礦山地質(zhì)災(zāi)害成災(zāi)機(jī)理與防治技術(shù)應(yīng)用

丁麗萍，張 勇

（江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局第三地質(zhì)大隊(duì)，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

礦山地質(zhì)結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，其具有廣泛的礦產(chǎn)資源，開采范圍相當(dāng)廣泛。社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，我國(guó)對(duì)礦產(chǎn)資源的需求量與日俱增，給礦山開采工作的開展帶來很大的挑戰(zhàn)，尤其是地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生。為了防治礦山地質(zhì)災(zāi)害，本文結(jié)合實(shí)際情況探討地質(zhì)災(zāi)害的防治對(duì)策，為保障礦山安全生產(chǎn)提供良好的條件。

1 礦山地質(zhì)災(zāi)害主要類型

1.1 巖體變形

開采礦山時(shí)可能導(dǎo)致巖土體發(fā)生運(yùn)動(dòng)，甚至可能面臨局部鏤空的問題。局部巖土體存在承載能力改變的問題。若上部巖土體荷載能力超標(biāo)，會(huì)增加巖土體變形的概率，且其變形之后還可能破壞土體結(jié)構(gòu)，增加變形災(zāi)害的發(fā)生率[1]。通常情況下，比較常見的巖土體變形災(zāi)害有幾種：一是滑坡巖崩。若開采礦山時(shí)過量開采，很有可能出現(xiàn)采剝失調(diào)，這一問題比較突出的特點(diǎn)就是邊坡斜度較大，破壞巷道整體應(yīng)力結(jié)構(gòu)，若應(yīng)力無法支撐上部巖土體，又或者傾斜角太大導(dǎo)致巖土體受到影響，同樣可能發(fā)生巖崩或者是滑坡的問題。二是地震災(zāi)害。地震的產(chǎn)生一定程度上與地殼運(yùn)動(dòng)有關(guān)，且該地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生之前可以將坑內(nèi)巖爆當(dāng)做主要的地震現(xiàn)象。通常情況下，若不規(guī)范開采礦山，很有可能導(dǎo)致坑內(nèi)巖爆問題惡化為地震災(zāi)害。此類災(zāi)害震源很淺，但整體影響面相當(dāng)廣泛，較大程度上破壞了開采井與開采巷道，還有可能導(dǎo)致其他災(zāi)害。三是坑內(nèi)巖爆。巖土體變形過程中危害性較大的就是坑內(nèi)巖爆，開采工作逐步深入，加劇了巖土體運(yùn)動(dòng)速度，降低了巖土體局部對(duì)抗地殼運(yùn)動(dòng)的抵抗力，地殼運(yùn)動(dòng)過程中采空區(qū)產(chǎn)生擠壓應(yīng)力，由此產(chǎn)生巖體碎塊。碎塊噴發(fā)時(shí)很有可能掉落到礦山開采人員身上，威脅開采人員的生命安全。

1.2 地下水位變化

我國(guó)地質(zhì)環(huán)境比較復(fù)雜，地下存在的暗流、河道較多。通常情況下，地下水體不會(huì)發(fā)生很大的變化，但開采礦山時(shí)易導(dǎo)致地下水位受到影響，情況嚴(yán)重時(shí)還有可能引發(fā)因地下水位變化導(dǎo)致的災(zāi)害[2]。一是污染水質(zhì)。礦山開采時(shí)可能產(chǎn)生很多的廢水與廢料，若沒有直接處理直接排放，很有可能導(dǎo)致其沿著河流或地下水流向江河湖海，污染水質(zhì)。二是地下水流入開采巷道。開采礦山的環(huán)境比較復(fù)雜，開采的過程中更容易遇到地下水體，因此需要工作人員開采之前科學(xué)預(yù)估地下水體，尤其要了解其規(guī)模與走向。然而地下水體相當(dāng)復(fù)雜，評(píng)估期間錯(cuò)誤發(fā)生率較高，容易增加地下水流入開采巷道中，威脅開采人員的生命安全。三是泥沙堵塞礦坑。若地下水進(jìn)入巷道，不僅大量泥沙涌入，而且在此影響下水體在帶動(dòng)下更容易在最短的時(shí)間內(nèi)堆積，堵塞了礦坑，因而水流無法流出巷道。

2 礦山地質(zhì)災(zāi)害的特點(diǎn)

2.1 污染性

礦山開采過程中發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害與普通地質(zhì)災(zāi)害比較污染性比較嚴(yán)重，這是因?yàn)殚_采礦產(chǎn)的過程中含有重金屬元素，如：廢石、貧礦、肥礦渣等等。一旦發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害很有可能導(dǎo)致廢棄物流入河流，對(duì)水質(zhì)污染產(chǎn)生較大的危害。

