礦山地質(zhì)災(zāi)害治理中水工環(huán)地質(zhì)技術(shù)的應(yīng)用研究

梁玉紅，閆 云，傅圣濤

（江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局地球化學(xué)勘查與海洋地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇 南京 210007）

近幾年，在社會經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展下，我國各項(xiàng)技術(shù)也在不斷的創(chuàng)新，各個(gè)行業(yè)的發(fā)展也有了良好的保障。地質(zhì)災(zāi)害防治工作開展過程中，通過新技術(shù)的應(yīng)用，也取得了良好的效果，特別是水工環(huán)地質(zhì)技術(shù)的應(yīng)用，提升了礦山地質(zhì)災(zāi)害防治效果[1]。

水工環(huán)地質(zhì)技術(shù)在治理礦山地質(zhì)災(zāi)害中發(fā)揮了重要的作用，該技術(shù)通過利用現(xiàn)代先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，對地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行深入的探查，通過物化探，結(jié)合勘查的數(shù)據(jù)，進(jìn)而科學(xué)合理的選擇地質(zhì)災(zāi)害的治理措施，有效控制地質(zhì)災(zāi)害問題所帶來的不利影響。

1 水工環(huán)地質(zhì)技術(shù)概述

水工環(huán)地質(zhì)主要指的就是對研究區(qū)內(nèi)部的水文條件﹑工程地質(zhì)﹑環(huán)境地質(zhì)及與之相關(guān)的地質(zhì)狀況進(jìn)行全面系統(tǒng)的﹑全方位的勘察﹑調(diào)查與分析研究工作。但開展分析﹑調(diào)查與勘測工作的時(shí)候，要與不同環(huán)境﹑層次和狀態(tài)下的地質(zhì)實(shí)際情況結(jié)合，以此來對其進(jìn)行全方面的系統(tǒng)研究，這樣才可以將其存在的規(guī)律與變化找出來。水工環(huán)地質(zhì)技術(shù)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，同樣，在治理與防御地質(zhì)災(zāi)害的時(shí)候，水工環(huán)技術(shù)的優(yōu)勢和作用會體現(xiàn)的更加明顯。

在當(dāng)前時(shí)代和社會快速發(fā)展下，水工環(huán)地質(zhì)技術(shù)也在不斷的創(chuàng)新和進(jìn)步中，廣大的專業(yè)人員根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和應(yīng)用效果做了相應(yīng)的調(diào)整和規(guī)范。為了了解和勘測地質(zhì)結(jié)構(gòu)﹑發(fā)育構(gòu)造﹑斷層分布﹑地下水條件等，對其中所取得的各項(xiàng)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的研究和分析，預(yù)防和減少各種地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，水工環(huán)地質(zhì)技術(shù)起到了至關(guān)重要的作用。隨著國家對礦山開采﹑綠色礦山建設(shè)要求的不斷提高，對礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防﹑礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)提出了更高要求，而水工環(huán)地質(zhì)技術(shù)的應(yīng)用，在礦山開發(fā)建設(shè)保護(hù)中的作用日趨凸顯，其所運(yùn)用的范圍﹑廣度和深度變得更具有專業(yè)和普遍化[2]。當(dāng)前，在礦山地質(zhì)災(zāi)害防治中，該技術(shù)成為不可缺少和重要的應(yīng)用技術(shù)。

2 基于水工環(huán)技術(shù)防治的地質(zhì)災(zāi)害種類與技術(shù)要點(diǎn)

2.1 種類

我國國土面積極其廣大，發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的頻率較高，而且地質(zhì)災(zāi)害類型也是多樣化的，加上地質(zhì)災(zāi)害分布范圍較廣，因此帶來的影響也是巨大的。在我國地質(zhì)災(zāi)害中，礦山地質(zhì)災(zāi)害是比較常見的一種災(zāi)害類型，而這種災(zāi)害發(fā)生的主要原因是礦山開發(fā)開采中，存在隨意﹑過渡開采等錯(cuò)誤開采行為。而且開采中容易受自然和地質(zhì)等環(huán)境問題影響，進(jìn)而產(chǎn)生一系列自然災(zāi)害問題，如崩塌﹑泥石流等，這些災(zāi)害會給人們的生命安全帶來嚴(yán)重的危害。

一般地質(zhì)災(zāi)害類型分為崩塌﹑滑坡﹑泥石流﹑地面塌陷﹑地面沉降﹑地裂縫等等。當(dāng)這些地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí)，會給人們的日常生產(chǎn)﹑生活造成了一定威脅。黨的十八大以來，以習(xí)近平同志為核心的黨中央高度重視安全生產(chǎn)，將其作為治國理政的重要內(nèi)容。

