有效地降低泥石流發(fā)生的概率。在實(shí)際操作中，可以將廢棄的物質(zhì)堆積在一個(gè)平臺(tái)上或填埋起來，并修建排水設(shè)施，使雨水能順利排出，如果平臺(tái)上出現(xiàn)了塌陷和裂縫，那么就必須馬上進(jìn)行填充，盡早治理，避免引發(fā)更大的災(zāi)害。在堆積廢棄物的平臺(tái)上，可在廢棄物表層覆土，種植一些樹木或撒一些草籽，使自然植被得以逐步恢復(fù)，從而對(duì)礦場泥石流防治起到一定作用。泥石流攔擋工程也是防治泥石流的一項(xiàng)重要措施。在治理泥石流時(shí)，也可以砌筑攔擋工程，能很好地阻擋泥石流中的固體物質(zhì)，而對(duì)泥石流漿不會(huì)產(chǎn)生什么阻礙作用。在提出并運(yùn)用巖土工程控制對(duì)策時(shí)，主要都是以排導(dǎo)工程為主，根據(jù)礦山泥石流特征，一般會(huì)采用攔渣壩或沖淤平臺(tái)等方法。當(dāng)棄渣場地處于斜坡上時(shí)，可以在渣場周圍科學(xué)、合理地布置擋渣墻和截流溝。

3 提升礦山地質(zhì)災(zāi)害防治水平的措施

3.1 加強(qiáng)安全管理

要強(qiáng)化礦山企業(yè)的安全管理，必須先從觀念上進(jìn)行改變，增強(qiáng)員工的安全意識(shí)，在工作中，要不斷地借鑒國內(nèi)外先進(jìn)的技術(shù)、方法，并根據(jù)具體情況，采取相應(yīng)的對(duì)策，以應(yīng)付各種可能發(fā)生的危險(xiǎn)。并且，要注意防治結(jié)合，礦區(qū)生產(chǎn)必須切實(shí)貫徹以預(yù)防、控制相結(jié)合的保護(hù)工作方針，在礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)工作中，要把消除地質(zhì)環(huán)境問題作為首要任務(wù)，采取行之有效的措施，防止因礦產(chǎn)資源的開發(fā)與利用，給礦區(qū)的地質(zhì)、生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重的危害，避免生態(tài)失衡的發(fā)生，真正地做到防患于未然。同時(shí)，在工程建設(shè)中，應(yīng)建立健全的安全管理制度，以保證工人的工作狀態(tài)，維持工程的正常進(jìn)行。應(yīng)利用科學(xué)方法，對(duì)礦山的地質(zhì)狀況、地質(zhì)災(zāi)害類型等進(jìn)行分析，并針對(duì)問題提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施和防范措施，使礦山的安全得以有效地提高；其次，要加大對(duì)礦山科技的投資，積極引進(jìn)先進(jìn)的裝備，從而推動(dòng)礦山企業(yè)的安全發(fā)展；同時(shí)，要強(qiáng)化礦山地質(zhì)災(zāi)害防治的相關(guān)法律、法規(guī)，嚴(yán)格執(zhí)行國家有關(guān)規(guī)定，有利于維護(hù)礦山生態(tài)環(huán)境，提高資源利用率，為企業(yè)持續(xù)安全發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[6]。

3.2 設(shè)立防治基金

礦山的地質(zhì)災(zāi)害防治是需要投入一定的資金，否則，其防治工作無法開展。近年來，由于災(zāi)情頻發(fā)，造成的損失越來越大，各級(jí)政府十分重視地質(zhì)災(zāi)害的防治工作，每年都要撥款專項(xiàng)資金，對(duì)重點(diǎn)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行調(diào)查、治理。設(shè)立地質(zhì)災(zāi)害專項(xiàng)防治資金，可有效地對(duì)其進(jìn)行投資管理。

3.3 預(yù)警技術(shù)應(yīng)用

在實(shí)際工作中，可以運(yùn)用多種技術(shù)測量方法，提高地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測資料的可信度，為今后的地質(zhì)災(zāi)害防治工作提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，還可以建立一個(gè)預(yù)警信息數(shù)據(jù)庫，對(duì)各種類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行定期匯總、分析、整理，為今后的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)工作提供可靠的基礎(chǔ)。對(duì)于有條件的礦山企業(yè)，可以請(qǐng)地質(zhì)災(zāi)害防治部門對(duì)有可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的地段安裝相應(yīng)的災(zāi)害預(yù)警設(shè)備。

4 總結(jié)

綜上所述，在礦山的建設(shè)和開采過程中，由于滑坡、崩塌、地面坍塌等問題，給礦山的正常建設(shè)和生產(chǎn)帶來了極大的影響。為保證礦山生產(chǎn)安全、穩(wěn)定、有序地開展，要根據(jù)礦山地質(zhì)災(zāi)害的特點(diǎn)，采取行之有效的技術(shù)措施，各企業(yè)也應(yīng)加大重視，把安全風(fēng)險(xiǎn)降到最低。