2.2 人為性

礦山開采屬于大規(guī)模的人為活動(dòng)，人為因素同樣可能引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。若開采礦山地質(zhì)時(shí)溝谷中堆積較多的雜物與廢土，溝床縱坡降比很有可能增加，若其增加很有可能引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，增加地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生率。若無節(jié)制開采地下水，很有可能破壞植被，造成嚴(yán)重水土流失的問題；若采空區(qū)與邊坡開采不夠科學(xué)，同樣可能引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。

2.3 頻發(fā)性

若發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，運(yùn)走了溝谷內(nèi)的廢渣、雜物與廢石，無法在短期內(nèi)構(gòu)成物源，理論上不會(huì)產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害。但因?yàn)殚_采礦山的過程是循序漸進(jìn)的，在此期間很有可能再次產(chǎn)生廢石廢渣。受到廢渣土渣比較松散的影響，無法提高外力沖擊力，很容易在短期內(nèi)造成二次災(zāi)害。

2.4 可控性

雖然礦山地質(zhì)災(zāi)害具有很大的破壞性，但是其并不是不可控的，需要技術(shù)人員從源頭上對(duì)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的原因進(jìn)行控制。同時(shí)，開采礦山期間還要做好廢棄物的堆放，讓山體穩(wěn)定性得以維持，有效規(guī)避地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生率。

3 礦山地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的原因

3.1 主觀原因

3.1.1 開采不節(jié)制

礦山企業(yè)為了提高經(jīng)濟(jì)效益，通常存在擴(kuò)大規(guī)模生產(chǎn)的問題。不少管理者過于重視企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，以為可以通過其提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力，忽略了長(zhǎng)遠(yuǎn)利益，具體表現(xiàn)為重眼前利益，輕環(huán)境保護(hù)與企業(yè)管理，不節(jié)制地開采礦產(chǎn)資源，破壞了自然環(huán)境。過度開采礦山地質(zhì)災(zāi)害導(dǎo)致山體穩(wěn)定性受到影響，地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)顯著提升，破壞了水文環(huán)境，增加了地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生率。

3.1.2 違規(guī)開采

企業(yè)違規(guī)開采是造成礦山地質(zhì)災(zāi)害與安全事故的主要原因。部分礦山企業(yè)更重視經(jīng)濟(jì)利益忽略安全問題，甚至存在為了降低投資成本采購二手設(shè)備，設(shè)備落后，滿足不了當(dāng)前時(shí)期開采礦產(chǎn)資源的要求。還有的企業(yè)使用了落后與老舊的設(shè)備，無法確保礦山開采的安全性。因?yàn)槠髽I(yè)管理模式與管理理念相當(dāng)落后，不重視有效管理施工團(tuán)隊(duì)，施工人員安全意識(shí)不強(qiáng)，安全防護(hù)措施不到位，沒有嚴(yán)格按照相關(guān)要求開采施工，安全隱患較大。

3.1.3 不科學(xué)開采

我國(guó)為了確保礦山行業(yè)安全、持續(xù)與健康發(fā)展，積極探索科學(xué)合理的開采方法，保證安全開采的前提下提高開采效率，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。然而近年來我國(guó)礦產(chǎn)資源的開采方法科學(xué)性不足，具體表現(xiàn)為嚴(yán)重破壞自然資源與生態(tài)環(huán)境，無法解決這一根本性的問題。

3.2 客觀原因

3.2.1 地表壓力失衡

我國(guó)礦山企業(yè)施工中“長(zhǎng)臂式”是常用的施工方法。因?yàn)榈V產(chǎn)資源存在于山體內(nèi)部與地下，開采期間需要將大量的地表土壤挖掘出來，挖掘土壤后直接在周邊堆積，容易增加周邊松散層的土壤厚度，壓力失衡的問題比較常見，由此發(fā)生了地表裂縫，導(dǎo)致礦區(qū)內(nèi)部面臨踩空坍塌的問題。我國(guó)東北區(qū)域固體礦產(chǎn)區(qū)具有豐富的地下水資源，地表水位很顯然超過平均水準(zhǔn)線，若存在壓力失衡的問題，容易導(dǎo)致該地地表水成為湖泊。而西北地區(qū)缺乏水資源，一旦礦區(qū)周邊面臨地表水壓力失衡問題，增加水資源匱乏問題的發(fā)生率，地表裂縫問題更為突出[3,4]。結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)可知，若礦區(qū)周邊面臨地表塌陷與裂縫問題，該問題與隨意堆積土壤問題導(dǎo)致的地表壓力失衡有很大的聯(lián)系。一般情況下，塌陷地表中耕地大約占比43%，給當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)生造成很大的影響，導(dǎo)致人們的生活質(zhì)量顯著降低。目前，我國(guó)越來越多的需求煤炭與金屬能源，逐步增加了礦產(chǎn)開采量，地表塌陷與地表裂縫問題愈加顯著，除了導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害之外還面臨相當(dāng)嚴(yán)重的生態(tài)破壞問題。