因此，為保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全，避免或減輕地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)，在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)﹑礦山開采等，因此，一定要對地質(zhì)災(zāi)害勘探重視起來，深入探索和發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害問題，并判斷災(zāi)害的等級，預(yù)測地質(zhì)災(zāi)害可能造成的影響。而水工環(huán)技術(shù)在探測地質(zhì)環(huán)境狀況，確保地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防治質(zhì)量具有重要作用。

2.2 技術(shù)要點(diǎn)

（1）崩塌防治技術(shù)要點(diǎn)。在山地區(qū)，露天﹑凹陷式開采或地下開采形成的地面塌陷﹑地裂縫均可誘發(fā)山體崩塌﹑滑坡災(zāi)害。一般情況下，崩塌災(zāi)害通常是發(fā)生在高度大于30m，且坡度大于55°的斜坡上。針對巖質(zhì)邊坡崩塌方面，巖性對其的控制作用的還是非常明顯的。通常后層狀或者是塊狀的堅(jiān)硬巖石，其所形成的邊坡比較陡，當(dāng)構(gòu)造節(jié)理等存在臨空面額時(shí)候，就容易發(fā)生崩塌。因此礦山開采前，需應(yīng)用水工環(huán)地質(zhì)技術(shù)手段，對開采礦山進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查或勘探，了解巖體結(jié)構(gòu)特征﹑巖層面傾向傾角，結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況﹑地下水富水條件等，根據(jù)礦山崩塌發(fā)生的機(jī)理從采礦設(shè)計(jì)和工藝上采取相應(yīng)的對策和措施予以預(yù)防，充分發(fā)揮和利用水工環(huán)地質(zhì)技術(shù)，使其貫穿于礦山開采的始終。

（2）滑坡防治技術(shù)要點(diǎn)。礦山開采發(fā)生的滑坡主要為巖質(zhì)滑坡，為防止露天采礦邊幫滑坡首先要確定合理的邊坡角，為使露天采掘剝離作業(yè)正常進(jìn)行，采場邊坡巖體應(yīng)具有一定的穩(wěn)定性。露天邊坡角過陡或大于巖層傾角時(shí)，穩(wěn)定性差，容易發(fā)生滑坡災(zāi)害，危及人員和設(shè)備的安全；邊坡角過緩，則會增加剝離量，降低采礦經(jīng)濟(jì)效益。因而，通過運(yùn)用水工環(huán)地質(zhì)技術(shù)手段，在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查﹑礦山地質(zhì)勘查﹑水文地質(zhì)勘查等基礎(chǔ)上，綜合考慮礦體形態(tài)﹑埋藏條件﹑露天采場邊坡巖石力學(xué)性質(zhì)﹑斷層節(jié)理﹑地下水位的變化﹑開采震動﹑采場幾何形狀等，確定合理的露天采礦場的邊坡角至關(guān)重要。

（3）地裂縫防治技術(shù)要點(diǎn)。地裂縫主要由于開采地下水導(dǎo)致，為防治地裂縫的發(fā)生，需充分了解地下含水層發(fā)育特征﹑分布范圍﹑各層富水性及連通性﹑含水層頂?shù)装鍘r土體結(jié)構(gòu)特征，松散程度及壓密程度等，監(jiān)測地下水工程質(zhì)量的過程中，相關(guān)的技術(shù)人員要對監(jiān)測目標(biāo)進(jìn)行明確，同時(shí)還要制定好具體的開采流程，保障開采中不節(jié)制等問題得到良好控制。同時(shí)，針對地裂縫問題，在防治的時(shí)候，技術(shù)人員要對水資源具體情況進(jìn)行勘測，然后根據(jù)水資源保護(hù)政策，利用預(yù)警管理方法制定治理的方案，保障裂縫防治的效果。

（4）地面塌陷防治技術(shù)要點(diǎn)。對地質(zhì)資源進(jìn)行開采的過程中，有關(guān)單位要先制定合理的前期規(guī)劃，開采作業(yè)要保障其規(guī)范性，避免出現(xiàn)因開采產(chǎn)生的地面塌陷問題。在治理災(zāi)害過程中，要先做好前期的預(yù)警工作，保障工作的效果[3]。同時(shí)還要對常見的災(zāi)區(qū)進(jìn)行檢測布點(diǎn)，并與區(qū)域內(nèi)地址屬性進(jìn)行結(jié)合，對可能會存在的滑坡等問題進(jìn)行分析。分析之后要制定科學(xué)有效的防止措施。通過建立智能預(yù)警平臺，從軟件和硬件方面開始設(shè)計(jì)。將壓力傳感器設(shè)置硬件設(shè)備中，這樣可以對地壓情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的感應(yīng)，提升系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。反饋地質(zhì)資料的時(shí)候，可以采用較大規(guī)格的顯示屏，這種硬件方案設(shè)計(jì)，感應(yīng)預(yù)警資料的時(shí)候，可以對資料的回傳速度進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整。

3 水工環(huán)地質(zhì)技術(shù)在礦山地質(zhì)災(zāi)害治理中的應(yīng)用

3.1 地面塌陷災(zāi)害中的應(yīng)用

治理地面塌陷災(zāi)害的時(shí)候，一定要注重水工環(huán)地質(zhì)技術(shù)的應(yīng)用，保障地面塌陷治理工作的針對性和科學(xué)性。而且還要將水文地質(zhì)技術(shù)預(yù)見性作用給充分分發(fā)揮出來。通常情況下，地面塌陷區(qū)域一般分布礦山采空區(qū)，因此工作人員要先仔細(xì)的勘察周圍的環(huán)境，針對不同區(qū)域內(nèi)地質(zhì)變化進(jìn)行深入的分析和監(jiān)測，并分析和判斷該區(qū)域地面塌陷問題發(fā)生的概率，并將這些分析數(shù)據(jù)作為依據(jù)，對地質(zhì)結(jié)構(gòu)變化形狀以及變化的規(guī)律進(jìn)行總結(jié)，提前做好相應(yīng)的防護(hù)措施，保障地面塌陷問題得到良好的控制，實(shí)現(xiàn)防御和治理的目標(biāo)。為保證礦山開采造成的地質(zhì)災(zāi)害，在辦理采礦證前需編制《礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與土地復(fù)墾方案》，并要求嚴(yán)格按照《開發(fā)利用方案》及《礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與土地復(fù)墾方案》進(jìn)行礦山開采過程中的地質(zhì)環(huán)境保護(hù)，避免因不恰當(dāng)?shù)拈_采方式或開采工藝造成地質(zhì)災(zāi)害問題。

3.2 在地裂縫治理中的應(yīng)用

對地裂縫問題進(jìn)行治理的過程中，水工環(huán)地質(zhì)技術(shù)其自身的價(jià)值和作用是無法代替的，而且地裂縫中，區(qū)域性地質(zhì)構(gòu)造斷裂是其比較主要的一個(gè)問題，該問題是多方面因素來引起的，要對仔細(xì)的探究各種影響因素和問題誘發(fā)的機(jī)制，這樣才可以有效提升裂縫的治理效果。比如，對地下水資源使用加以控制，有效減少地下水資源的消耗，同時(shí)針對不同區(qū)域的地下水，在開采前要做好合理的規(guī)劃，避免因開采過渡，給整體的區(qū)域穩(wěn)定造成一定的影響。另外，還要仔細(xì)觀察區(qū)域地下水變化狀況，并利用水工環(huán)地質(zhì)勘測技術(shù)，如果勘測過程中發(fā)現(xiàn)存在異常情況，一定要及時(shí)采取措施來治理，降低其所帶來的危害和不良影響。

3.3 在礦山崩塌、滑坡以及泥石流治理中的應(yīng)用

在礦山地質(zhì)災(zāi)害中，其中泥石流﹑礦山崩塌和滑坡等是最主要災(zāi)害，且具有較大的危險(xiǎn)和危害性，因此，在治理這些災(zāi)害中，水工環(huán)地質(zhì)技術(shù)的應(yīng)用則顯得非常重要[4]。在實(shí)際應(yīng)用該技術(shù)的過程中，通過應(yīng)用新的技術(shù)和方法，結(jié)合測繪﹑遙感調(diào)查﹑地面調(diào)查結(jié)合的方式來進(jìn)行。遙感調(diào)查，可以對泥石流和滑坡等災(zāi)害發(fā)生情況進(jìn)行查明，地面調(diào)查可以對其具體的地面分布特征和規(guī)模等進(jìn)行調(diào)查，測繪可以查明威脅承載體的數(shù)量和類型以及實(shí)際分布情況。