3.2.2 地下水徑流變化

開采礦山時(shí)通常需要挖掘到地底，一定程度上影響了地下水的流動(dòng)性。雖然各個(gè)礦區(qū)有著不同的礦層構(gòu)成成分，但是阻隔了地下水。為了提高地下礦產(chǎn)開采的安全性，工作人員應(yīng)在開采前將地下水抽干，為順利做好采礦施工奠定基礎(chǔ)。然而礦山開采工作的持續(xù)深入，相應(yīng)地減少了地下水兩側(cè)的隔離物，增加了地下水自由流動(dòng)的空間，出現(xiàn)地下水和礦物融合的問題。開采礦山的后期爆破施工產(chǎn)生的動(dòng)能較多，讓本身穩(wěn)定性不足的地下水層跟著爆炸發(fā)生動(dòng)蕩，導(dǎo)致礦區(qū)頂板結(jié)構(gòu)開裂，還有可能存在嚴(yán)重塌陷的問題。此時(shí)無法通過隔離帶做好地下水的阻隔工作，礦洞中融入了大量地下水后淹沒礦區(qū)。地下水位發(fā)生變化，增加了地表水流速度，采礦形成的巖體裂縫除了無法在壓力下就近排放之外還容易導(dǎo)致直接向礦洞內(nèi)排水。此時(shí)，阻斷了河道中的水流來源，減少了徑流量，在采礦工作深化推進(jìn)中降低了地下水的推動(dòng)力與阻隔力，甚至容易出現(xiàn)地表徑流量較小的河流完全斷流。

3.2.3 破壞含水層結(jié)構(gòu)

因?yàn)椴傻V施工必然導(dǎo)致礦山地質(zhì)環(huán)境遭受破壞，礦山含水層受到的影響最大。含水層在采礦活動(dòng)不斷深入的今天更容易受到影響，破壞了水層整體結(jié)構(gòu)，由此引發(fā)了地面塌陷問題。含水層結(jié)構(gòu)破壞具體可以表現(xiàn)在三點(diǎn)：一是拓寬了導(dǎo)水裂隙后礦井中滲入了含水層。二是礦井建設(shè)時(shí)充分暴露了含水層。三是含水層可以通過裂隙進(jìn)入采空區(qū)，由此引發(fā)板底突水的問題。上述因素影響下阻礙了礦山覆巖發(fā)育，含水層滲透速度明顯加快。同時(shí)，巖層貫穿后容易導(dǎo)致地表塌陷與拉伸裂隙的問題，塌陷區(qū)域內(nèi)積水對(duì)施工安全產(chǎn)生很大的影響。破壞了含水層結(jié)構(gòu)后還可能導(dǎo)致儲(chǔ)蓄型排水的問題，形成了地下水降水漏斗，增加了漏斗面積，嚴(yán)重破壞礦山內(nèi)部結(jié)構(gòu)，無法提高礦山的穩(wěn)定性，增加了滑坡與坍塌地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生率。

4 礦山地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)的應(yīng)用

4.1 坍塌防治

坍塌的防治可以從主動(dòng)與被動(dòng)兩個(gè)方面著手：一方面，主動(dòng)措施。削弱處理高危坡體，在此工作開展之前應(yīng)提高巖體斜坡的穩(wěn)定性，確保其可以承受相應(yīng)的施工。若在斜坡上做好高危巖體的開挖工作，確定傾斜角開挖深度、開挖位置時(shí)需要以危巖巖體傾斜角為依據(jù)。同時(shí)，保證爆破使用量達(dá)到坡體削坡體積，避免因過度爆破面臨更為嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害。削坡處理除了讓高危斜坡風(fēng)險(xiǎn)得以降低之外還有利于做好斜坡體荷載的減輕工作。削坡處理后暴露了礦山表面與新鮮的巖體，斜坡穩(wěn)定性更高，保障工作人員清除危巖的工作期間的生命安全。若使用機(jī)械設(shè)備做好危石、孤石與浮石等工作，為了提高其安全性，很有必要在采礦中斷與間歇期兩個(gè)不同時(shí)間段進(jìn)行。同時(shí)，盡量對(duì)開采活動(dòng)進(jìn)行控制，平衡巖體結(jié)構(gòu)，提高荷載強(qiáng)度。另一方面，被動(dòng)措施。技術(shù)人員應(yīng)在礦山的坡腳位置做好落石槽的開挖工作，確保落石槽的廣度與深度均可以容納因不當(dāng)防護(hù)產(chǎn)生的落石。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)確?？梢酝耆珜⒙涫瘮r截在保護(hù)區(qū)域以外。若客觀條件對(duì)該工作產(chǎn)生限制，技術(shù)人員可以結(jié)合實(shí)際需要做好落石槽寬度與深度的增加工作?？傊仨毴姘l(fā)揮落石槽的功能。因?yàn)闊o法準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)坍塌的頻率與規(guī)模，技術(shù)人員可以在機(jī)械設(shè)備的布置、設(shè)計(jì)礦山施工時(shí)預(yù)留安全的避讓空間。

4.2 滑坡防治

因?yàn)橛晁疀_刷和滑坡二者是同時(shí)存在的?；逻€可能受到礦石淺層地質(zhì)的影響。為了有效預(yù)防滑坡災(zāi)害，技術(shù)人員可以采取的措施有導(dǎo)滑設(shè)施修建、挖除淺層滑坡，讓滑坡形成的問題得到消除，做好滑坡滑動(dòng)方向的調(diào)整工作；加大力度修建排水溝與截水溝；修建盲溝與滲溝，做好地下水的排導(dǎo)工作；做好擋水墻與護(hù)坡的修建，削弱雨水的沖刷度。雨水對(duì)滑坡造成很大的破壞，技術(shù)人員修建排水設(shè)施時(shí)還要通過其他措施做好滑坡控制工作。技術(shù)人員可以在治理初期借助成本不高的臨時(shí)排水設(shè)施治理，并將水泥或粘土填充在滑體的后緣，將聚乙烯布覆蓋在其表面。治理后期技術(shù)人員可以建設(shè)永久性的排水設(shè)施，建設(shè)防滲設(shè)施時(shí)可以在滑坡形狀建設(shè)，避免滑坡區(qū)域滲入地表水。

4.3 泥石流防治

因?yàn)榈V山開采的建筑與線路都是固定的，因此很有必要應(yīng)用一定的工程措施防治泥石流。若發(fā)生泥石流地質(zhì)災(zāi)害，很有必要做好引流工程建設(shè)工作，開設(shè)引水渠與截流壩，確保泥石流的支溝與上游都可以被引入到主河流。為了對(duì)泥石流的規(guī)模進(jìn)行控制，很有必要使用導(dǎo)流的方法有效降低主溝構(gòu)成的動(dòng)力條件與水量，最大程度將泥石流的影響范圍控制到最小。

此外，做好水流排導(dǎo)設(shè)施的建設(shè)，比如：設(shè)置明洞渡槽與急流槽，確保泥石流可以順利地流入礦山。稍微控制了泥石流之后可以將攔粗排細(xì)與上攔下排兩種防治方法結(jié)合。在泥石流中的上游選擇合適的位置做好鋼筋混凝土攔沙壩的修建工作，適當(dāng)將壩上游侵蝕基準(zhǔn)面抬高，避免存在溝道下切的問題，且可以有效地阻擋泥石流。同時(shí)，合理利用攔擋建筑物對(duì)泥石流的方向進(jìn)行控制，避免泥石流破壞重要區(qū)域與重要設(shè)施。

總之，對(duì)泥石流災(zāi)害進(jìn)行處理時(shí)很有必要統(tǒng)籌規(guī)劃與總體布局，基于實(shí)際情況采取科學(xué)合理的預(yù)防措施，促進(jìn)防災(zāi)工作更可行且更具經(jīng)濟(jì)性。

4.4 地面塌陷防治

首先，在開采礦山前需要做好開采方案的制定工作，確保有充足的安全礦柱留置于采空區(qū)，確保安全支護(hù)到位，做到開采與支護(hù)同步進(jìn)行。其次，對(duì)于礦山，特別是金屬礦山，由于采礦而引發(fā)的地表崩塌通常是由于采空區(qū)引發(fā)塌陷所導(dǎo)致而成。在開采金屬礦山中通常都是不充分開采的類型，加上地表沉降、地質(zhì)條件等有著隨機(jī)性、規(guī)律性、居于性以及突發(fā)性等特點(diǎn)，所以極易出現(xiàn)地表沉降以及崩塌。停止開采礦山后需要開展充填復(fù)墾工作，將礦區(qū)周邊的廢土、礦渣等充分利用起來并對(duì)采空塌陷區(qū)域?qū)嵤┏涮钆c復(fù)墾工作。

5 結(jié)語

綜上可知，地質(zhì)災(zāi)害類型相當(dāng)多樣。為了提高礦山地質(zhì)災(zāi)害防治效率，本文從坍塌防治、滑坡防治、泥石流防治的不同角度探討，希望可以為礦山企業(yè)的良性發(fā)展提供借鑒。