在地面調(diào)查過程中，要選擇大比例此進(jìn)行調(diào)查，詳細(xì)調(diào)查泥石流和滑坡及崩塌的結(jié)構(gòu)構(gòu)造和地層巖性等。在無地質(zhì)剖面露頭的情況下，通過地下勘察，使用鉆探﹑井探等一些勘探的方式，將露頭給揭露出來，并對斜坡結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行查明，包含地下水埋深﹑巖土體類型﹑產(chǎn)狀﹑巖性等斜坡孕災(zāi)地質(zhì)條件。將以上水工環(huán)地質(zhì)工作為基礎(chǔ)，分析論證泥石流和滑坡及崩塌形成的原因和發(fā)展趨勢，在這個(gè)基礎(chǔ)上，制定科學(xué)合理的措施和意見，制定搶險(xiǎn)避險(xiǎn)方案，這也是防御和治理泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)鍵。

4 水工環(huán)地質(zhì)技術(shù)在礦山開采中的案例分析

江蘇某建筑用大理石礦，采用凹陷式露天開采，通過對礦區(qū)開展地質(zhì)勘探﹑水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查等手段，查明了礦山地層巖性﹑地質(zhì)構(gòu)造﹑含水層特征等。

其中地層巖性主要以大理巖及片麻巖為主，大理巖巖石堅(jiān)硬，結(jié)構(gòu)均勻，強(qiáng)度和彈性均較高，平均抗壓強(qiáng)度105.25Mpa，平均抗剪強(qiáng)度33.00Mpa，屬堅(jiān)固巖石，穩(wěn)定性較好；片麻巖類為礦體圍巖，巖石堅(jiān)硬，力學(xué)強(qiáng)度較高，但其頂部風(fēng)化較強(qiáng)烈。新鮮巖石平均抗壓強(qiáng)度153.76Mpa，平均抗剪強(qiáng)度37.15Mpa，屬堅(jiān)固～非常堅(jiān)固巖石，巖體穩(wěn)定性較好，但強(qiáng)風(fēng)化及節(jié)理發(fā)育地段易引發(fā)崩塌。

含水層主要為大理巖巖溶裂隙潛水含水層和片麻巖裂隙潛水含水層，其中大理巖巖溶裂隙潛水含水層厚度20.52m～39.74m，水化學(xué)類型為HCO3～Ca?Mg型，礦化度0.25g/L～0.33g/L，埋藏淺，富水性較好，是礦床開采的主要充水因素之一。片麻巖裂隙潛水含水層主要賦存于淺部風(fēng)化裂隙帶中，含水性較弱，且富水性不均，水化學(xué)類型為HCO3～Ca?Na型或HCO3～Cl?Na型，礦化度0.18g/L～0.23g/L，在礦床開采中，隨著境界的擴(kuò)大，本含水層由間接充水漸變?yōu)橹苯映渌?/p>

礦區(qū)地層總體為一單斜巖層，走向近于EW向，局部轉(zhuǎn)為SE向，傾向南，局部為NE或SW，傾角一般為30°～80°。除此之外還發(fā)育一些小型褶皺，偶見小斷裂，褶皺軸方向主要為SE～NW向，三條斷裂，其中F1斷層走向45°，斷層面直立，兩盤地層產(chǎn)狀較亂，使地層不連續(xù)，但對礦體影響不大，其它兩條斷裂對礦體無影響。

據(jù)此，確定礦山開采區(qū)境界構(gòu)成要素為開采設(shè)計(jì)范圍標(biāo)高+35m～-20m，臺階高度10m，安全平臺寬度3m，清掃平臺寬度7m，最終邊坡角東幫52°，西幫55°。采礦服務(wù)年限到期后將在礦區(qū)內(nèi)形成高約55m的5級四面采坑邊坡，開采過程中及完成后需根據(jù)地層結(jié)構(gòu)﹑巖體破碎程度﹑邊坡走向﹑傾角等做好地質(zhì)災(zāi)害信息化動態(tài)防護(hù)治理工作。

5 結(jié)語

綜上所述，在礦山開采與挖掘過程中，需要對各類地質(zhì)災(zāi)害問題加以重視起來，加強(qiáng)水工環(huán)地質(zhì)技術(shù)在礦山地質(zhì)災(zāi)害問題治理中的應(yīng)用，將水工環(huán)各項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢充分地體現(xiàn)出來，制定科學(xué)合理的防治目標(biāo)和治理方案，減少和避免地質(zhì)災(zāi)害問題的發(fā)生，保障礦山地質(zhì)的安全性。